第12章复杂控制系统 串级控制系统 均匀控制系统 口比值控制系统 分程控制系统 前馈控制系统 多冲量控制系统
第12章 复杂控制系统 ❑ 串级控制系统 ❑ 均匀控制系统 ❑ 比值控制系统 ❑ 分程控制系统 ❑ 前馈控制系统 ❑ 多冲量控制系统
第一节串级控制系统 单回路控制的局限性 目标:控制塔笠温度稳定 进料 方案1 蒸汽 优点:将所有对温度的干扰都概括在控 制回路内。 塔底采出 缺点:当蒸汽压力浪动较大时,由于温 方案1:控制塔釜温度恒定 度对象滞后较大,控制质量不理想。 进料 方案2 蒸汽 优点:能及时克服蒸汽压力的千扰对温 度的影响 塔底采出 缺点:不能克服进料流量、物料温度等 方案2:控制蒸汽流量恒定 其他因素对温度的影响
第一节 串级控制系统 FC 进料 塔底采出 1 2 蒸汽 方案2：控制蒸汽流量恒定 TC 进料 塔底采出 1 2 蒸汽 方案1：控制塔釜温度恒定 单回路控制的局限性 目标：控制塔釜温度稳定 方案1 优点：将所有对温度的干扰都概括在控 制回路内。 缺点：当蒸汽压力波动较大时，由于温 度对象滞后较大，控制质量不理想。 方案2 优点：能及时克服蒸汽压力的干扰对温 度的影响 缺点：不能克服进料流量、物料温度等 其他因素对温度的影响
进料 希望在塔釜温度不变时燕汽流量能保 蒸汽持设定值,而当塔釜温度在外来干扰 的作用下偏离给定值时,又要求蒸汽 流量能作相应的变化,使塔釜温度保 持在设定值上 底采出 TC 进料 蒸汽 塔底采出 方案3:串级控制系统
蒸汽 TC 进料 塔底采出 1 2 FC 方案3：串级控制系统 TC FC 进料 塔底采出 1 2 蒸汽 希望在塔釜温度不变时蒸汽流量能保 持设定值，而当塔釜温度在外来干扰 的作用下偏离给定值时，又要求蒸汽 流量能作相应的变化，使塔釜温度保 持在设定值上
串级控制系统方块图 干扰 干扰f 设定值 F 温度T 常用的名词 “侧器C1+·2侧器1(2“执行器」→源量对象度对象 主变量 匚测量、变送2 副变量 测量、变送 主对象 副对象 精馏塔控制系统方块图 副干扰主干扰 主控制器 设定值 副变量 主控 副控 副控制器 制器 制器 执行器 副对象主对象变量 副回路 主回路 匚副测量、变送 副回路 主回路 主测量、变送 串级控制系统方块图
流量控 制器TC2 执行器 流量对象 设定值 温度T 干扰f1 精馏塔控制系统方块图 温度对象 温度控 制器TC1 － + － + 干扰f2 测量、变送y1 测量、变送y2 F 副控 制器 执行器 副对象 设定值 主变量 主干扰 串级控制系统方块图 主对象 主控 制器 ＋ － ＋ + － + 副干扰 主测量、变送 副测量、变送 副变量 副回路 主回路 － － 常用的名词 主变量 副变量 主对象 副对象 主控制器 副控制器 主回路 副回路 串级控制系统方块图
串级控制系统的工作过程 ·干扰作用于副对象 由于副回路控制通道短,时间常数小,所以当干扰进入副回路时, 可以获得比单回路控制系统超前的控制作用,有效地克服蒸汽压力变 化对塔釜温度的影响 干扰作用于主对象 由于副回路的存在,可以及时改变副变量的数值,以达到稳定主变量 的目的。 在串级控制系统中,由于引入一个闭合的副回路,不仅能迅速克服作 用于副回路的干扰,而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服。副 回路具有先调、粗调、快调的特点;主回路具有后调、细调、慢调的 特点,并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。因 此,在串级控制系统中,由于主、副回路相互配合、相互补充,充分 发挥了控制作用,大大提高了控制质量
串级控制系统的工作过程 在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不仅能迅速克服作 用于副回路的干扰，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服。副 回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的 特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。因 此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分 发挥了控制作用，大大提高了控制质量。 • 干扰作用于副对象 由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干扰进入副回路时， 可以获得比单回路控制系统超前的控制作用，有效地克服蒸汽压力变 化对塔釜温度的影响 • 干扰作用于主对象 由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到稳定主变量 的目的
串级控制系统的特点及应用范围 (1)从系统结构来看,串级控制系统有主、副两个闭合回路;有主、副 两个控制器;有分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。 在串级控制系统中,主回路是定值控制系统,而副回路是随动控制系 (2)在串级控制系统中,有两主、副两个变量。主变量是反映产品质量 或生产过程运行情况的主要工艺变量。控制的目的在于使这一变量等于工 艺规定的给定值。 (3)从系统特性来看,串级控制系统由于副回路的引入,改善了对象的 特性,使控制过程加快,具有超前控制的作用,从而有效地克服滞后,提 高了控制质量。 适用范围:当对象的滞后和时间常数很大,干扰作用强而且频繁、负荷变 化大,简单控制系统满足不了控制质量的要求时,可采用串级控制系统
串级控制系统的特点及应用范围 (1) 从系统结构来看，串级控制系统有主、副两个闭合回路；有主、副 两个控制器；有分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。 在串级控制系统中，主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系 统。 (2) 在串级控制系统中，有两主、副两个变量。主变量是反映产品质量 或生产过程运行情况的主要工艺变量。控制的目的在于使这一变量等于工 艺规定的给定值。 (3) 从系统特性来看，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象的 特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提 高了控制质量。 适用范围：当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而且频繁、负荷变 化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，可采用串级控制系统
串级控制系统主、副回路的选择 主变量的选择 与单回路控制时被控变量的选择原则是一样的,能直接或间接地表征 生产过程质量的参数都可以作为控制系统的被控变量。 副变量的选择 副变量的变化应在很大程度上影响主变量的变化 副回路应将生产过程中的主要干扰包围在内 在可能的情况下,应使副环包围更多的次要干扰 ·副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配,以防发生“共振 当对象具有较大的纯滯后而影响控制质量时,在选择副变量时应使副环 尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后
串级控制系统主、副回路的选择 主变量的选择 与单回路控制时被控变量的选择原则是一样的，能直接或间接地表征 生产过程质量的参数都可以作为控制系统的被控变量。 副变量的选择 • 副变量的变化应在很大程度上影响主变量的变化 • 副回路应将生产过程中的主要干扰包围在内 • 在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰 • 副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防发生“共振”。 • 当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选择副变量时应使副环 尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后
主副控制器制律的 串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量。 主变量是生产工艺的主要控制指标,它直接关系到产品的质量或生产的 正常,工艺上对它的要求比较严格。一般来说,主变量不允许有余差 所以,主控制器通常都选用比例积分控制规律,以实现主变量的无余差 控制。 在串级控制系统中,稳定副变量并不是目的,设置副变量的目的就在于 保证和提高主变量的控制质量。 副变量的给定值是随主控制器输出变化而变化的。所以,在控制过程中 ,对副变量的要求-般都不很严格,允许它有波动。因此,副控制器一 般采用比例控制规律
主副控制器控制规律的选择 • 串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量。 主变量是生产工艺的主要控制指标，它直接关系到产品的质量或生产的 正常，工艺上对它的要求比较严格。一般来说，主变量不允许有余差。 所以，主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无余差 控制。 • 在串级控制系统中，稳定副变量并不是目的，设置副变量的目的就在于 保证和提高主变量的控制质量。 副变量的给定值是随主控制器输出变化而变化的。所以，在控制过程中 ，对副变量的要求一般都不很严格，允许它有波动。因此，副控制器一 般采用比例控制规律
主副控制正、反作用选怪圣 ·选择副回路控制器的正反作用 与简单控制系统中控制器“正″、“反”作用的选择方式相同,先判断 副对象的正反作用,然后根据工艺安全等要求,选定执行器的“正”、 反”作用方式,并按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确 定副回路控制器的正反作用 选择主回路控制器的正反作用 确定原则:当主、副变量在增加(或减小 )时,如果由工艺分析得出,为使主、副 变量减小或增加),要求控制阀的动作 方向是一致的,主控制器应选“反”作物料进 物料出 用,反之,则应选“正”作用。 冷却器流量一温度串级控制系统
主副控制器正、反作用的选择 • 选择副回路控制器的正反作用 与简单控制系统中控制器“正”、“反”作用的选择方式相同，先判断 副对象的正反作用，然后根据工艺安全等要求，选定执行器的“正”、 “反”作用方式，并按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确 定副回路控制器的正反作用。 • 选择主回路控制器的正反作用 确定原则：当主、副变量在增加(或减小 )时，如果由工艺分析得出，为使主、副 变量减小(或增加)，要求控制阀的动作 方向是一致的，主控制器应选“反”作 用，反之，则应选“正”作用。 物料进 物料出 冷却器流量－温度串级控制系统
主剽控制参数的完 两步整定法:先整定副控制器,后整定主控制器 (1)在工况稳定,主、副控制器都在纯比例作用的条件下,将主控制器的 比例度先固定在100%的刻度上,然后逐渐减小副控制器的比例度,求取 副回路在满足某种衰减比(如4:1)过渡过程下的副控制器比例度62s和操作 周期T2s (2)在副控制器比例度等于82s,的条件下,逐步减小主控制器的比例度, 直至得到同样衰减比下的过渡过程,记下此时主控制器的比例度δ1。和操 作周期Ts (3)根据上面得到的δ1s、、Ts、62s、、T2s按表7-2(或表7-3的规定关系计算 主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。 (4)按“先副后主”、“先比例次积分后微分”的整定方法,将计算出的 控制器参数加到控制器上。 (5观察控制过程,适当调整,直到获得满意的过渡过程
主副控制器参数的工程整定 两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器 (1) 在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用的条件下，将主控制器的 比例度先固定在100％的刻度上，然后逐渐减小副控制器的比例度，求取 副回路在满足某种衰减比(如4：1)过渡过程下的副控制器比例度δ2S和操作 周期Τ2S。 (2) 在副控制器比例度等于δ2S，的条件下，逐步减小主控制器的比例度， 直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度δ1S。和操 作周期Τ1S 。 (3) 根据上面得到的δ1S、、Τ1S、δ2S、、Τ2S按表7-2(或表7-3)的规定关系计算 主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。 (4) 按“先副后主”、“先比例次积分后微分”的整定方法，将计算出的 控制器参数加到控制器上。 (5)观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程