過(guò)程控制工程課件

MIMO過(guò)程的解耦控制多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法單變數(shù)控制系統(tǒng)（多回路控制） 方法簡(jiǎn)單，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)不強(qiáng)時(shí)，如果配對(duì)正確，而且參數(shù)整定合適，應(yīng)用效果良好，較強(qiáng)的魯棒性。解耦控制 方法較複雜，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)較強(qiáng)時(shí)，如果對(duì)象模型基本正確，可應(yīng)用於實(shí)際過(guò)程，但魯棒性較弱。多變量控制 方法眾多，相對(duì)複雜，可適用於各種實(shí)際過(guò)程，但魯棒性較弱，通常要求建立對(duì)象模型。多變量系統(tǒng)中的耦合基本問(wèn)題：若採(cǎi)用SISO控制器，如何進(jìn)行輸入輸出變數(shù)之間的配對(duì)？多回路PID控制相對(duì)增益的概念

第一放大係數(shù)pij：在其他控制量ur(r≠j)均不變的前提下，uj對(duì)yi的開(kāi)環(huán)增益

第二放大係數(shù)pij：在利用控制回路使其他被控量yr(r≠i)均不變的前提下，uj對(duì)yi的開(kāi)環(huán)增益相對(duì)增益的概念（續(xù)）

uj至yi通道的相對(duì)增益：

相對(duì)增益矩陣：相對(duì)增益?zhèn)S數(shù)的計(jì)算方法1輸入輸出穩(wěn)態(tài)方程相對(duì)增益?zhèn)S數(shù)的計(jì)算方法2注：上述計(jì)算公式中的“●”為兩矩陣對(duì)應(yīng)元素的相乘！相對(duì)增益?zhèn)S數(shù)的計(jì)算方法2(續(xù))例如：穩(wěn)態(tài)增益：練習(xí)：計(jì)算λ11，λ33，λ12，λ31?其中detP是矩陣P的行列式；Pij是矩陣P的代數(shù)餘子式。相對(duì)增益矩陣的歸一性相對(duì)增益矩陣中每行或每列的總和均為1；若相對(duì)增益矩陣中，某些元素>1，則對(duì)應(yīng)行與列中必然有某些元素<0;λij反映了通道uj與yi之間的穩(wěn)態(tài)增益受其他回路的影響程度.相對(duì)增益與耦合程度當(dāng)通道的相對(duì)增益接近於1，例如0.8<λij<1.2，則表明其他通道對(duì)該通道的關(guān)聯(lián)作用很小;當(dāng)相對(duì)增益小於零或接近於零時(shí)，說(shuō)明使用本通道調(diào)節(jié)器不能得到良好的控制效果。或者說(shuō)，這個(gè)通道的變數(shù)選配不適當(dāng)，應(yīng)重新選擇。當(dāng)相對(duì)增益在0.3到0.7之間或者大於1.5時(shí)，則表明系統(tǒng)中存在著非常嚴(yán)重的耦合。需要考慮進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)或採(cǎi)用多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。變數(shù)配對(duì)舉例(調(diào)和過(guò)程)為非線性系統(tǒng)！變數(shù)配對(duì)舉例（續(xù)）1.設(shè)定穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：Q0（u10,u20,y10,y20）2.穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)Q0附近偏差化變數(shù)配對(duì)舉例（續(xù)）3.工作點(diǎn)Q0附近線性化變數(shù)配對(duì)舉例（續(xù)）4.對(duì)於穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)Q0計(jì)算某一相對(duì)增益：變數(shù)配對(duì)舉例（續(xù)）5.利用相對(duì)增益的性質(zhì)計(jì)算相對(duì)增益矩陣：變數(shù)配對(duì)舉例（續(xù)）6.進(jìn)行合適的變數(shù)配對(duì)(假設(shè)C1>y20>C2)：變數(shù)配對(duì)舉例（續(xù)）7.分析結(jié)論(假設(shè)C1>y20>C2)：（1）變數(shù)配對(duì)：用量大的操作變數(shù)控總流量；用量小的操作變數(shù)控濃度。（2）若用量大的操作變數(shù)占總流量75%以上，則只要用常規(guī)多回路就可以；否則，若兩種進(jìn)料量接近，則需要採(cǎi)用非常規(guī)方法，例如解耦設(shè)計(jì)。調(diào)和過(guò)程工況舉例1F1=80T/hr，F(xiàn)2=20T/hr，F(xiàn)

=100T/hr；C1=75%， C2=25%，C

=64%。相對(duì)增益矩陣為：輸入輸出的正確配對(duì)：多回路控制方案#1（F-F1,C-F2）調(diào)和過(guò)程多回路控制模型#1多回路控制方案#1的閉環(huán)回應(yīng)多回路控制方案#2（C-F1,F-F2）調(diào)和過(guò)程多回路控制模型#2多回路控制方案#2的閉環(huán)回應(yīng)耦合過(guò)程的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)合適輸入輸出變數(shù)配對(duì)後，若關(guān)聯(lián)不大，則可採(cǎi)用常規(guī)的多回路PID控制器；儘管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，但主要控制通道動(dòng)態(tài)特性差別較大，仍可通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)，使各回路的工作頻率拉開(kāi)；若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而且動(dòng)態(tài)特性相近，則需要進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)。解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

前饋補(bǔ)償法解耦原理：使y1與uc2無(wú)關(guān)聯(lián)；使y2與uc1無(wú)關(guān)聯(lián)解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

前饋補(bǔ)償法（續(xù)）解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)角矩陣法解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)角矩陣法（續(xù)）解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單位矩陣法解耦控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

（穩(wěn)態(tài)解耦法）解耦控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1：初始化問(wèn)題問(wèn)題：若u1,u2為“手動(dòng)”時(shí)，如何設(shè)定基本控制器Gc1輸出的初始值，以便無(wú)擾動(dòng)地投入“自動(dòng)”？解耦控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2：約束問(wèn)題問(wèn)題：當(dāng)兩回路均為“自動(dòng)”時(shí)，若u2在運(yùn)行過(guò)程中受到了約束，兩控制器有可能都驅(qū)使u1趨向約束。改進(jìn)的解耦控制方案調(diào)和過(guò)程的解耦控制舉例調(diào)和過(guò)程解耦控制系統(tǒng)仿真被控過(guò)程：穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：Q0（u10,u20,y10,y20）調(diào)和過(guò)程解耦控制仿真（續(xù)）模型：相對(duì)增益矩陣：?jiǎn)栴}：如何進(jìn)行變數(shù)配對(duì)與解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)？調(diào)和過(guò)程多回路控制仿真模型#3調(diào)和過(guò)程多回路控制回應(yīng)調(diào)和過(guò)程動(dòng)態(tài)線性解耦方案動(dòng)態(tài)線性解耦閉環(huán)回應(yīng)調(diào)和過(guò)程線性靜態(tài)解耦方案線性靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)回應(yīng)調(diào)和過(guò)程的部分靜態(tài)解耦方案部分靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)回應(yīng)非線性靜態(tài)解耦的一般結(jié)構(gòu)+調(diào)和過(guò)程的非線性靜態(tài)解耦++調(diào)和過(guò)程非線性靜態(tài)解耦（續(xù)）+調(diào)和過(guò)程的非線性完全解耦非線性完全解耦控制仿真模型非線性靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)回應(yīng)MIMO耦合系統(tǒng)解耦控制小結(jié)應(yīng)通過(guò)關(guān)聯(lián)分析並選擇合適的輸入輸出配對(duì):1.若關(guān)聯(lián)不大或主要控制通道動(dòng)態(tài)特性差別較大，則可採(cǎi)用常規(guī)的多回路PID控制器；2.若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而且動(dòng)態(tài)特性相近，則需要進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)。常用的解耦方法： 前饋解耦、靜態(tài)解耦、部分解耦、線性或非線性解耦等。練習(xí)題巳知過(guò)程的開(kāi)環(huán)穩(wěn)態(tài)增益矩陣試推導(dǎo)其相對(duì)增益矩陣，並選擇最好的控制回路。分析此過(guò)程是否需要解耦。流體輸送設(shè)備控制自學(xué)思考題對(duì)於離心式流體輸送設(shè)備（泵、壓縮機(jī)），如何實(shí)現(xiàn)流量控制？對(duì)於容積式泵設(shè)備，如何實(shí)現(xiàn)流量控制？對(duì)於離心式壓縮機(jī)，說(shuō)明喘振現(xiàn)象與產(chǎn)生原因；掌握常用的防喘振方法與相應(yīng)的控制系統(tǒng)；傳熱設(shè)備控制要求1、掌握換熱器出口溫度的控制方案與對(duì)象靜態(tài)特性；2、瞭解加熱爐的常用控制方案；3、掌握汽包水位的對(duì)象特點(diǎn)與控制方案；4、掌握鍋爐設(shè)備燃料與空氣邏輯變比值控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法；5、瞭解鍋爐設(shè)備過(guò)熱蒸汽溫度的控制問(wèn)題與常用的控制方法。

MIMO系統(tǒng)的約束預(yù)測(cè)控制內(nèi)容多變量約束控制問(wèn)題APC軟體產(chǎn)品介紹預(yù)測(cè)控制器MDMC_LP

預(yù)測(cè)模型、設(shè)定值操作優(yōu)化、動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制工業(yè)應(yīng)用

——原油常壓塔溫度分佈控制工業(yè)過(guò)程對(duì)APC的控制要求改善控制系統(tǒng)性能，包括跟蹤特性、抗干擾特性；適應(yīng)多變量、強(qiáng)關(guān)聯(lián)、大時(shí)滯、不確定時(shí)滯等複雜特性；滿足對(duì)控制變數(shù)、被控變數(shù)和中間變數(shù)的約束；降低操作成本，追求產(chǎn)量最高、能耗最小等效益指標(biāo)。商品化預(yù)測(cè)控制軟體MIMO系統(tǒng)的受約束控制問(wèn)題

控制變數(shù)（MVs）約束：

輸出變數(shù)（CVs,AVs）約束：MDMC_LP控制器結(jié)構(gòu)MDMC_LP中的預(yù)測(cè)模型

動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型：

穩(wěn)態(tài)預(yù)測(cè)模型：設(shè)定值操作優(yōu)化問(wèn)題

操作優(yōu)化目標(biāo)：

約束條件：其中us(k)、ys(k)分別為u(k)、y(k)的穩(wěn)態(tài)預(yù)測(cè)值。設(shè)定值操作優(yōu)化問(wèn)題求解

線性規(guī)劃問(wèn)題：其中動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制問(wèn)題

目標(biāo)函數(shù)：

控制目標(biāo)：（1）盡可能地減少被控變數(shù)與其設(shè)定值之間的偏差；（2）盡可能地減少控制變數(shù)的振盪；（3）希望控制變數(shù)與其穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)之間的偏差盡可能小以滿足對(duì)輔助變數(shù)的約束，並實(shí)現(xiàn)操作成本的最小化。原油常減壓蒸餾過(guò)程原油常壓塔側(cè)線溫度控制問(wèn)題

控制目的：減少各側(cè)線產(chǎn)品品質(zhì)的波動(dòng)，克服原油處理量與性質(zhì)變化對(duì)常壓塔操作的影響。常壓塔側(cè)線溫度與抽出量的關(guān)係

其中，各穩(wěn)態(tài)增益的單位為℃/（T/Hr），一階時(shí)間常數(shù)與純滯後時(shí)間的單位均為分.常壓塔APC投用效果投用後常一線抽出塔盤溫度常壓塔APC投用效果（續(xù)1）投用後常二線抽出塔盤溫度常壓塔APC投用效果（續(xù)2）投用後常三線抽出塔盤溫度常壓塔APC抗干擾性能處理量的變化常一線溫度變化常二線溫度變化常三線溫度變化常壓塔APC系統(tǒng)評(píng)價(jià)先進(jìn)控制系統(tǒng)的投用顯著地減少了側(cè)線溫度的波動(dòng)；對(duì)原油處理量的改變與原油性質(zhì)的變化，常壓塔的操作自適應(yīng)能力提高；先進(jìn)控制系統(tǒng)投用後，各側(cè)線產(chǎn)品的重疊度減少，合格率顯著提高；系統(tǒng)性能與預(yù)測(cè)模型的精度相關(guān)。當(dāng)操作方案發(fā)生大的改變或原油處理量變化過(guò)大時(shí)，需要重新進(jìn)行模型測(cè)試。比值控制

RatioControl比值控制內(nèi)容比值控制問(wèn)題的由來(lái)；常用的比值控制方案與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)係；變比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合；仿真舉例溶液配製問(wèn)題問(wèn)題：當(dāng)NaoH用量QB變化時(shí)，調(diào)整稀釋水量QA以使稀釋液NaoH的濃度為6~8%左右。解決方案：（1）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值？）。一般的比值控制問(wèn)題要求：QA

/QB

=KAB（比值係數(shù)）而QB為主動(dòng)流量，QA為可控量，要求設(shè)計(jì)一控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)QA以實(shí)現(xiàn)上述比值控制目標(biāo)。比值控制系統(tǒng)方案1穩(wěn)態(tài)條件:IA=K1IB假設(shè)流量測(cè)量變送環(huán)節(jié)為線性對(duì)象（對(duì)於用孔板測(cè)量的信號(hào)須經(jīng)開(kāi)方運(yùn)算）。比值控制方案2穩(wěn)態(tài)條件:K2IA=IB比值控制系統(tǒng)方案3穩(wěn)態(tài)條件:K3=IA/

IB存在問(wèn)題：物料A的流量回路存在非線性，當(dāng)物料B的流量減少時(shí)，回路增益增大，有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，並可能出現(xiàn)“除零”運(yùn)算。比值控制的邏輯提降量功能:(1)正常工況下實(shí)現(xiàn)鍋爐蒸汽壓力對(duì)燃料流量的串級(jí)控制，以及燃料與空氣流量的比值控制(2)提負(fù)荷時(shí)先提空氣，而降負(fù)荷時(shí)先降燃料量。分析要點(diǎn)：正常工況時(shí)，換熱器出口溫度

變比值串級(jí)控制系統(tǒng)系統(tǒng)功能：（1）變比值串級(jí)？（2）變?cè)鲆娲?jí)？（3）前饋回饋串級(jí)控制？換熱器變比值串級(jí)控制仿真(參見(jiàn)模型…/FFControl/ExHeaterRatio_PID.mdl)結(jié)論討論了流量比值控制問(wèn)題；介紹了常用的比值控制方案；分析了流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)係；詳細(xì)列舉了燃燒控制中常用的邏輯提降量問(wèn)題與解決方案；簡(jiǎn)單介紹了變比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合。練習(xí)題右圖表示了NaOH溶液的稀釋過(guò)程，輸入溶液濃度為20%，要求進(jìn)一步用清水稀釋成濃度為5%的溶液。流量F1、F2的測(cè)量?jī)x錶均為線性變送器，儀錶量程分別為0~30T/hr和0~120T/hr，並採(cǎi)用DDZ-Ⅲ型，K為比值計(jì)算單元。（1）求K值與流量比值的關(guān)係式；（2）根據(jù)所描述的工藝情況，確定K值；（3）若F1的變化範(fàn)圍為10~20T/hr，試求取穩(wěn)態(tài)條件下I2與I3的變化範(fàn)圍（用mA表示）

常用複雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本概念和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.性能分析

★能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響

★改善主控制器Gc2的廣義對(duì)象特性，提高工作頻率

★容許副回路內(nèi)各環(huán)節(jié)特性在一定範(fàn)圍內(nèi)變動(dòng)不影響整個(gè)系統(tǒng)控制品質(zhì)

★能夠更精確控制操縱變數(shù)的流量

★可實(shí)現(xiàn)更靈活的操作方式二、串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問(wèn)題1.串級(jí)控制系統(tǒng)主、副被控變數(shù)的選擇2.串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器控制規(guī)律的選擇3.串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器正反作用的選擇4.串級(jí)控制系統(tǒng)的積分飽和及防止積分飽和的措施5.串級(jí)控制系統(tǒng)中副環(huán)的非線性6.串級(jí)控制系統(tǒng)中控制器的參數(shù)整定和系統(tǒng)投運(yùn)三、串級(jí)控制系統(tǒng)的變型1.引入中間輔助變數(shù)的串級(jí)控制系統(tǒng)2.引入閥門定位器的串級(jí)控制系統(tǒng)第二節(jié)均勻控制系統(tǒng)一、基本原理和結(jié)構(gòu)1.基本原理2.均勻控制系統(tǒng)的實(shí)施方案

★單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

★串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)★雙沖量均勻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

○被控變數(shù)的差作為被控變數(shù)

○被控變數(shù)的和作為被控變數(shù)3.均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和示例二、控制器參數(shù)整定1.控制器控制規(guī)律的選擇2.控制器參數(shù)整定3.控制系統(tǒng)分析

★控制系統(tǒng)分析

★液位被控對(duì)象近似為積分環(huán)節(jié)

★液位被控對(duì)象近似為一階慣性環(huán)節(jié)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理2.基本結(jié)構(gòu)3.性能分析二、控制方案分析1.相乘方案的實(shí)施2.相除方案的實(shí)施三、比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問(wèn)題1.主動(dòng)量和從動(dòng)量的選擇2.比值控制系統(tǒng)類型的選擇3.比值函數(shù)環(huán)節(jié)的選擇4.檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的選擇5.其他問(wèn)題6.比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)四、比值控制系統(tǒng)的變型1.快速跟蹤2.無(wú)限可調(diào)比的比值控制系統(tǒng)3.均分控制系統(tǒng)公式匯總第四節(jié)前饋控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理2.基本結(jié)構(gòu)●單純前饋控制系統(tǒng)●前饋信號(hào)與反饋信號(hào)相乘的前饋-回饋控制系統(tǒng)●前饋信號(hào)與反饋信號(hào)相加的前饋-回饋控制系統(tǒng)3.性能分析二、前饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問(wèn)題1.擾動(dòng)變數(shù)的選擇2.前饋控制規(guī)律的設(shè)計(jì)3.前饋-回饋控制系統(tǒng)中流量副回路的引入4.前饋控制通道中非線性環(huán)節(jié)的處理5.前饋控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)和偏置值的設(shè)置6.前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)7.多變量前饋控制系統(tǒng)8.比例滯後控制第五節(jié)分程式控制制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理2.基本結(jié)構(gòu)和性能分析

釜式反應(yīng)器溫度分程式控制制系統(tǒng)分析二、分程式控制制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問(wèn)題1.分程式控制制系統(tǒng)中控制閥的洩漏量2.分程式控制制工作範(fàn)圍的選擇和實(shí)現(xiàn)3.分程點(diǎn)廣義對(duì)象特性的突變

●分程控制用于適應(yīng)不同控制要求

●分程控制用于擴(kuò)大可調(diào)范圍示例一示例二示例三第六節(jié)選擇性控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理2.基本結(jié)構(gòu)和性能分析

●選擇器位于兩個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器之間

●選擇器位于幾個(gè)檢測(cè)變送環(huán)節(jié)與控制器之間

●利用選擇器實(shí)現(xiàn)非線性控制規(guī)律二、選擇性控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的結(jié)合1.選擇性控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)的結(jié)合

●具有邏輯規(guī)律的比值控制系統(tǒng)

●從動(dòng)量供應(yīng)不足時(shí)的比值控制系統(tǒng)2.選擇性控制系統(tǒng)與分程式控制制系統(tǒng)的結(jié)合3.補(bǔ)充燃料的選擇性控制系統(tǒng)三、選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問(wèn)題1.選擇器類型的選擇2.控制器的選擇3.防積分飽和選擇性控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果第七節(jié)雙重控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理和結(jié)構(gòu)2.性能分析

●增加開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，改善控制品質(zhì)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

●提高雙重控制系統(tǒng)的工作頻率

●動(dòng)靜結(jié)合，快慢結(jié)合，急則治標(biāo)，緩則治本二、雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問(wèn)題1.主、副操縱變數(shù)的選擇2.主、副控制器的選擇3.主、副控制器正反作用的選擇4.雙重控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)5.雙重控制系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定第八節(jié)基於模型計(jì)算的控制系統(tǒng)一、根據(jù)模型計(jì)算測(cè)量值的控制系統(tǒng)1.品質(zhì)流量的控制2.熱量控制3.內(nèi)回流控制二、根據(jù)模型計(jì)算設(shè)定值的控制系統(tǒng)1.具有壓力補(bǔ)償?shù)臏囟瓤刂?.離心壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)3.根據(jù)計(jì)算指標(biāo)控制系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)三、非線性控制1.補(bǔ)償被控對(duì)象的非線性

●采用控制閥的非線性流量特性補(bǔ)償

●采用非線性控制規(guī)律進(jìn)行補(bǔ)償

●采用串級(jí)控制系統(tǒng)2.位式控制3.滿足一定控制要求而引入的非線性第二章結(jié)束

謝謝！控制系統(tǒng)框圖GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2串級(jí)控制系統(tǒng)的框圖串級(jí)控制系統(tǒng)的相關(guān)名詞術(shù)語(yǔ)主被控變數(shù)y1是要保持平穩(wěn)控制的主要被控變數(shù)。副被控變數(shù)y2是串級(jí)控制系統(tǒng)的輔助被控變數(shù)。主控制器、副控制器的傳遞函數(shù)Gc1(s)、Gc2(s)。主被控對(duì)象、副被控對(duì)象傳遞函數(shù)Gp1(s)、Gp2(s)。主被控變數(shù)的檢測(cè)變送環(huán)節(jié)Gm1(s)、副被控變數(shù)的檢測(cè)變送環(huán)節(jié)Gm2(s)。主被控變數(shù)的測(cè)量值ym1、副被控變數(shù)的測(cè)量值ym2。F1和F2分別是進(jìn)入主、副被控對(duì)象的擾動(dòng)。擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)分別為Gf1(s)和Gf2(s)。由Gc2(s)、

Gv(s)、Gp2(s)和Gm2(s)組成的控制回路稱為副回路，或副環(huán)。由Gc1(s)和副回路、Gp1(s)和Gm1(s)組成的控制回路稱為主回路，或主環(huán)。串級(jí)控制系統(tǒng)中有關(guān)的傳遞函數(shù)如下：串級(jí)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)U2QY2Y1F1F2E2YM2R2串級(jí)控制框圖提高系統(tǒng)工作效率下一頁(yè)上一頁(yè)工作效率和其他參數(shù)的關(guān)係串級(jí)控制框圖示例一示例二示例三示例四示例五防積分飽和串級(jí)控制框圖串級(jí)控制框圖方案二方案一與單回路液位控制的區(qū)別下一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)示例一示例二下一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)計(jì)算公式前饋與回饋控制的比較前饋控制框圖下一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)示例二示例一示例二示例一正常：TC→控制閥u1=kc1e1+u1/(Tis+1)Tis/(Tis+1)u1=kc1e1u1/e1=(Tis+1)/TisPI作用而LC：u2=kc2e2+u1/(Tis+1)u1<u2異常：e2反向時(shí)u2=kc2e2+u1/(Tis+1)<u1此時(shí)LC切上u2=kc2e2+u2/(Tis+1)具有PI作用u1=kc1e1+u2/(Tis+1)>u2

滿足同步要求TCLCTY<u1u2控制閥下一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)串級(jí)控制系統(tǒng)

單回路PID控制系統(tǒng)小結(jié)介紹了簡(jiǎn)單被控過(guò)程的機(jī)理建模方法;討論了控制閥“氣開(kāi)、氣關(guān)”形式與流量特性的選擇問(wèn)題；講述了“廣義對(duì)象”動(dòng)態(tài)特性的典型測(cè)試方法；介紹了單回路控制器“正反作用”的選擇原則；詳細(xì)分析了單回路PID參數(shù)整定方法,介紹了PID控制器的“防積分飽和”技術(shù).習(xí)題3-4:機(jī)理建模舉例(1)列寫過(guò)程微分方程組;(2)畫出方框圖;(3)求傳遞函數(shù)習(xí)題3-4:列寫狀態(tài)方程物料平衡方程:將流量方程代入物料平衡方程,即得到過(guò)程狀態(tài)方程習(xí)題3-4:狀態(tài)方程傳遞函數(shù)表示由以上傳遞函數(shù)方程,可畫出相應(yīng)的方框圖.習(xí)題3-4:過(guò)程傳遞函數(shù)方框圖習(xí)題3-4:計(jì)算輸入輸出傳遞函數(shù)利用方框圖等效變換;直接用傳遞函數(shù)計(jì)算公式;通過(guò)求解傳遞函數(shù)方程組.習(xí)題4-9:控制閥流量特性選擇熱平衡方程:控制通道靜態(tài)增益:被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性變化

對(duì)控制閥流量特性選擇的考慮從靜態(tài)增益補(bǔ)償?shù)慕嵌葟膭?dòng)態(tài)特性變化的角度(Why?)單回路系統(tǒng)防積分飽和原理分析討論：正常情況為標(biāo)準(zhǔn)的PI控制演算法；而當(dāng)出現(xiàn)超限時(shí)，自動(dòng)切除積分作用。為什麼?本講基本要求瞭解串級(jí)控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖表示法；結(jié)合控制原理，掌握串級(jí)系統(tǒng)的分析方法；瞭解串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法;瞭解串級(jí)控制系統(tǒng)的抗積分飽和措施。反應(yīng)釜溫度單回路控制系統(tǒng)控制變數(shù)：冷卻劑量被控變數(shù)：反應(yīng)溫度控制閥：氣關(guān)閥控制規(guī)律：PID單回路控制系統(tǒng)擾動(dòng)分析問(wèn)題：從擾動(dòng)開(kāi)始至調(diào)節(jié)器動(dòng)作，調(diào)節(jié)滯後較大，特別對(duì)於大容量的反應(yīng)槽，調(diào)節(jié)滯後更大。冷卻水入口溫度↑→夾套內(nèi)冷卻水溫度T2↑→（經(jīng)對(duì)流傳熱）槽壁溫度↑→反應(yīng)槽溫度T1↑→（經(jīng)回饋回路）冷卻水量↑對(duì)調(diào)節(jié)滯後的解決方法之一 對(duì)於冷卻水方面的擾動(dòng)，如冷卻水的入口溫度、閥前壓力等擾動(dòng)，夾套冷卻水溫度T2比反應(yīng)槽溫度T1能更快地感受到。因而可設(shè)計(jì)夾套水溫單回路控制系統(tǒng)TC2以儘快地克服冷卻水方面的擾動(dòng)。但TC2的設(shè)定值應(yīng)根據(jù)T1的控制要求作相應(yīng)的變化（這一要求可用反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)器TC1來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)）?！按?jí)控制”反應(yīng)器溫度的串級(jí)控制方案特點(diǎn)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器串在一起工作，調(diào)節(jié)器TC2通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻劑量以克服冷卻水方面的擾動(dòng)；調(diào)節(jié)器TC1通過(guò)調(diào)節(jié)夾套內(nèi)水溫的設(shè)定值以保證反應(yīng)溫度維持在工藝所希望的某一給定值。反應(yīng)器溫度串級(jí)控制框圖TC1稱為“主調(diào)節(jié)器”，TC2稱為“副調(diào)節(jié)器”。通用的串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖注：D1、D2綜合反映了一次擾動(dòng)、二次擾動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)副參數(shù)與主參數(shù)的動(dòng)態(tài)影響；主回路是指：副回路閉合狀態(tài)下等效的單回路（將副回路看成是一個(gè)等效的控制閥）。串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）副回路（有時(shí)稱內(nèi)環(huán)）具有快速調(diào)節(jié)作用，它能有效地克服二次擾動(dòng)的影響；由於而對(duì)於動(dòng)態(tài)滯後較小的副回路，有串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（2）對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力，並能自動(dòng)地克服副對(duì)象增益或調(diào)節(jié)閥特性的非線性對(duì)控制性能的影響。對(duì)於內(nèi)環(huán)等效對(duì)象的增益當(dāng)結(jié)論：當(dāng)副回路增益足夠大時(shí)，使主回路的特性基本上和副對(duì)象、調(diào)節(jié)閥的增益無(wú)關(guān)（系統(tǒng)的“魯棒性”強(qiáng)）。串級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則副參數(shù)的選擇應(yīng)使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏；副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾；盡可能將帶有非線性或時(shí)變特性的環(huán)節(jié)包含於副回路中。常用的串級(jí)控制系統(tǒng)：溫度+流量、溫度+壓力、液位+流量、溫度+溫度等。串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例*分析問(wèn)題：副回路的快速性與副回路所能包括的擾動(dòng)範(fàn)圍之間的矛盾。串級(jí)方案設(shè)計(jì)舉例討論：副回路所包含的干擾與副回路快速性之間的矛盾？串級(jí)方案設(shè)計(jì)舉例（續(xù)）討論：副回路所能包括的擾動(dòng)越多，副對(duì)象與主對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性的差別越小，越容易引起內(nèi)外回路之間的“共振”（系統(tǒng)穩(wěn)定性越差）。串級(jí)系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器選型副調(diào)節(jié)器常選擇PI控制律

原因：副回路為隨動(dòng)系統(tǒng)，其設(shè)定值變化頻繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服內(nèi)環(huán)中的各種擾動(dòng)，為加大副回路的調(diào)節(jié)能力，理想上不用加積分作用。但實(shí)際運(yùn)行中，串級(jí)系統(tǒng)有時(shí)會(huì)斷開(kāi)主回路，因而，通常需要加入積分作用。但積分作用要求較弱以保證副回路較強(qiáng)的抗干擾能力。串級(jí)系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器選型主調(diào)節(jié)器常選擇PI或PID控制律

原因：主回路的任務(wù)是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而對(duì)於主參數(shù)為溫度的串級(jí)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強(qiáng)的積分作用（除主參數(shù)為液位的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)以外）。當(dāng)主對(duì)象的調(diào)節(jié)滯後較大，而主參數(shù)變化較平緩時(shí)，可加入通常大小的微分作用。串級(jí)系統(tǒng)PID參數(shù)的整定方法Step1:先斷開(kāi)主回路，按單回路方式整定副調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)。Step2:在主調(diào)節(jié)器為“手動(dòng)”、副回路閉環(huán)的情況下，測(cè)試得到主回路廣義對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性與相應(yīng)特徵參數(shù)。Step3:採(cǎi)用單回路調(diào)節(jié)參數(shù)的工程整定法（如Z-N準(zhǔn)則），確定主回路的PID參數(shù)。單回路控制系統(tǒng)的抗干擾性能(參見(jiàn)仿真程式…/CascadePID/SinglePidwithLimit.mdl)串級(jí)系統(tǒng)的參數(shù)整定與抗干擾(參見(jiàn)仿真程式…/CascadePID/CascadePidwithLimit.mdl)結(jié)論介紹了串級(jí)控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；結(jié)合控制原理，具體分析了串級(jí)系統(tǒng)的抗干擾性能；討論了串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；通過(guò)Simulink仿真，詳細(xì)介紹了串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定過(guò)程;練習(xí)題1精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)如圖所示，圖中，Pv為調(diào)節(jié)閥閥前壓力。（1）為保證再沸器的安全，蒸汽調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣關(guān)閥還是氣開(kāi)閥？為什麼？（2）確定調(diào)節(jié)器TC、PC的正反作用，並畫出該系統(tǒng)完整的方框圖（盡可能在圖上表明相應(yīng)的信號(hào)）。

對(duì)象非線性增益的補(bǔ)償對(duì)象增益非線性補(bǔ)償方法調(diào)節(jié)閥特性補(bǔ)償，以使廣義對(duì)象為近似線性；串級(jí)控制方式，以克服副回路的非線性；引入比值等中間參數(shù)，以主回路廣義對(duì)象的增益為近似線性；變?cè)鲆婵刂破鳎和ㄟ^(guò)引入對(duì)象增益的反函數(shù)以使系統(tǒng)的回路增益為線性；自適應(yīng)控制器：根據(jù)控制系統(tǒng)的性能自動(dòng)調(diào)整控制器的增益，以使系統(tǒng)的回路增益為近似線性。增益非線性補(bǔ)償方法舉例1對(duì)象穩(wěn)態(tài)關(guān)係：對(duì)象增益：補(bǔ)償方法：通過(guò)合理選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性，實(shí)現(xiàn)廣義對(duì)象增益的近似線性。非線性補(bǔ)償方法舉例2補(bǔ)償方法：通過(guò)引入串級(jí)控制方式，以克服副回路中的非線性，實(shí)現(xiàn)主對(duì)象增益在一定條件下的的近似線性（本例中，指Fsp

與出口溫度的穩(wěn)態(tài)增益）。非線性補(bǔ)償方法舉例3補(bǔ)償方法：通過(guò)引入中間變數(shù)（本例中為蒸汽量與工藝物料量的比值），實(shí)現(xiàn)主對(duì)象增益的近似線性（本例中，指u(t)與T2(t)的穩(wěn)態(tài)增益）。pH中和過(guò)程中和反應(yīng):中和反應(yīng)平衡式:pH的定義式:pH中和過(guò)程的穩(wěn)態(tài)模型假設(shè)先混合後反應(yīng),混合後的酸與堿濃度x1,x2分別為中和反應(yīng)的結(jié)果使混合液中的剩餘酸濃度為pH中和過(guò)程的非線性中和過(guò)程的動(dòng)態(tài)模型參見(jiàn)p.239圖14.3-3pH中和過(guò)程的單回路控制中和過(guò)程的變比值串級(jí)PID控制pH中和過(guò)程的非線性控制討論：由於pH中和過(guò)程非線性的特殊性，採(cǎi)用直接引入“非線性增益補(bǔ)償”環(huán)節(jié)的方法可自由地實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益的線性化。中和過(guò)程非線性增益補(bǔ)償原理

鍋爐設(shè)備的控制

本章討論鍋爐設(shè)備的控制根據(jù)系統(tǒng)分析將相互關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)分解為較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)主要包括鍋爐給水控制系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)第一節(jié)概述

1.鍋爐設(shè)備的主要控制要求★汽包的液位、蒸汽的壓力：保持在一定范圍內(nèi)，適應(yīng)用戶負(fù)荷的變化★過(guò)熱蒸汽溫度：保持在一定范圍內(nèi)★爐膛負(fù)壓：保持在一定范圍內(nèi)★燃燒完全：根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保的要求★運(yùn)行安全：液位、爐膛負(fù)壓、過(guò)熱度、蒸汽壓力等在安全運(yùn)行范圍內(nèi)2.鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)★給水自動(dòng)控制系統(tǒng)：保持物料的平衡（給水和蒸汽）

被控變數(shù)：汽包液位操縱變數(shù)：給水量★鍋爐燃燒的自動(dòng)控制系統(tǒng)：滿足經(jīng)濟(jì)性、安全性和環(huán)保要求

被控變數(shù)：蒸汽壓力操縱變數(shù)：燃料量

被控變數(shù)：煙氣含氧量操縱變數(shù)：送風(fēng)量

被控變數(shù)：爐膛負(fù)壓操縱變數(shù)：引風(fēng)量★過(guò)熱系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)：滿足過(guò)熱度、壁溫等要求被控變數(shù)：過(guò)熱蒸汽溫度操縱變數(shù)：噴水量第二節(jié)鍋爐汽包水位控制

★設(shè)置鍋爐水位控制的必要性一、鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特1.給水流量W對(duì)汽包水位H的動(dòng)態(tài)特性2.蒸汽流量D對(duì)汽包水位H的動(dòng)態(tài)特性二、鍋爐汽包水位的控制

★擾動(dòng)分析1.單衝量水位控制系統(tǒng)2.雙衝量水位控制系統(tǒng)★前饋控制器控制規(guī)律的確定★雙沖量控制系統(tǒng)的變型3.三衝量水位控制系統(tǒng)

★三衝量水位控制系統(tǒng)

★三衝量水位控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方案三、應(yīng)用示例

第三節(jié)蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)的控制

一、系統(tǒng)分析1.被控變數(shù)：過(guò)熱器出口溫度2.操縱變數(shù)：減溫水流量3.擾動(dòng)：蒸汽流量、減溫水熱焓、燃燒情況、煙氣溫度及流速等二、控制方案1.簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)及時(shí)滯大，控制品質(zhì)差2.串級(jí)控制系統(tǒng)：副被控變數(shù)：減溫器出口溫度'];

有效克服進(jìn)入副環(huán)干擾，回應(yīng)快，控制品質(zhì)改善3.雙衝量控制系統(tǒng)：減溫器出口溫度的微分這是串級(jí)控制系統(tǒng)的變型

串級(jí)控制系統(tǒng)變型結(jié)構(gòu)圖第四節(jié)燃燒控制系統(tǒng)一、燃燒控制的任務(wù)二、燃燒過(guò)程的控制1.燃燒過(guò)程基本控制2.雙交叉燃燒控制三、燃燒過(guò)程中煙氣氧含量閉環(huán)控制1.鍋爐的熱效率2.煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng)四、爐膛負(fù)壓控制及安全控制系統(tǒng)1.爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)2.安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)五、鍋爐控制的實(shí)例1.燃燒過(guò)程的控制2.汽包水位的三衝量控制系統(tǒng)第五節(jié)火電站鍋爐和發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制一、協(xié)調(diào)控制概述

二、協(xié)調(diào)控制1.單元機(jī)組動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)2.直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

●以（P1/PT）×Psp為能量平衡信號(hào)的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

●以P1[1+k（Psp-PT）]為前饋信號(hào)的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)3.單元機(jī)組的主控系統(tǒng)4.給水全程控制系統(tǒng)第六章結(jié)束關(guān)閉控制系統(tǒng)組態(tài)圖控制方案系統(tǒng)圖系統(tǒng)圖

系統(tǒng)圖系統(tǒng)圖系統(tǒng)圖

過(guò)程動(dòng)態(tài)特性建模與分析

（ProcessCharacteristics）單回路控制系統(tǒng)組成被控對(duì)象動(dòng)態(tài)建模方法機(jī)理建模

原理：根據(jù)過(guò)程的工藝機(jī)理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，如物料平衡、能量平衡等，以及反映流體流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)等基本規(guī)律的運(yùn)動(dòng)方程，由此獲得被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。

特點(diǎn)：概念明確、適用範(fàn)圍寬，要求對(duì)該過(guò)程機(jī)理明確。測(cè)試建模

原理：對(duì)過(guò)程的輸入（包括控制變數(shù)與擾動(dòng)變數(shù)）施加一定形式的激勵(lì)信號(hào)，如階躍、脈衝信號(hào)等，同時(shí)記錄相關(guān)的輸入輸出數(shù)據(jù)，再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由此獲得對(duì)象的動(dòng)態(tài)模型。

特點(diǎn)：無(wú)需深入瞭解過(guò)程機(jī)理，但適用範(fàn)圍小，模型準(zhǔn)確性有限。對(duì)象機(jī)理建模舉例#1（p.28）

物料平衡方程：

流體運(yùn)動(dòng)方程：討論問(wèn)題：（1）線性化的意義？如何線性化？（2）如何用Matlab或SimuLink表示該過(guò)程？（參見(jiàn)Simulation\ProcessModel\LevelProcess01.mdl）對(duì)象機(jī)理建模舉例#2

物料平衡方程：

流體運(yùn)動(dòng)方程：仿真參見(jiàn)\ProcessModel\LevelProcess02.mdl問(wèn)題：狀態(tài)方程？線性化？機(jī)理建模舉例#3：非自衡過(guò)程物料平衡方程：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)u(t)：控制器輸出(4~20mA或0~10mADC)；pc：調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)控制信號(hào)；l：閥桿相對(duì)位置；f：相對(duì)流通面積；q：受調(diào)節(jié)閥影響的管路相對(duì)流量。閥門的“氣開(kāi)”與“氣關(guān)”1.氣開(kāi)閥與氣關(guān)閥*氣開(kāi)閥：pc↑→f↑(“有氣則開(kāi)”)*氣關(guān)閥：pc↑→f↓(“有氣則關(guān)”)無(wú)氣源(pc=0)時(shí)，氣開(kāi)閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開(kāi)。2.氣開(kāi)閥與氣關(guān)閥的選擇原則*若無(wú)氣源時(shí)，希望閥全關(guān)，則應(yīng)選擇氣開(kāi)閥，如加熱爐瓦斯氣調(diào)節(jié)閥；若無(wú)氣源時(shí)，希望閥全開(kāi)，則應(yīng)選擇氣關(guān)閥，如加熱爐進(jìn)風(fēng)蝶閥。調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性：閥芯與閥座間的節(jié)流面積和閥門開(kāi)度之間的函數(shù)關(guān)係。f為相對(duì)節(jié)流面積；l為相對(duì)開(kāi)度：

線性閥（線1）：等百分比閥或稱對(duì)數(shù)閥（線2）：調(diào)節(jié)閥的工作流量特性分析閥阻比S100：調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的兩端壓降與系統(tǒng)總壓降之比，即調(diào)節(jié)閥工作流量特性（續(xù)）線性閥的特性變異對(duì)數(shù)閥的特性變異調(diào)節(jié)閥流量特性總結(jié)

線性閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv與閥門開(kāi)度無(wú)關(guān)；而隨著管路系統(tǒng)閥阻比的減少，當(dāng)開(kāi)度到達(dá)50~70%時(shí)，流量已接近其全開(kāi)時(shí)的數(shù)值，即Kv隨著開(kāi)度的增大而顯著下降。

對(duì)數(shù)閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv隨著閥門開(kāi)度的增大而增加；而隨著管路系統(tǒng)閥阻比的減少，Kv漸近於常數(shù)。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇原則選擇原則：僅當(dāng)對(duì)象特性近似線性而且閥阻比大於0.60

以上（即調(diào)節(jié)閥兩端的壓差基本不變），才選擇線性閥，如液位控制系統(tǒng)；其他情況大都應(yīng)選擇對(duì)數(shù)閥。熱平衡方程：Kp：控制通道增益“廣義對(duì)象”的概念“廣義對(duì)象”的特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析簡(jiǎn)化；（2）廣義對(duì)象的輸入輸出通常可測(cè)量，以便於 測(cè)試其動(dòng)態(tài)特性；（3）只關(guān)心某些特定的輸入輸出變數(shù)?！皬V義對(duì)象”動(dòng)態(tài)特性的

階躍回應(yīng)測(cè)試法*典型自衡工業(yè)對(duì)象的階躍回應(yīng)對(duì)象的近似模型：對(duì)應(yīng)參數(shù)見(jiàn)左圖，而增益為：[ymin,ymax]為CV的測(cè)量範(fàn)圍；[umin,umax]為MV的變化範(fàn)圍，對(duì)於閥位開(kāi)度通常用0~100%表示?！皬V義對(duì)象”動(dòng)態(tài)特性的

矩形脈衝回應(yīng)測(cè)試法SISO對(duì)象模型構(gòu)造與動(dòng)態(tài)回應(yīng)仿真參見(jiàn)\ProcessModel\OpenLoopResp.mdl過(guò)程控制廣義對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分類自衡過(guò)程（Self-RegulatingProcesses）

(1)無(wú)振盪的自衡過(guò)程

(2)有振盪的自衡過(guò)程非自衡過(guò)程（Non-Self-RegulatingProcesses）

(1)無(wú)振盪的非自衡過(guò)程

(2)有振盪的非自衡過(guò)程

(3)具有反向特性的非自衡過(guò)程無(wú)振盪自衡過(guò)程模型無(wú)振盪非自衡過(guò)程模型具有反向特性的非自衡過(guò)程模型工業(yè)過(guò)程控制對(duì)象的特點(diǎn)除液位對(duì)象外的大多數(shù)被控對(duì)象本身是穩(wěn)定自衡對(duì)象；對(duì)象動(dòng)態(tài)特性存在不同程度的純遲延；對(duì)象的階躍回應(yīng)通常為單調(diào)曲線，除流量對(duì)象外的被調(diào)量的變化相對(duì)緩慢；被控對(duì)象往往具有非線性、不確定性與時(shí)變等特性。結(jié)論介紹了簡(jiǎn)單被控過(guò)程的機(jī)理建模方法與線性化問(wèn)題；討論了調(diào)節(jié)閥“氣開(kāi)、氣關(guān)”形式與流量特性的選擇原則；講述了“廣義對(duì)象”的概念及其動(dòng)態(tài)特性的典型測(cè)試方法；列舉了工業(yè)過(guò)程的典型動(dòng)態(tài)特性類型與通道模型。

簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)第一章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制研究的基本觀點(diǎn)第一章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

第一節(jié)控制系統(tǒng)組成和控制性能指標(biāo)一、控制系統(tǒng)的組成1、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)示例2、控制系統(tǒng)的框圖3、控制系統(tǒng)的有關(guān)術(shù)語(yǔ)4、控制系統(tǒng)框圖的幾點(diǎn)說(shuō)明

二、控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)1、時(shí)域控制性能指標(biāo)2、積分性能指標(biāo)3、控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要準(zhǔn)則第二節(jié)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和建立過(guò)程的動(dòng)態(tài)模型

一、過(guò)程動(dòng)態(tài)特性1、典型過(guò)程動(dòng)態(tài)特性自衡的非振盪過(guò)程無(wú)自衡的非振盪過(guò)程自衡的振盪過(guò)程具有反向特性的過(guò)程2、過(guò)程特性對(duì)控制性能指標(biāo)的影響增益的影響時(shí)間常數(shù)的影響時(shí)滯的影響擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響時(shí)間常數(shù)匹配的影響被控變數(shù)與操作變數(shù)的選擇二、過(guò)程動(dòng)態(tài)模型的建立1、對(duì)過(guò)程模型的要求2、過(guò)程模型建立的方法機(jī)理建模示例系統(tǒng)辨識(shí)方法

機(jī)理建摸方法

混合方法第三節(jié)檢測(cè)變送環(huán)節(jié)

一、檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的性能1.檢測(cè)元件和變送器的作用：2.對(duì)檢測(cè)變送單元的基本要求：3.選用時(shí)的基本考慮：4.動(dòng)態(tài)特性○對(duì)Tm的基本考慮：

減小Tm的途徑：○對(duì)τm的考慮：

τm=l/w減小τm的途徑：二、對(duì)檢測(cè)變送信號(hào)的處理1.濾波及信號(hào)處理的目的：2.濾波的方法：模擬濾波：數(shù)字濾波：3.數(shù)字濾波的演算法：4.信號(hào)處理：第四節(jié)執(zhí)行器環(huán)節(jié)一、執(zhí)行器概述1.執(zhí)行器的類型2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析3.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分析二、流量特性1.線性流量特性2.等百分比流量特性3.拋物線流量特性4.快開(kāi)流量特性三、控制閥特性的選擇1.從靜態(tài)考慮選擇控制閥的工作特性2.從動(dòng)態(tài)考慮選擇控制閥的工作特性3.從控制閥的工作特性選擇控制閥的理想特性4.控制閥氣開(kāi)、氣關(guān)形式的選擇;5.壓降比S的考慮四、閥門定位器的正確使用五、其他執(zhí)行器第五節(jié)控制器的模擬控制演算法一、基本控制演算法分析二、比例控制演算法1.比例控制演算法2.比例增益對(duì)控制系統(tǒng)的影響三、比例積分控制演算法1.比例積分控制演算法2.對(duì)PI控制作用的分析3.PI控制作用對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響四、積分飽和及其防止1.積分飽和2.積分飽和的防止五、比例微分控制演算法1.比例微分控制演算法2.使用注意事項(xiàng)六、比例積分微分控制演算法1.比例積分微分控制演算法2.PID控制作用對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響第六節(jié)控制器的數(shù)字控制演算法一、模擬控制演算法的數(shù)位化1.位置演算法2.增量演算法3.速度演算法二、數(shù)字控制演算法的改進(jìn)1.數(shù)字控制演算法的特點(diǎn)2.數(shù)字控制演算法的改進(jìn)

★對(duì)積分控制演算法的改進(jìn)★對(duì)微分控制演算法的改進(jìn)3.實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制演算法時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題三、連續(xù)系統(tǒng)的離散化1.差分近似2.輸入只在採(cǎi)樣時(shí)刻作變化情況下的精確方法3.s域到z域的對(duì)應(yīng)變換4.插入保持器後s域到z域的對(duì)應(yīng)變換5.時(shí)間離散系統(tǒng)到時(shí)間連續(xù)系統(tǒng)的變換第七節(jié)控制器參數(shù)整定和控制系統(tǒng)投運(yùn)一、控制器參數(shù)整定的若干原則對(duì)已存在的控制系統(tǒng)，調(diào)整控制器參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制品質(zhì)二、控制器參數(shù)整定1.控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)整定法2.控制器參數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)整定法★衰減曲線法★臨界比例度法★控制度法3.控制器參數(shù)整定的反應(yīng)曲線法★Ziegler&Nichols法★L(fēng)opez法★Cohen-Coon法4.理論計(jì)算法5.控制器正反作用的設(shè)置三、控制系統(tǒng)的投運(yùn)和維護(hù)第八節(jié)與PID控制密切相關(guān)的幾類控制演算法一、二維PID控制演算法1.PID-PD控制演算法2.設(shè)定濾波的兩維PID控制演算法二、時(shí)間比例控制系統(tǒng)1.開(kāi)關(guān)控制2.時(shí)間比例控制三、差拍控制系統(tǒng)1.差拍控制系統(tǒng)的基本原理2.差拍控制系統(tǒng)的特點(diǎn)3.Dahlin控制演算法★Dahlin控制演算法★改進(jìn)Dahlin控制演算法4.V.E.控制演算法5.卡爾曼控制演算法差拍控制演算法總匯第一節(jié)控制系統(tǒng)組成一、控制系統(tǒng)的組成液位控制系統(tǒng)示例當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動(dòng)的影響時(shí)為使被控變數(shù)（液位）與設(shè)定值保持一致檢測(cè)被控變數(shù)，並與設(shè)定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對(duì)偏差運(yùn)算輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)操縱變數(shù)（流量）最終使被控變數(shù)回復(fù)到設(shè)定值變送器檢測(cè)液位控制器對(duì)偏差運(yùn)算執(zhí)行器改變操縱變數(shù)

一、控制系統(tǒng)的組成壓力控制系統(tǒng)的示例當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動(dòng)的影響時(shí)為使被控變數(shù)（壓力）與設(shè)定值保持一致檢測(cè)被控變數(shù)，並與設(shè)定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對(duì)偏差運(yùn)算輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)操縱變數(shù)（流量）最終使被控變數(shù)回復(fù)到設(shè)定值變送器檢測(cè)壓力控制器對(duì)偏差運(yùn)算執(zhí)行器改變操縱變數(shù)

第一節(jié)控制系統(tǒng)組成一、控制系統(tǒng)的組成溫度控制系統(tǒng)示例當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動(dòng)的影響時(shí)為使被控變數(shù)（溫度）與設(shè)定值保持一致檢測(cè)被控變數(shù)，並與設(shè)定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對(duì)偏差運(yùn)算輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)操縱變數(shù)（流量）最終使被控變數(shù)回復(fù)到設(shè)定值變送器檢測(cè)溫度控制器對(duì)偏差運(yùn)算執(zhí)行器改變操縱變數(shù)

返回TTTCθ蒸汽設(shè)定值FTFC設(shè)定值LTLC設(shè)定值(a)溫度控制系統(tǒng)(b)壓力控制系統(tǒng)(c)液位控制系統(tǒng)圖1-1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)示例PTPC設(shè)定值(d)流量控制系統(tǒng)返回第一節(jié)控制系統(tǒng)組成

一、控制系統(tǒng)的組成

控制系統(tǒng)的框圖

控制系統(tǒng)由被控對(duì)象、檢測(cè)變送、控制器和執(zhí)行器等組成傳遞函數(shù)隨動(dòng)控制系統(tǒng)（Fixedsetpointcontrolsystem）傳遞函數(shù)：定值控制系統(tǒng)（Follow-upcontrolsystem）傳遞函數(shù)：返回控制系統(tǒng)組成請(qǐng)點(diǎn)擊被控對(duì)象請(qǐng)點(diǎn)擊變送器請(qǐng)點(diǎn)擊電腦請(qǐng)點(diǎn)擊檢測(cè)元件請(qǐng)點(diǎn)擊控制器請(qǐng)點(diǎn)擊執(zhí)行器請(qǐng)點(diǎn)擊返回被控對(duì)象變送器電腦檢測(cè)元件控制器執(zhí)行器一、控制系統(tǒng)的組成

控制系統(tǒng)框圖的幾點(diǎn)說(shuō)明返回說(shuō)明幾點(diǎn)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)有兩個(gè)通道：控制通道和擾動(dòng)通道。框圖中的各個(gè)信號(hào)都是增量。圖中的箭頭表示信號(hào)的流向，並非物流或能流的方向。各環(huán)節(jié)的增益有正、有負(fù)。當(dāng)該環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，其輸出增加，則該環(huán)節(jié)的增益為正，反之，如果輸出減小則增益為負(fù)。返回對(duì)象的增益有正、有負(fù)例如：加熱系統(tǒng)的增益為正、冷卻系統(tǒng)的增益為負(fù)；氣開(kāi)閥的增益為正、氣關(guān)閥的增益為負(fù)；正作用控制器的增益為負(fù)，反作用控制器的增益為正；檢測(cè)變送器的增益一般為正。通過(guò)調(diào)整控制器的正反作用來(lái)保證系統(tǒng)為負(fù)回饋。加熱系統(tǒng)對(duì)象放大倍數(shù)為正採(cǎi)用氣開(kāi)閥放大倍數(shù)為正檢測(cè)變送器放大倍數(shù)為正控制器應(yīng)選放大倍數(shù)為正即反作用冷卻系統(tǒng)對(duì)象放大倍數(shù)為負(fù)採(cǎi)用氣開(kāi)閥放大倍數(shù)為正檢測(cè)變送器放大倍數(shù)為正控制器應(yīng)選放大倍數(shù)為負(fù)即正作用通常將執(zhí)行器、被控對(duì)象和檢測(cè)變送環(huán)節(jié)合併為廣義對(duì)象，廣義對(duì)象傳遞函數(shù)用Go(s)表示?？刂葡到y(tǒng)中如果包含採(cǎi)樣開(kāi)關(guān)，則這類控制系統(tǒng)稱為採(cǎi)樣控制系統(tǒng)（Samplingcontrolsystem）。返回第一節(jié)控制系統(tǒng)組成

二、控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)

時(shí)域控制性能指標(biāo)返回1.衰減比n：衰減比（Subsidenceratio）是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。它是相鄰?fù)较騼蓚€(gè)波峰的幅值之比。即：n<1擴(kuò)散振盪即不穩(wěn)定n=1等幅振盪n.>1衰減振盪n無(wú)窮大為非週期過(guò)程衰減率ψ也用於表示控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它是每經(jīng)過(guò)一個(gè)週期後，波動(dòng)幅度衰減的百分?jǐn)?shù)，即：

2．超調(diào)量和最大動(dòng)態(tài)偏差：隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，超調(diào)量（Overshoot）σ定義為：

定值控制系統(tǒng)採(cǎi)用最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù)表示超調(diào)程度。即：3．餘差：它是控制系統(tǒng)的最終穩(wěn)態(tài)偏差e(∞)。在階躍輸入作用下，餘差（Steady-stateerror）為：定值控制系統(tǒng)中，r=0，因此有：e(∞)=-C。餘差是控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。4．回復(fù)時(shí)間和振盪頻率：被控變數(shù)從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值±5%或±2%範(fàn)圍內(nèi)的時(shí)間作為過(guò)渡過(guò)程的回復(fù)時(shí)間Ts（Settlingtime）。回復(fù)時(shí)間是控制系統(tǒng)的快速性指標(biāo)。振盪頻率ω與振盪週期T的關(guān)係是

在相同衰減比n下，振盪頻率越高，回復(fù)時(shí)間越短；在相同振盪頻率下，衰減比越大，回復(fù)時(shí)間越短。5．偏離度：控制系統(tǒng)偏離度是被控變數(shù)統(tǒng)計(jì)特性的描述。在相同干擾作用下，定值控制系統(tǒng)輸出的最大偏差越大，系統(tǒng)的偏離度越大；在相同的衰減比下，系統(tǒng)輸出的週期越大，系統(tǒng)的偏離度越大。返回綜合性控制指標(biāo)（積分鑒定指標(biāo)）返回控制系統(tǒng)運(yùn)行的重要準(zhǔn)則返回第二節(jié)過(guò)程特性及動(dòng)態(tài)模型建立

一、過(guò)程特性類型過(guò)程特性類型參數(shù)估計(jì)曲線擬合返回過(guò)程特性1：自衡非振盪過(guò)程下一頁(yè)上一頁(yè)返回過(guò)程特性2：無(wú)自衡非振盪過(guò)程

下一頁(yè)

上一頁(yè)

返回過(guò)程特性3：有自衡振盪過(guò)程

下一頁(yè)

上一頁(yè)

返回過(guò)程特性4：具有反向特性的過(guò)程

上一頁(yè)

返回增益的影響返回時(shí)間常數(shù)的影響

返回時(shí)間常數(shù)匹配的影響

返回?cái)_動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響返回時(shí)滯的影響：

控制通道時(shí)滯的影響：當(dāng)檢測(cè)變送環(huán)節(jié)存在時(shí)滯時(shí)，被控變數(shù)的變化不能及時(shí)傳送到控制器；當(dāng)被控對(duì)象存在時(shí)滯時(shí)，控制作用不能及時(shí)使被控變數(shù)變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時(shí)滯時(shí)，控制器的信號(hào)不能及時(shí)引起操縱變數(shù)的變化。因此，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)存在時(shí)滯，使控制不及時(shí)，超調(diào)增大，並引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。用τo/To反映時(shí)滯的相對(duì)影響。通常，τo/To≤0.3時(shí)，系統(tǒng)尚可用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)τo/To>0.3時(shí)，應(yīng)採(cǎi)用其他控制方案對(duì)該類過(guò)程進(jìn)行控制。因此，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)儘量減小時(shí)滯，有時(shí)可增大時(shí)間常數(shù)以減小τo/To。擾動(dòng)通道時(shí)滯的影響：時(shí)滯τf的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)的分佈，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。它僅表示擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的時(shí)間先後，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。被控變數(shù)和操縱變數(shù)的選擇深入瞭解工藝過(guò)程，選擇能夠反映工藝過(guò)程的被控變數(shù)；儘量選用易於測(cè)量且關(guān)係簡(jiǎn)單的直接品質(zhì)指標(biāo)作為被控變數(shù)；操縱變數(shù)的選擇原則：選擇對(duì)被控變數(shù)影響較大的操縱變數(shù)，即Ko儘量大；選擇對(duì)被控變數(shù)有較快回應(yīng)的操縱變數(shù)，即過(guò)程的τo/To應(yīng)儘量??；過(guò)程的To/Tf

應(yīng)儘量?。皇惯^(guò)程的KfF儘量??；工藝的合理性與動(dòng)態(tài)回應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。過(guò)程動(dòng)態(tài)模型的建立

對(duì)過(guò)程模型的要求對(duì)過(guò)程模型的要求是正確、可靠和簡(jiǎn)單。過(guò)程動(dòng)態(tài)模型可分為三類；黑箱模型、白箱模型和灰箱模型。過(guò)程模型建立的方法有：系統(tǒng)辯識(shí)方法-經(jīng)驗(yàn)建模方法；機(jī)理建模方法：混合方法。返回系統(tǒng)辯識(shí)方法：根據(jù)過(guò)程輸入輸出數(shù)據(jù)確定過(guò)程模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的建模方法稱為系統(tǒng)辯識(shí)方法，建立的模型稱為黑箱模型。過(guò)程辨識(shí)的方法很多，依據(jù)輸入變數(shù)的變化情況（即所施加外作用的形式），目前大致可分為非週期函數(shù)，週期函數(shù)，非週期性隨機(jī)函數(shù)及週期性函數(shù)等四類。階躍回應(yīng)法脈衝回應(yīng)法

需要驗(yàn)前知識(shí)少，但建立的模型不具有放大功能，即不能類推到不同型號(hào)的放大設(shè)備或過(guò)程中。(1).階躍回應(yīng)法

階躍回應(yīng)法非常簡(jiǎn)單，只要有遙控閥和被控變數(shù)紀(jì)錄儀錶就可以進(jìn)行。先使工況保持平穩(wěn)一段時(shí)間，然後使閥門作階躍式的變化（通常在10％以內(nèi)），在此同時(shí)把被控變數(shù)的變化過(guò)程記錄下來(lái)，得到廣義對(duì)象的階躍回應(yīng)曲線。把對(duì)象作為具有時(shí)滯的一階對(duì)象來(lái)處理：

式中K0—對(duì)象放大係數(shù)；T0—對(duì)象時(shí)間常數(shù)；τ—對(duì)象時(shí)滯。各參數(shù)求法如下：

τ=時(shí)間軸原點(diǎn)至通過(guò)拐點(diǎn)切線與時(shí)間軸交點(diǎn)的時(shí)間間隔T0=被控變數(shù)y完成全部變化量的63.2％所需時(shí)間-τ。

另外一種確定τ和T0的方法，是把達(dá)到39％和63％回應(yīng)的時(shí)間讀出來(lái)，分別用t0.39和t0.63來(lái)表示，按下式計(jì)算

T0=2（t0.63-t0.39）

τ=2t0.39-t0.63

(2)脈衝回應(yīng)法輸入是⊿u(t)=⊿u1(t)+⊿u2(t)=⊿u1(t)-⊿u(t-⊿t)而輸出是⊿y(t)=h1(t)+h2(t)=h1(t)-h1(t-⊿t)∴h1(t)=⊿y(t)+h1(t-⊿t)

上式表示了回應(yīng)曲線關(guān)係式，在0～⊿t時(shí)間內(nèi)，h1(t)等於脈衝回應(yīng)即h1(t)=⊿y(t)，而后h1(t)等於當(dāng)時(shí)的脈衝回應(yīng)⊿y(t)加⊿t時(shí)間以前的階躍響應(yīng)h1(t-⊿t)，隨著時(shí)間推移就可得到完整階躍回應(yīng)曲線。得階躍回應(yīng)曲線後，可以通過(guò)前述有關(guān)方法求取過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。返回機(jī)理建模方法：

根據(jù)過(guò)程的內(nèi)在機(jī)理，應(yīng)用物料平衡、能量平衡和有關(guān)的化學(xué)、物理規(guī)律建立過(guò)程模型的方法是機(jī)理建模方法，又稱為過(guò)程動(dòng)態(tài)學(xué)方法。建立的模型稱為白箱模型。

建立機(jī)理模型的方法是：列寫基本方程：物料平衡和能量平衡方程等；消去中間變數(shù)，建立狀態(tài)變數(shù)x、控制變數(shù)u和輸出變數(shù)y的關(guān)係；增量化：在工作點(diǎn)處對(duì)方程進(jìn)行增量化，獲得增量方程；線性化：在工作點(diǎn)處進(jìn)行線性化處理，簡(jiǎn)化過(guò)程特性；列寫狀態(tài)和輸出方程。機(jī)理模型的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）可以充分利用已知的過(guò)程知識(shí)，從事物的本質(zhì)上去認(rèn)識(shí)外部特性（2）可以驗(yàn)前得出，在流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)階段即能求??；（3）有較大的適用範(fàn)圍，操作條件變化是可以類推。但也有兩個(gè)弱點(diǎn)：（1）

對(duì)於複雜的過(guò)程，人們對(duì)基本方程的某些參數(shù)不完全掌握，例如，換熱器的K值，由傳熱學(xué)書籍提供的公式可能有±10～30％的誤差。又如，象精餾塔的塔板效率、塔板流體中的汽液比值等參數(shù)，很難預(yù)先精確估計(jì)；（2）如不經(jīng)過(guò)輸入輸出數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，則近乎紙上談兵，難以判斷其正確性。下一頁(yè)返回上一頁(yè)返回混合方法：把兩種途徑結(jié)合，可兼采兩者之長(zhǎng)，補(bǔ)各自之短。介於上述兩種方法之間的建模方法，稱為混合方法。所得模型稱為灰箱模型。返回一、測(cè)量性能返回二、動(dòng)態(tài)特性返回三、濾波和信號(hào)處理返回1、執(zhí)行器的類型控制框圖返回執(zhí)行器的傳遞函數(shù)描述返回2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析死區(qū)的影響返回返回3、調(diào)解機(jī)構(gòu)的分析返回控制閥流量特性返回特性曲線等百分比流量特性第一頁(yè)下一頁(yè)返回第二頁(yè)下一頁(yè)返回上一頁(yè)第三頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)返回第四頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)返回第五頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)返回第六頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)返回第七頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)返回等百分比流量特性特性曲線返回快開(kāi)流量特性返回特性曲線拋物線流量特性特性曲線返回隨動(dòng)控制系統(tǒng)：設(shè)定值R變化返回定值控制系統(tǒng)：負(fù)荷變化返回定值控制系統(tǒng)：閥前後的壓力變化返回從動(dòng)態(tài)性能考慮控制閥的工作特性返回根據(jù)壓降比S選擇控制閥的理想特性返回根據(jù)被控變數(shù)選擇控制閥的理想特性返回?fù)Q熱器定值控制系統(tǒng)中控制閥的選擇返回選擇控制法特性時(shí)的注意事項(xiàng)返回控制閥氣開(kāi)、氣關(guān)形式的選擇

返回壓降比S的考慮

返回閥門定位器的工作原理返回閥門定位器的功能返回其他執(zhí)行器返回基本控制演算法分析返回P作用控制演算法返回比例度返回控制器的正反作用返回方框圖和傳遞函數(shù)返回控制器增益對(duì)控制品質(zhì)的影響返回控制器增益Kc對(duì)最大偏差的影響最大偏差---對(duì)於二階衰減振盪可見(jiàn)，隨著過(guò)程增益Kc的增加，最大偏差減小，但穩(wěn)定性變差。液位控制的餘差返回隨動(dòng)控制系統(tǒng)—單比例餘差對(duì)於二階衰減振盪隨著增大Kc，餘差減小，而超調(diào)量增大。超調(diào)量隨動(dòng)控制系統(tǒng)返回定值控制系統(tǒng)返回幅頻特性分析返回開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定對(duì)象的示例返回比例積分控制演算法返回對(duì)PI控制作用的分析返回對(duì)穩(wěn)定性的影響返回控制器積分時(shí)間變化時(shí)的輸出曲線返回定值控制系統(tǒng)控制器積分時(shí)間變化時(shí)的輸出曲線隨動(dòng)控制系統(tǒng)返回積分飽和返回示例安全放空系統(tǒng)返回積分飽和的防止積分外回饋PI控制規(guī)則的實(shí)現(xiàn)返回積分外回饋返回比例微分控制演算法返回比例微分控制演算法使用注意事項(xiàng)返回比例積分微分控制演算法返回PID控制作用對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響返回位置演算法返回增量演算法返回速度演算法返回離散PID演算法特點(diǎn)返回採(cǎi)樣週期的考慮影響控制度因素採(cǎi)樣週期對(duì)控制品質(zhì)的影響返回香農(nóng)定理返回採(cǎi)樣週期的選擇返回影響控制度因素返回對(duì)積分作用的改進(jìn)之一返回對(duì)積分作用的改進(jìn)之二返回對(duì)積分作用的改進(jìn)之三返回微分先行不完全微分輸入濾波實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制演算法時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（輸入）

返回?cái)?shù)字濾波DDC系統(tǒng)框圖對(duì)檢測(cè)變送信號(hào)的處理（局部放大）返回DDC系統(tǒng)原理框圖返回實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制演算法時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（信號(hào)量化和線性化）返回示例信號(hào)量化示例返回實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制演算法時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（輸出）返回應(yīng)注意的問(wèn)題返回PID控制作用比例作用P是基本控制作用，輸出與輸入無(wú)相位差。Kc越大控制作用越強(qiáng)，隨著Kc的增加(比例度δ減小)

，餘差下降，最大偏差減小，但穩(wěn)定性變差。比例作用P引入積分作用I後，可以消除餘差。但是幅值增加，相位滯後，使穩(wěn)定性裕度下降，為保持同樣穩(wěn)定性裕度，Kc應(yīng)減少10-20%(比例度δ應(yīng)增加10-20%)。積分時(shí)間Ti越短，積分作用越強(qiáng)，Ti趨向無(wú)窮大時(shí)無(wú)積分作用。應(yīng)防積分飽和。PID控制作用比例作用P引入適當(dāng)微分作用D後，幅值增加，相位超前，使穩(wěn)定性裕度提高，為保持同樣穩(wěn)定性裕度，Kc應(yīng)增加10-20%(

比例度δ應(yīng)減少10-20%)。微分作用D可以克服容滯後，但對(duì)時(shí)滯毫無(wú)作用。微分時(shí)間Td越大，微分作用越強(qiáng)，Td=0無(wú)微分作用。控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)整定法

返回控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)流量：對(duì)象時(shí)間常數(shù)小，參數(shù)有波動(dòng)，δ要大40―100%；Ti要短0.3―1min；不用微分。溫度：對(duì)象容量滯後較大，即參數(shù)受干擾後變化遲緩，

δ應(yīng)小20―60%；Ti要長(zhǎng)3―10min；一般需加微分Td=0.5-―3min壓力：對(duì)象的容量滯後不算大，一般不加微分

δ=30―70%Ti=0.4―3min液位：對(duì)象時(shí)間常數(shù)範(fàn)圍較大，要求不高時(shí)，δ可在一定範(fàn)圍內(nèi)選取，一般不用微分，δ=20―80%

控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)整定法返回控制器參數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)整定法返回臨界比例度法返回控制度法返回Ziegler&Nichols法

返回Lopez法返回Cohen-Coon法返回根軌跡法返回根軌跡法返回控制器正反作用的設(shè)置

返回氣開(kāi)閥例一蒸汽氣開(kāi)閥例二氣關(guān)閥例三自整定調(diào)節(jié)器繼電型自整定-山武霍尼韋爾公司TDC3000-SCCGo(s)dhRY

繼電型自整定方法簡(jiǎn)單、可靠，需要預(yù)先設(shè)定的參數(shù)就是h和d繼電特性的參數(shù)

該方法的缺點(diǎn)是，被控對(duì)象須能在開(kāi)關(guān)信號(hào)作用下產(chǎn)生等幅振盪，從而限制了其使用範(fàn)圍。

橫河北辰公司-YEWSERIES-80自整定PID控制器FOXBORO-EXACT自整定PID控制器控制系統(tǒng)的投運(yùn)和維護(hù)返回?cái)_動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響返回時(shí)間常數(shù)匹配的影響

返回增益的影響返回時(shí)間常數(shù)的影響

返回時(shí)滯的影響：

控制通道時(shí)滯的影響：當(dāng)檢測(cè)變送環(huán)節(jié)存在時(shí)滯時(shí)，被控變數(shù)的變化不能及時(shí)傳送到控制器；當(dāng)被控對(duì)象存在時(shí)滯時(shí)，控制作用不能及時(shí)使被控變數(shù)變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時(shí)滯時(shí)，控制器的信號(hào)不能及時(shí)引起操縱變數(shù)的變化。因此，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)存在時(shí)滯，使控制不及時(shí)，超調(diào)增大，並引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。用τo/To反映時(shí)滯的相對(duì)影響。通常，τo/To≤0.3時(shí)，系統(tǒng)尚可用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)τo/To>0.3時(shí)，應(yīng)採(cǎi)用其他控制方案對(duì)該類過(guò)程進(jìn)行控制。因此，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)儘量減小時(shí)滯，有時(shí)可增大時(shí)間常數(shù)以減小τo/To。返回?cái)_動(dòng)通道時(shí)滯的影響：時(shí)滯τf的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)的分佈，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。它僅表示擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的時(shí)間先後，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。返回被控變數(shù)和操縱變數(shù)的選擇深入瞭解工藝過(guò)程，選擇能夠反映工藝過(guò)程的被控變數(shù)；儘量選用易於測(cè)量且關(guān)係簡(jiǎn)單的直接品質(zhì)指標(biāo)作為被控變數(shù)；操縱變數(shù)的選擇原則：選擇對(duì)被控變數(shù)影響較大的操縱變數(shù)，即Ko儘量大；選擇對(duì)被控變數(shù)有較快回應(yīng)的操縱變數(shù)，即過(guò)程的τo/To應(yīng)儘量?。贿^(guò)程的To/Tf應(yīng)儘量?。皇惯^(guò)程的KfF儘量??；工藝的合理性與動(dòng)態(tài)回應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。返回控制回路的診斷

與PID參數(shù)的整定

基本調(diào)節(jié)回路的診斷將控制器置於“手動(dòng)”方式，人為改變控制器的輸出信號(hào)（遙控），檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥閥桿是否上下移動(dòng)；如果閥桿上下移動(dòng)自如，檢查相關(guān)流量/壓力等測(cè)量信號(hào)是否隨之變化。若變化很小，則檢查測(cè)量信號(hào)是否正常，或者調(diào)節(jié)閥上游閥和下游閥是否全開(kāi)，或者旁路閥是否關(guān)閉；如果調(diào)節(jié)閥靈活，而且相關(guān)被控信號(hào)可隨之變化。則可進(jìn)入單回路PID控制器的參數(shù)整定.常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器輸出回應(yīng)測(cè)試（1）手動(dòng)改變控制器的輸出信號(hào)u(k)，觀察被控變數(shù)y(k)的變化過(guò)程。（2）由階躍回應(yīng)曲線得到對(duì)象基本特徵參數(shù)

。對(duì)象特徵參數(shù)的獲得Kp(穩(wěn)態(tài)增益)：Ts(開(kāi)環(huán)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間)：其中umax、umin與ymax、ymin為輸入輸出的量程上下限；若巳歸一化，則umax－umin=1,ymax－ymin=1。PID參數(shù)的整定原則PID參數(shù)初始值的選擇：

Kc=1/Kp；Ti=Ts/2；Td=0

將上述PID控制器投入“Auto”（自動(dòng)）方式，並適當(dāng)改變控制回路的設(shè)定值，觀察控制系統(tǒng)跟蹤性能。若回應(yīng)過(guò)慢，而且無(wú)超調(diào)存在，則適當(dāng)加大KC值，例如增大到原來(lái)的兩倍；反之，則減小KC值。串級(jí)系統(tǒng)的PID參數(shù)整定按照上述原則整定好PID2；為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，內(nèi)回路以無(wú)明顯超調(diào)為宜。以內(nèi)回路的設(shè)定值ysp2作為操作變數(shù)u(k)，以外回路輸出y1(k)為被控變數(shù)，進(jìn)行回應(yīng)試驗(yàn)。由此獲得廣義對(duì)象的特徵參數(shù)Kp與Ts。再按上述原則以確定PID1的參數(shù)。

前饋控制系統(tǒng)

FeedforwardControl內(nèi)容前饋控制的原理非線性靜態(tài)前饋控制的設(shè)計(jì)方法前饋控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償前饋回饋控制系統(tǒng)仿真舉例前饋控制的概念D1，……，Dn為可測(cè)擾動(dòng)；u，y分別為被控對(duì)象的操作變數(shù)與受控變數(shù)。前饋思想：在擾動(dòng)還未影響輸出以前，直接改變操作變數(shù)，以使輸出不受或少受外部擾動(dòng)的影響。前饋控制方塊圖u

(t)、y

(t)分別表示控制變數(shù)與被控變數(shù)；

d(t)

表示某一外部干擾;GYD(s)、GYC(s)分別為干擾通道與控制通道的動(dòng)態(tài)特性；

GFF(s)為前饋控制器的動(dòng)態(tài)特性?？刂颇繕?biāo)：前饋不變性原理動(dòng)態(tài)不變性：在擾動(dòng)d(t)的作用下，被控量y(t)在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中始終保持不變，稱系統(tǒng)對(duì)於擾動(dòng)d(t)具有動(dòng)態(tài)不變性，即Y(s)/D(s)=0,（調(diào)節(jié)過(guò)程的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均為零，”理想情況“）。穩(wěn)態(tài)不變性：在干擾d(t)作用下，被控量y(t)的動(dòng)態(tài)偏差不等於零，而其穩(wěn)態(tài)偏差為零，即Y(0)/D(0)=0，或者說(shuō)y(t)在穩(wěn)態(tài)工況下與擾動(dòng)量d(t)無(wú)關(guān)。靜態(tài)前饋控制控制目標(biāo)：保證過(guò)程輸出在穩(wěn)態(tài)下補(bǔ)償外部擾動(dòng)的影響，即實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)態(tài)不變性”。靜態(tài)前饋控制方式：線性靜態(tài)前饋：非線性靜態(tài)前饋：結(jié)合對(duì)象靜態(tài)模型獲得前饋控制器結(jié)構(gòu)與參數(shù)。非線性靜態(tài)前饋控制穩(wěn)態(tài)平衡關(guān)係：討論:前饋控制器的實(shí)現(xiàn)與相關(guān)測(cè)量?jī)x錶的影響前饋控制演算法假設(shè)T1、T2的測(cè)量範(fàn)圍為[T1min,T1max]、[T2min,T2max],RV、RF的測(cè)量範(fàn)圍為[0,RVmax]、[0,RFmax]；而各測(cè)量信號(hào)T1m、T2m

、RVm、RFm及設(shè)定值均為0~100%.換熱器動(dòng)態(tài)仿真模型(參見(jiàn)模型…/FFControl/ExHeater.mdl)靜態(tài)工作點(diǎn):T1=20℃,RF=10T/hr,RV=2T/hr,Kv=800,T2=180℃.T2儀錶量程為100~300℃,RV儀錶量程為0~5T/hr.干擾通道純滯後可忽略,控制通道純滯後為2.5min.換熱器的靜態(tài)前饋控制器假設(shè)靜態(tài)工作點(diǎn)為:T1=20℃,RF=10T/hr,RV=2T/hr,Kv=800,T2=180℃.T2的測(cè)量?jī)x錶量程為100~300℃,RV儀錶量程為0~5T/hr，T1量程為0~50