04-復(fù)雜控制系統(tǒng)

復(fù)雜控制系統(tǒng)李麗娟自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院串級(jí)控制系統(tǒng)Cascadecontrol均勻控制系統(tǒng)Uniformcontrol比值控制系統(tǒng)Ratiocontrol串級(jí)控制系統(tǒng)TCTT被加熱原料燃料出口溫度TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT反作用PID氣開組成原理TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsTTmTmCTsC調(diào)節(jié)閥爐膛

TsT加熱爐出口TmT__出口溫度TsQPTm給定值RsRmZmZsf1f2串級(jí)控制系統(tǒng)基本概念主給定值主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對(duì)象

副檢測(cè)變送主對(duì)象主檢測(cè)變送__主被控變量副被控變量調(diào)節(jié)變量副給定值副測(cè)量值f1f2主測(cè)量值主回路副回路串級(jí)控制系統(tǒng)定義:由兩個(gè)測(cè)量變送器、兩個(gè)控制器其中一個(gè)控制器的輸出是另一個(gè)控制器的給定、一個(gè)控制閥組成的雙閉環(huán)定值系統(tǒng).

串級(jí)控制系統(tǒng)的組成

主被控變量（Yl)：是工藝控制指標(biāo)或與工藝控制指標(biāo)有直接關(guān)系，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。

副被控變量（Y2）：大多為影響主被控變量的重要參數(shù)。主控制器：在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用，按主被控變量和其設(shè)定值之差進(jìn)行控制運(yùn)算，并將其輸出作為副控制器給定值。

副控制器：在系統(tǒng)中起輔助作用，按所測(cè)得的副被控變量和主控輸出之差來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算，其輸出直接作用于控制閥的控制器，簡(jiǎn)稱為“副控”。術(shù)語(yǔ)主變送器：測(cè)量并轉(zhuǎn)換主被控變量的變送器。副變送器：測(cè)量并轉(zhuǎn)換副被控變量的變送器。主對(duì)象：大多為工業(yè)過(guò)程中所要控制的、由主被控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備或過(guò)程。副對(duì)象：大多為工業(yè)過(guò)程中影響主被控變量的、由副被控變量表征其特性的輔助生產(chǎn)設(shè)備或輔助過(guò)程。副回路:由副變送器、副控制器、控制閥和副對(duì)象所構(gòu)成的閉環(huán)回路,又稱為“副環(huán)”或“內(nèi)環(huán)”。主回路：由主變送器、主控制器、副回路等效環(huán)節(jié)、主對(duì)象所構(gòu)成的閉環(huán)回路，又稱為“主環(huán)”或“外環(huán)”。 調(diào)節(jié)過(guò)程1．干擾作用于副對(duì)象

由于副環(huán)的出現(xiàn)，使調(diào)節(jié)作用變得更快、更強(qiáng)。使干擾在進(jìn)入主環(huán)時(shí)大大減小。調(diào)節(jié)過(guò)程TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT如燃料的性質(zhì)發(fā)生改變2．干擾作用于主對(duì)象

串級(jí)控制也能有效地去克服干擾TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT調(diào)節(jié)過(guò)程如被加熱原料的性質(zhì)改變3．干擾同時(shí)作用于主、副對(duì)象

（1）受干擾作用，主、副變量變化方向相同

由于有副回路的存在，系統(tǒng)能更早、更快、更強(qiáng)地克服干擾。

調(diào)節(jié)過(guò)程TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT如燃料壓力升高，同時(shí)被加熱原料流量下降3．干擾同時(shí)作用于主、副對(duì)象（2）受干擾作用，主、副變量變化方向相反

主、副變量變化方向相反的情況下，串級(jí)系統(tǒng)比較穩(wěn)定。調(diào)節(jié)過(guò)程TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT如燃料壓力升高，同時(shí)被加熱原料流量上升在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于從對(duì)象提取出副變量并增加一個(gè)副環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)克服干擾的能力更強(qiáng)，克服干擾的作用更及時(shí)，控制性能明顯提高。調(diào)節(jié)過(guò)程主給定值主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對(duì)象

副檢測(cè)變送主對(duì)象主檢測(cè)變送__主被控變量副被控變量調(diào)節(jié)變量副給定值副測(cè)量值f1f2副調(diào)節(jié)系統(tǒng)或副環(huán)主測(cè)量值1．分級(jí)控制思想將一個(gè)調(diào)節(jié)通道較長(zhǎng)的對(duì)象分為兩級(jí)2．串級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成3．系統(tǒng)工作方式副環(huán)：隨動(dòng)；主環(huán)：定值4．控制性能引入副環(huán)，系統(tǒng)對(duì)于干擾反應(yīng)更及時(shí)，克服干擾的速度更快，能有效地克服系統(tǒng)滯后，改善控制精度和提高控制質(zhì)量。

串級(jí)系統(tǒng)特點(diǎn)1．主、副被控變量的選擇串級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主、副被控變量的選擇（1）使主要干擾作用在副對(duì)象。（2）使副對(duì)象包含適當(dāng)多的干擾。（3）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)不能太接近，通常使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)Ts明顯小于主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)TＭ。

主、副被控變量的選擇

調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)器作用方向的選擇例：調(diào)節(jié)閥選氣開閥調(diào)節(jié)器作用方向的選擇主被控變量：副被控變量：主被控對(duì)象：副被控對(duì)象：調(diào)節(jié)器作用方向的選擇LC+FC-調(diào)節(jié)閥-+FT++LT+__出口溫度TsQPTm給定值RsRmZmZsf1f2正作用＋反作用4.2均勻控制LCFC在理想狀態(tài)不能實(shí)現(xiàn)的情況下，只有沖突的雙方各自降低要求，以求共存。均勻控制思想就是在這樣的應(yīng)用背景下提出來(lái)的。為了解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)操作，使前后供求矛盾的兩個(gè)變量在一定范圍內(nèi)變化，為此組成的系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。

4.2均勻控制

均勻控制

均勻控制⑤控制目標(biāo)不同：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制目標(biāo)更嚴(yán)格；⑥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同：

均勻控制

均勻控制杜絕微分作用

均勻控制

均勻控制

均勻控制

4.3比值控制Ratecontrolsystem

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng).K=F2/F1式中K為從動(dòng)流量與主動(dòng)流量的工藝流量比值。F1---主動(dòng)流量(其物料處于主導(dǎo)地位即主物料

)F2---從動(dòng)流量(其物料在控制過(guò)程中隨主物料而變化

)

燃料與空氣成比例,什么是主動(dòng)物料?什么是從動(dòng)物料?氫氧化鈉濃溶液與水成比例,什么是主動(dòng)物料?什么是從動(dòng)物料?一.比值控制系統(tǒng)的類型

1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需一臺(tái)純比例控制器，其比例度可以根據(jù)比值要求來(lái)設(shè)定。

缺點(diǎn)是如主物料Fl穩(wěn)定不變，從物料的流量F2將受控制閥前后壓差變化影響而改變。F1F2FTFCF1F2FTFCFTFC2.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

當(dāng)主動(dòng)流量F1變化時(shí)，經(jīng)變送器送至比值控制器FC。FC按預(yù)先設(shè)置好的比值使輸出成比例地變化，也就是成比例地改變從動(dòng)流量控制器FC的給定值.

此時(shí)從動(dòng)流量控制系統(tǒng)為一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，從而F2跟隨F1變化，使流量比值K保持不變。

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖F1F2FTFCFTFC3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是提降負(fù)荷比較方便，只要緩慢地改變主動(dòng)流量控制