過程控制工程

第四章復(fù)雜控制系統(tǒng)2第四章復(fù)雜控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡單，但難于適應(yīng)工藝參數(shù)間關(guān)系比較復(fù)雜的控制，特別是現(xiàn)代大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。復(fù)雜控制系統(tǒng)：具有兩個以上的檢測變送單元、或控制器、或執(zhí)行器，能完成一些復(fù)雜或特殊的任務(wù)

串級控制系統(tǒng)等：對改善控制品質(zhì)有獨到之處，故而在過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。3均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)第四章復(fù)雜控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)大時延控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)4

加熱溫度測量第一節(jié)串級控制系統(tǒng)5

加熱流量測量第一節(jié)串級控制系統(tǒng)6一.串級控制系統(tǒng)的組成

1、問題的提出以煉油廠管式加熱爐的出口溫度控制為例。(1)、采用直接控制方案（以爐出口溫度作為控制量）優(yōu)點：所有對溫度的干擾都包括在控制回路之中。缺點：對燃油流量變化等干擾控制不及時，總滯后較大。(2)、采用間接控制方案（以燃料油流量作為控制量）優(yōu)點：能及時而有效地克服來自燃料油壓力方面的干擾。缺點：燃料油控制只起輔助作用；放棄爐出口溫度控制將無法克服來自原料流量和溫度、爐膛壓力變化等方面的干擾。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)7

(1)、結(jié)構(gòu)圖：將兩方案綜合起來，即得串級控制系統(tǒng)如圖所示。

2、系統(tǒng)組成

加熱流量測量溫度測量

第一節(jié)串級控制系統(tǒng)8(2)、方框圖：如圖所示。(3)、特征：兩臺控制器串聯(lián)在一起，控制一個調(diào)節(jié)閥。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)9(5)、常見名詞術(shù)語:主、副變量，主、副控制器，主、副對象，主、副變送器，主、副回路等，4-5第一節(jié)串級控制系統(tǒng)103、二次干擾作用在主、副對象上的干擾分別為一、二次干擾。圖4-5為串級控制系統(tǒng)的通用方框圖。二、串級控制系統(tǒng)的工作過程仍以管式加熱爐出口溫度控制為例，分析克服干擾的過程。1、干擾來自燃料油流量初始階段，出口溫度不變，溫度控制器的輸出不變。出口溫度變化時，溫度控制器不斷改變著流量控制器的設(shè)定值。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)112、干擾來自原料油(1)、使主、副變量同向變化(2)、使主、副變量反向變化分析可知：副控制器具有“粗調(diào)”作用，主控制器具有“細調(diào)”作用；兩者配合，控制質(zhì)量必高于單回路控制系統(tǒng)。

出口溫度溫度控制器輸出流量控制器設(shè)定值。

3、一、二次干擾同時出現(xiàn)燃料油流量為適應(yīng)溫度控制的需要而不斷變化。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)12三、串級控制系統(tǒng)的特點

1、時間常數(shù)

串級控制系統(tǒng)能使等效副對象的時間常數(shù)變小，放大系數(shù)增大，從而顯著提高控制質(zhì)量。將整個副回路看成一個副對象，則簡化圖如圖所示。2、工作頻率由于等效副回路時間常數(shù)的縮短，系統(tǒng)的工作頻率提高了（可使振蕩周期縮短）。通過對串級和單回路控制系統(tǒng)特征方程的分析，可知:串>單。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)13第一節(jié)串級控制系統(tǒng)143、抗干擾能力設(shè)干擾從閥前進入，進一步等效,如圖示。分析可得:

K1*K2越大，抗干擾能力越強。進一步分析可知單回路比串級抗干擾能力差。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)154、有一定的自適應(yīng)能力 單回路控制系統(tǒng)只有一個控制器，設(shè)定值一般不變，難以適應(yīng)負荷非線性的變化。 串級控制系統(tǒng)中，副回路是一個隨動系統(tǒng)，設(shè)定值隨主控制器的輸出而變化，適應(yīng)負荷變化的能力較強。 K02變化對等效K’02影響很小，亦可說明副回路能自動地克服對象非線性特性的影響。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)16四、串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用當被控對象純滯后時間較長時，在離控制閥較近、純滯后時間較小的地方選擇一個副變量，把干擾拉入副回路。利用副回路的超前作用來克服對象的純滯后僅僅是對二次干擾而言的，一次干擾不直接影響副變量。例如下圖所示：堅持一個設(shè)計原則：凡是用單回路控制系統(tǒng)能滿足控制要求的，就不再用串級控制系統(tǒng)。1、用于克服對象的純滯后第一節(jié)串級控制系統(tǒng)17副變量：過熱蒸汽溫度，位于滯后較小的B點。被控參數(shù)：A點溫度控制參數(shù)：減溫水流量主要干擾：減溫水壓力波動。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)182、用于克服對象的容量滯后 容量滯后會使被控對象反應(yīng)遲鈍，超調(diào)大，過渡過程長。 以溫度或質(zhì)量作為被控量的控制對象，其容量滯后往往比較大，致使控制質(zhì)量變差。 對象容量滯后大、干擾復(fù)雜的情況下，串級控制系統(tǒng)的使用最為普遍，效果較好。 此時應(yīng)選擇一個滯后較小的輔助變量組成副回路。 副環(huán)的時間常數(shù)不能過大，以防共振；也不能過小，力求多包含一些干擾。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)19

燃料油熱值變化后，爐膛反應(yīng)滯后3分鐘，而出口溫度則需15分鐘。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)203、用于克服變化劇烈和幅值大的干擾

串級控制系統(tǒng)對二次干擾具有很強的克服能力。

設(shè)計時應(yīng)把變化劇烈、幅值大的干擾包含在副回路中。

副回路放大系數(shù)應(yīng)大些，會使抗干擾能力大大提高。

例如下圖4-13，脫氣塔的壓力對主控指標(液位)影響很大，甚至造成溢出或打干的事故，是主干擾，串級控制后效果很好。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)214、用于克服對象的非線性負荷變化會引起工作點的移動。當負荷變化大且頻繁時，只有高級控制系統(tǒng)才有重整參數(shù)以適應(yīng)控制要求的能力。

一般控制系統(tǒng)中，有效辦法是采用串級控制。

例在圖4-14中，其中部溫度要嚴控，則將具有非線性特性的換熱器包含在副回路。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)22五、串級控制系統(tǒng)的設(shè)計

主變量(操縱量)的選擇原則主要有：(1)、條件允許時選質(zhì)量指標作為主變量。

正確合理地設(shè)計，才能使串級控制系統(tǒng)發(fā)揮其特點。設(shè)計包括主、副回路選擇，主、副控制器控制規(guī)律選型和正、反作用的確定。（一）、主、副回路的選擇

1、主回路是一個定值控制系統(tǒng)，可按單回路控制系統(tǒng)設(shè)計原則進行。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)232、副回路應(yīng)包括盡可能多的擾動。（1）前已述及，應(yīng)將變化最劇烈、幅度最大、最頻繁的擾動包括在副回路中。（2）研究系統(tǒng)的干擾來源是十分重要的。如前述的管式加熱爐，主擾動為然油壓力還是然油熱值，則副回路的選擇大不相同。

（3）并非包括的干擾越大越好。干擾包括得越大，副變量的位置會越靠近主變量，靈敏度會降低。(2)、其次考慮選擇與質(zhì)量有單值關(guān)系的參數(shù)作為主變量。(3)、所選主變量應(yīng)有足夠的靈敏度，且工藝合理、易實現(xiàn)。

第一節(jié)串級控制系統(tǒng)24前已分析得到串與單的關(guān)系。繪出分析曲線，如右圖所示。3、主、副對象的時間常數(shù)要匹配。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)25分析可知(1)、當T01/T02>10時，則T02很小，副回路包括的干擾很少，作用未發(fā)揮。(2)、當T01/T02<3時，說明T02過大，副回路的控制作用不及時。(3)、當T01/T021時，主、副回路易出現(xiàn)“共振效應(yīng)”。

一般認為：T01/T02=310較合適。究竟T02取多大為好，應(yīng)按具體情況確定。若欲快速克服主干擾，則小一點為好；若欲克服對象的大滯后，可取大點；若欲克服對象的非線性，則T01/T02宜取大一些。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)264、選副回路應(yīng)考慮工藝上的合理性只有滿足工藝要求，才具有實用性。先考慮工藝要求，再考慮其他要求。

5、副回路設(shè)計應(yīng)考慮經(jīng)濟性原則技術(shù)與經(jīng)濟指標應(yīng)綜合考慮。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)27（1）、對主變量控制質(zhì)量要求高主變量宜采用PI規(guī)律；欲克服容量滯后，應(yīng)引進微分作用，采用PID規(guī)律。副變量一般采用P規(guī)律就可以了。

（2）、對副變量控制要求也較高主、副變量均采用PI控制規(guī)律。

（3）、對主變量控制要求不高，甚至允許小波動主變量采用P規(guī)律，副回路對主回路的跟隨要求快而準時采用PI控制規(guī)律。

（4）、對主、副變量控制要求均不高可均采用P規(guī)律；必要時對主變量控制引進微分作用。（二）、主、副控制器的選擇

1、控制規(guī)律的選擇第一節(jié)串級控制系統(tǒng)282、正、反作用方式的選擇第一節(jié)串級控制系統(tǒng)（1）、副控制器按單回路方式選擇。（2）、主控制器按下式確定:

(主控制器+/-)(副對象+/-)(主對象+/-)=(-)

（3）、主、副控制器正、反作用方式的確定是否正確，可進行驗證。

29五、串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定

所謂投運，就是通過適當?shù)牟襟E，使主、副控制器從手動工作狀態(tài)轉(zhuǎn)到自動工作狀態(tài)。兩種投運方法：①、先投副環(huán)后投主環(huán)(常用)；②、先投主環(huán)后投副環(huán)(很少用)。1、串級控制系統(tǒng)的投運第一節(jié)串級控制系統(tǒng)302、串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定串級控制系統(tǒng)的方案正確設(shè)計后，為了使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)，按照自控理論，必須對系統(tǒng)進行校正，這在過程控制中稱為參數(shù)整定。在工程實踐中，串級控制系統(tǒng)中常用的整定方法有：逐步逼近法、兩步整定法、一步整定法等。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)31(1)、逐步逼近法

逐步逼近法是先副后主，逐步逼近。該方法較繁瑣。具體步驟為：先斷開主回路，整定副控制器。后閉合主回路，整定主控制器。重新調(diào)整副控制器參數(shù)。若未達到控制要求，再調(diào)整主控制器參數(shù)。以上步驟循環(huán)進行，直到滿足(逼近)控制指標為止。對于不同的控制系統(tǒng)和不同的品質(zhì)指標要求，逐步逼近法逼近的循環(huán)次數(shù)是不同的，所以往往費時較多。

第一節(jié)串級控制系統(tǒng)32(2)、兩步整定法(應(yīng)用最廣泛)第一步，整定副控制器；第二步，整定主控制器。具體步驟。應(yīng)用舉例在硝酸生產(chǎn)過程中，有一個氧化爐溫度與氨氣流量的串級控制系統(tǒng)。溫度為主參數(shù)，工藝要求較高，溫度最大偏差不能超過5℃，氨氣流量為副參數(shù)，允許在一定范圍內(nèi)變化，要求不高。系統(tǒng)控制器參數(shù)采用兩步整定法，過程如下。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)33①、在系統(tǒng)設(shè)計時，主控制器選用PI控制規(guī)律，副控制器選用P控制規(guī)律。在系統(tǒng)穩(wěn)定允許條件下，主、副控制器均置于純比例作用，主控制器的比例度置于100%，用4：1衰減曲線法(見右圖)整定副控制器的參數(shù)，得

第一節(jié)串級控制系統(tǒng)34②將副控制器的比例度置于32%上，用相同的方法整定，將主控制器的比例度由大到小逐漸調(diào)節(jié)，取得主控制器的1S=50%,T1S=7min。

2S=32%,T2S=15s。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)35③根據(jù)上述求得的各參數(shù)，運用4：1衰減曲線法整定計算公式(見上表4-1)，計算主、副控制器的整定參數(shù)為：主控制器(溫度控制器)：比例度1=1.21S=60%，積分時間T1=0.5T1S=3.5min副控制器(流量控制器)：比例度2=2S=32%④把上述計算的參數(shù)，按先P后I的次序，分別設(shè)置在主、副控制器上，并使串級控制系統(tǒng)在該參數(shù)下運行。實際運行，氧化爐溫度穩(wěn)定，完全滿足生產(chǎn)工藝的要求。第一節(jié)串級控制系統(tǒng)36思考題：1、與單回路系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)有哪些主要特點？2、為什么說串級控制系統(tǒng)具有改善過程動態(tài)特性的特點？T’02和K’02減小與提高控制質(zhì)量有何關(guān)系？3、為什么提高系統(tǒng)工作頻率也算是串級控制系統(tǒng)的一大特點？第一節(jié)串級控制系統(tǒng)37第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)一、基本原理

1、問題的提出其他反饋控制的缺點：無法將干擾克服在被控制量偏離設(shè)計值之前。被控對象總是存在一定的純滯后和容量滯后，故限制了控制作用的充分發(fā)揮。

2、技術(shù)思路

直接按擾動而不是按偏差進行控制。干擾發(fā)生后，被控量還未顯現(xiàn)出變化之前，控制器就產(chǎn)生了控制作用。這種前饋控制系統(tǒng)對干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時得多。383、工作原理用下圖針對反饋控制做比較說明。第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)39補償過程如下圖所示。其中Ma為擾動量，T2為出口溫度，WO(s)為控制通道的傳遞函數(shù),Wf(s)為前饋通道的傳遞函數(shù),Wd(s)為干擾通道的傳遞函數(shù)?？蓪崿F(xiàn)對擾動的完全補償，使被控量成為對擾動絕對不靈敏的系統(tǒng)。（不變性原理）

第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)404、前饋與反饋的比較(1)、檢測：前饋控制測干擾；反饋控制測被控量。(2)、效果：克服干擾，前饋控制及時，理論上可實現(xiàn)完全補償；反饋控制不及時。(3)、經(jīng)濟性：克服干擾，前饋控制只能一對一，不如反饋控制經(jīng)濟。(4)、穩(wěn)定性：前饋為開環(huán)，不存在此問題；反饋則不同，穩(wěn)定性與控制精度是矛盾的。第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)41二、前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

控制器的輸出僅僅是輸入F的函數(shù)，與時間t無關(guān)。在圖4-12中，令前饋控制器傳函滿足下式即可：1、靜態(tài)前饋控制靜態(tài)前饋的含義

第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)422、動態(tài)前饋控制

靜態(tài)前饋控制只能有效抑制靜態(tài)偏差；動態(tài)前饋控制不但能有效抑制靜態(tài)偏差；而且能有效抑制動態(tài)偏差。

（1）、問題及辦法（2）、原理：如右圖，其中Wm(S)非純比例環(huán)節(jié)。第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)43動態(tài)前饋控制能顯著提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，但結(jié)構(gòu)和參數(shù)整定均比較復(fù)雜。只適用于控制精度要求很高、反饋與靜態(tài)前饋難于滿足時。3、復(fù)合控制系統(tǒng)亦稱為前饋--反饋控制系統(tǒng)。（1）、方法的提出前饋控制是有局限性的：①對補償結(jié)果無法檢測；②難以對每個干擾均設(shè)計一套前饋控制裝置；③一個固定的前饋模型難以獲得良好的控制質(zhì)量。（3）、特點及適用性

第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)44

復(fù)合控制的好處：既發(fā)揮了前饋校正及時的優(yōu)點，又保持了反饋控制能抑制多個干擾并對被控量始終給予檢驗的長處。

（2）、組成原理及結(jié)構(gòu)圖:第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)45當負荷變化時……對于前饋控制未能完全消除的偏差，以及未能引入前饋控制的其他干擾(如物料進口溫度、蒸汽壓力等)……

第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)463、特點①實現(xiàn)前饋控制作用的完全補償?shù)臈l件不變。（令Y(s)/F(s)=0即可。）②不會因引入前饋控制而影響反饋控制的穩(wěn)定性。4、前饋--反饋控制的優(yōu)點①只需對主要的干擾采用前饋補償，大大簡化了原來的純前饋控制系統(tǒng)。②降低了對前饋控制精度的要求，為工程上實現(xiàn)簡單的前饋補償創(chuàng)造了條件。③比純反饋控制具有控制精度高、溫度速度快的特點。因而是前饋控制中廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)。第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)47為了保證前饋控制的精度，常希望控制閥靈敏、線性等；采用串級控制系統(tǒng)可滿足以上要求。

4、前饋--串級控制系統(tǒng)（1）、方法的提出（2）、原理與結(jié)構(gòu)圖

第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)48第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)49（3）、應(yīng)用舉例：

第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)50第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)51三、前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計1、前饋控制系統(tǒng)的選用原則2、前饋控制器的模型第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)四、前饋控制系統(tǒng)的工程整定52思考題1、前饋控制有哪幾種主要型式？2、前饋控制與反饋控制各有什么特點？3、為什么一般不單獨使用前饋控制方案？第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)531、預(yù)估補償：原理上能消除純滯后對控制系統(tǒng)的動態(tài)影響，但需被控過程的精確模型，工程上往往難以實現(xiàn)。一、克服純滯后的幾種常見方案2、采樣控制：成本較低，但干擾加入的時刻對控制效果影響較大。3、改進型常規(guī)控制：具有通用性廣等特點，目前較常用。4、其他：大林算法、卡爾曼預(yù)估算法、灰色預(yù)測控制等。第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)54是一種比較簡單、工程上易實現(xiàn)、又能滿足一定控制質(zhì)量要求的控制方案。對降低超調(diào)量更有顯著的效果。二、改進型常規(guī)控制方案A、微分先行控制方案1、特點2、組成結(jié)構(gòu)一般常規(guī)PID控制方案：見下張圖6-1。微分先行控制方案：見下張圖6-2。第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)55第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)563、傳遞函數(shù)（隨動特性與抗擾動性能）一般常規(guī)

PI＋D：式(1)、式(2)。微分先行：式(3)、式(4)。第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)57注意：微分先行較常規(guī)PI＋D少了一個零點Z=1/TD,

故超調(diào)量要小一些。

4、過渡過程比較：第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)58B、中間反饋控制方案

使控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)極點位置發(fā)生變化，從而使超調(diào)量大大下降，控制質(zhì)量得到改善。微分作用是獨立的，能及時起校正作用。1、特點2、原理方案第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)593、控制效果：與一般常規(guī)控制對比：（1）、在給定值變化時，無論是微分先行方案，或中間反饋控制方案其控制過程的品質(zhì)均優(yōu)于常規(guī)PID，尤其在減小超調(diào)量方面效果更佳。（2）、在擾動作用下，其控制品質(zhì)與常規(guī)PID相差不大。第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)60三、預(yù)估控制方案在PID控制回路上再并聯(lián)一個補償回路，以抵消對象的純滯后因素。1、特點2、原理結(jié)構(gòu)單回路控制系統(tǒng)：第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)61史密斯補償原理：如下圖所示。第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)62第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)63第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)643、控制效果：如下圖所示?？刂破鹘邮艿臏y量信號比實際檢測到的被控量提前了時間，是一個對被控量的預(yù)估器。Smith預(yù)估補償環(huán)節(jié)的等效圖第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)654、工業(yè)應(yīng)用舉例：加熱爐溫度預(yù)估補償控制第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)66第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)67思考題1、生產(chǎn)過程中的時間滯后是怎么引起的？2、試舉一生產(chǎn)過程實例，簡述當其擾動通道及控制通道存在純滯后因素時，它們帶給被控參數(shù)的不利影響如何？3、微分先行控制方案與常規(guī)PID控制方案有何異同？第三節(jié)大時延控制系統(tǒng)68第四節(jié)比值控制系統(tǒng)一、基本概念1、概述（1）、方法的產(chǎn)生

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，要求兩種或多種物料流量成一定比例關(guān)系；一旦比例失調(diào)，會影響生產(chǎn)的正常進行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費動力，造成環(huán)境污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。如：

燃燒過程中，往往要求燃料量與空氣量需按一定比例混合后送入爐膛。

制藥生產(chǎn)中要求藥物和注入劑按比例混合。

造紙過程中為保證紙漿濃度，要求自動控制紙漿量和水量比例。水泥配料系統(tǒng)……69（2）、比值控制的含義

凡是兩個或多個變量自動維持一定比值關(guān)系的過程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。（3）、變量及關(guān)系

主動量---起主導(dǎo)作用而又不可控的物料流量；從動量---跟隨主動量而變化的物料流量；比例系數(shù):K=Q2/

Q1第四節(jié)比值控制系統(tǒng)70（1）、系統(tǒng)組成:如下圖所示。

二、比值控制系統(tǒng)的類型A、開環(huán)比值控制第四節(jié)比值控制系統(tǒng)71B、單閉環(huán)比值控制

簡單、成本低；

只有當Q1變化時才起控制作用；

Q2變化時Q1不會響應(yīng)，比例關(guān)系被破壞。

（3）、適用場合副流量沒有干擾的情況。

2、系統(tǒng)組成：如下圖所示。1、特點:能克服開環(huán)比值方案的不足。（2）、特點第四節(jié)比值控制系統(tǒng)72第四節(jié)比值控制系統(tǒng)733、工作過程穩(wěn)定狀態(tài)下……

主流量變化時……副變量由于干擾而變化時……

第四節(jié)比值控制系統(tǒng)744、應(yīng)用實例:7-3丁烯洗滌塔進料量與洗滌水量的比值控制系統(tǒng)

如下圖所示。第四節(jié)比值控制系統(tǒng)75優(yōu)點：不但能實現(xiàn)流量的副量跟主量變化，而且能克服流量干擾等。缺點：主流量不受控。6、應(yīng)用場合在負荷變化不太大的場合得到廣泛應(yīng)用。5、優(yōu)缺點能克服單閉環(huán)主流量不受控的不足。1、特點2、系統(tǒng)組成：如下圖所示。C、雙閉環(huán)比值控制第四節(jié)比值控制系統(tǒng)767-4a)雙閉環(huán)比值控制給定(隨動值)設(shè)定值(定值)第四節(jié)比值控制系統(tǒng)77第四節(jié)比值控制系統(tǒng)78常用在主流量干擾頻繁或工藝上不允許負荷有較大的波動，或工藝上經(jīng)常需要升降負荷的場合。3、另一優(yōu)點：升降負荷比較方便。4、適用場合5、應(yīng)用實例：如圖。第四節(jié)比值控制系統(tǒng)79設(shè)定值第四節(jié)比值控制系統(tǒng)80在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個變量的變化而變化。為了滿足上述生產(chǎn)工藝要求，開發(fā)并應(yīng)用變比值控制。D、變比值控制1、方法的產(chǎn)生2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：如下圖所示。第四節(jié)比值控制系統(tǒng)813、變比值控制的含義比值只是一種手段，不是最終目的，而第三變量Y(s)往往是產(chǎn)品質(zhì)量指標。

變比值控制系統(tǒng)是一個以第三個變量為主變量(質(zhì)量指標)、以兩個流量比為副變量的串級控制系統(tǒng)。4、工作過程系統(tǒng)穩(wěn)定時……當Q1、Q2出現(xiàn)擾動時……當出現(xiàn)其他擾動(如溫度、壓力、成分等變化)時……5、該法特點第四節(jié)比值控制系統(tǒng)827-7氧化爐溫度與氨氣/空氣串級比值控制系統(tǒng)6、應(yīng)用實例：見以下兩圖。第四節(jié)比值控制系統(tǒng)83第四節(jié)比值控制系統(tǒng)84第四節(jié)比值控制系統(tǒng)三、比值控制系統(tǒng)的設(shè)計1、主物料流量和副主任物料流量的確定2、控制方案的選擇3、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定4、正確選擇流量計或變送器及其量程5、比值系數(shù)的計算四、比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定85一、均勻控制系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，一個裝置或設(shè)備往往與前后的裝置或設(shè)備緊密地聯(lián)想著，前一裝置或設(shè)備的出料量是后一裝置或設(shè)備的進料量，而后一裝置或設(shè)備的出料量又輸送給其他的裝置或設(shè)備。例如石油裂解氣分離工藝，前后共串聯(lián)了八個塔。前后有物料聯(lián)系的精餾塔，前塔的液位與后塔的進料量的穩(wěn)定要求會發(fā)生矛盾，如下圖所示。

（一）、均勻控制的用途及特點1、問題的提出第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)862、解決辦法兩塔之間增設(shè)緩沖器(不適宜)。采用均勻控制系統(tǒng)(上策)。3、均勻控制的含義

是指兩個工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、均勻地變化，使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)874、均勻控制的特點表征前后供求矛盾的兩個參數(shù)都是變化的，變化是緩慢的，是在允許范圍內(nèi)波動的。參見下圖。前塔的液位變化不能超過規(guī)定的上、下限。后塔的進料量也不能超過最大和最小處理量。

非均勻控制第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)88（二）、均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案

1、方案示例：如下圖A、簡單均勻控制去下一精餾塔第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)895、適用場合

2、與液位定值控制相比通常適用于擾動較小、對流量的均勻程度要求較低的場合。比例作用是基本的；不能引入微分；積分是否引入視情況而定。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所使用的儀表是完全一樣的，但控制目的不同。3、對控制參數(shù)應(yīng)做適當選擇4、特點簡單均勻控制系統(tǒng)的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低；但控制效果差。第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)90

B、串級均勻控制

1、組成結(jié)構(gòu)：

為了克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動和被控過程的自衡特性對流量的影響，設(shè)計以流量為副變量的流量控制副回路，如下圖所示。第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)91第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)922、與典型串級的異同

不能加微分作用；液位宜采用PI規(guī)律；流量一般用P規(guī)律。

串級均勻控制系統(tǒng)能克服控制閥前后壓力較大的擾動，使主、副變量變化均勻緩慢平穩(wěn)，控制質(zhì)量較高。結(jié)構(gòu)方案相同，目的不同；均勻串級控制的目的是使液位與流量均勻協(xié)調(diào)。3、控制過程

設(shè)干擾使1#塔液位上升…設(shè)2#塔因塔壓變化使其入料量發(fā)生變化…4、控制作用選擇(十分重要)5、特點第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)93C、雙沖量均勻控制

1、含義：所謂雙沖量均勻控制系統(tǒng)，就是將兩個變量的測量信號通過加法器后作為被控量的均勻控制系統(tǒng)。

圖中PO=PH-PQ+Pr+C

2、應(yīng)用示例：見下圖。第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)943、一般方塊圖：如下圖所示。第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)95注意:關(guān)于雙沖量均勻控制系統(tǒng)

流量控制器接受的是由加法器送來的兩個變量之差,并且要使兩變量之差保持在固定值上,所以控制器應(yīng)該選用PI控制規(guī)律.

雙沖量均勻控制系統(tǒng)可以看成是主控制器是液位控制器,且比例度為100%的純比例控制,副控制器為流量控制器的串級均勻控制系統(tǒng),因此它具有串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點,而且比串級控制系統(tǒng)還少用了一個控制器.

第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)96（三）、均勻控制系統(tǒng)設(shè)計

1、控制規(guī)律選擇

2、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定

經(jīng)驗法

停留時間法第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)97多閥：一只控制器的輸出信號去帶動兩個或兩個以上的控制閥工作。分程：每一個控制閥僅在控制器輸出信號整個范圍的某段內(nèi)工作。

控制閥同向動作：見圖?？刂崎y異向動作：見圖。二、分程控制系統(tǒng)

如有A、B兩個控制閥；控制器輸出信號壓力為0.020.1MPa。當控制信號<0.06MPa時，A閥動作，B閥不動；當控制信號>0.06MPa時，A閥動至極限，B閥才動,如下圖7-18a)。A、分程控制的概念1、特點2、實現(xiàn)3、分類第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)98第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)99第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)100B、分程控制系統(tǒng)設(shè)計與分程控制的實現(xiàn)1、控制信號的分段2、調(diào)節(jié)閥特性的選擇與注意的問題3、分程控制的實現(xiàn)第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)1011、用于節(jié)能控制C、分程控制方案的應(yīng)用2、擴大控制閥的可調(diào)范圍第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)1024、滿足不同工況的控制要求3、保證生產(chǎn)過程的安全與穩(wěn)定第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)103（1）、問題的提出控制中往往會出現(xiàn)一些隨機的特殊要求，如在故障情況下能保證安全生產(chǎn)；發(fā)出報警后改由人工操作或聯(lián)鎖保護不是最佳辦法。（2）、對選擇性控制的要求故障時自動起保護作用而又不停車--是一種取代控制系統(tǒng)。

三、選擇性控制系統(tǒng)1、基本概念2、選擇性控制系統(tǒng)的類型(1)、對被控參數(shù)的選擇性控制系統(tǒng)第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)104控制參數(shù)一個，被控參數(shù)卻有溫度和液位兩個。b)圖增設(shè)了液面超限控制系統(tǒng)。對比方案第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)105(2)、對控制參數(shù)的選擇性控制系統(tǒng)一般選擇性控制方案如圖所示。被控參數(shù)（量）只有一個，而控制參數(shù)（操縱量）卻有兩個。

第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)106第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)107多種燃料選擇性控制方案如圖7-17.第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)1083、應(yīng)用舉例第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)109選擇性控制，取代超馳控制控制系統(tǒng)要求：

正常時，克服干擾，維持生產(chǎn)平穩(wěn)運行達到安全極限時，具有應(yīng)變能力，采取相應(yīng)的措施，使生產(chǎn)離開安全極限，返回正常情況第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)4、選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計110硬保護措施：聲、光報警，連鎖保護→停車，損失大軟保護措施：設(shè)計選擇性系統(tǒng)，在不正常情況下，起到保護控制，直到生產(chǎn)正常兩類保護措施：在正常情況下，仍實施正常控制——自動保護性控制第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)111

選擇性系統(tǒng)依據(jù)：工藝操作的選擇性邏輯關(guān)系實現(xiàn)設(shè)備：自動選擇器（HS、LS）、切換開關(guān)第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)112開關(guān)型選擇性系統(tǒng)A變量：工藝操作指標B變量：安全界限，操作在B內(nèi)是安全的，超出，生產(chǎn)就有危險正常情況，B處于界限內(nèi)，對A進行連續(xù)控制一旦B達到界限，為防止事故，切斷A控制器輸出，使控制閥迅速打開或關(guān)閉，直到B回到安全界限內(nèi)，然后恢復(fù)A的連續(xù)控制變量控制第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)113開關(guān)型選擇性系統(tǒng)控制方案A：裂解氣溫度控制，通過液丙烯換熱面積控制問題：當換熱器列管全部被淹沒時，通過開大控制閥就已經(jīng)沒有作用了，并且導(dǎo)致沒有丙烯的蒸發(fā)空間了，汽帶液，壓縮機受損害第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)114

添加了：帶上限接點的液位控制器（上限設(shè)在75%左右）；氣動控制管路上的電磁三通閥。

正常情況下（液位低于75%），接點斷開（常開），電磁閥通（電關(guān)閥），溫度控制。液位高于75%，接點閉合，切斷溫度控制器的輸出，控制閥氣動管線與大氣通，閥關(guān)閉，切斷液丙烯進料。第五節(jié)均勻、分程、選擇性控制系統(tǒng)115信號器當液位達到75％時pz＝0．1MPapz＝0切換器當pz＝0時，pY＝pxpz＝0．1MPa時，

pY＝0第五節(jié)