化工仪表及其自动化控制第八章复杂控制系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化工仪表及其自动化控制课件,*,第8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,11/18/2024,化工仪表及其自动化控制课件,第一节,串,串级控制系,统,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,的局限性,目标：控制,塔,塔釜温度稳,定,定,方案1,优点：将所,有,有对温度的,干,干扰都概括,在,在控制回路,内,内。,缺点：当蒸,汽,汽压力波动,较,较大时，由,于,于温度对象,滞,滞后较大，,控,控制质量不,理,理想。,方案2,优点：能及,时,时克服蒸汽,压,压力的干扰,对,对温度的影,响,响,缺点：不能,克,克服进料流,量,量、物料温,度,度等其他因,素,素对温度的,影,影响。,3/7/2023,化工仪表,及,及其自动,化,化控制课,件,件,蒸汽,TC,进料,塔底采出,1,2,FC,方案3：串级控制系统,FC,TC,进料,塔底采出,1,2,蒸汽,希望在塔,釜,釜温度不,变,变时蒸汽,流,流量能保,持,持设定,值，而当,塔,塔釜温度,在,在外来干,扰,扰的作用,下,下偏离给,定,定值时，,又,又要求蒸,汽,汽流量能,作,作相应的,变,变化，使,塔,塔釜温度,保,保持在设,定,定值上。,O,3/7/2023,化工仪表,及,及其自动,化,化控制课,件,件,流量控,制器TC2,执行器,流量对象,温度T,设定值,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,主变量,设定值,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,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,系统方块,图,图,3/7/2023,化工仪表,及,及其自动,化,化控制课,件,件,串级控制,系,系统的工,作,作过程,在串级控,制,制系统中,，,，由于引,入,入一个闭,合,合的副回,路,路，不仅,能,能迅速克,服,服作用于,副,副回路的,干,干扰，而,且,且对作用,于,于主对象,上,上的干扰,也,也能加速,克,克服。副回路具,有,有先调、,粗,粗调、快,调,调的特点,；,；主回路,具,具有后调,、,、细调、,慢,慢调的特,点,点，并对,于,于副回路,没,没有完全,克,克服掉的,干,干扰影响,能,能彻底加,以,以克服。因此，在,串,串级控制,系,系统中，,由,由于主、,副,副回路相,互,互配合、,相,相互补充,，,，充分发,挥,挥了控制,作,作用，大,大,大提高了,控,控制质量,。,。,干扰作用,于,于副对象,由于副回,路,路控制通,道,道短，时,间,间常数小,，,，所以当,干,干扰进入,副,副回路时,，,，可以获,得,得比单回,路,路控制系,统,统超前的,控,控制作用,，,，有效地,克,克服蒸汽,压,压力变化,对,对塔釜温,度,度的影响,干扰作用,于,于主对象,由于副回,路,路的存在,，,，可以及,时,时改变副,变,变量的数,值,值，以达,到,到稳定主,变,变量的目,的,的。,3/7/2023,化工仪表及其自,动,动化控制课件,串级控制系统的,特,特点及应用范围,(1)从系统结构来看，串级控制,系,系统有主、副两,个,个闭合回路；有,主,主、副两个控制,器,器；有分别测量,主,主变量和副变量,的,的两个测量变送,器,器。,在串级控制系统,中,中，,主回路是定值控,制,制系统，而副回,路,路是随动控制系,统,统。,(2)在串级,控,控制系统中，有,两,两主、副两个变,量,量。主变量是反,映,映产品质量或生,产,产过程运行情况,的,的主要工艺变量,。,。控制的目的在,于,于使这一变量等,于,于工艺规定的给,定,定值。,(3)从系统,特,特性来看，串级,控,控制系统由于副,回,回路的引入，改,善,善了对象的特性,，,，使控制过程加,快,快，具有超前控,制,制的作用，从而,有,有效地克服滞后,，,，提高了控制质,量,量。,适用范围：当对,象,象的滞后和时间,常,常数很大，干扰,作,作用强而且频繁,、,、负荷变化大，,简,简单控制系统满,足,足不了控制质量,的,的要求时，可采,用,用串级控制系统,。,。,3/7/2023,化工仪,表,表及其,自,自动化,控,控制课,件,件,串级控,制,制系统,主,主、副,回,回路的,选,选择,主变量,的,的选择,与单回,路,路控制,时,时被控,变,变量的,选,选择原,则,则是一,样,样的，,能,能直接,或,或间接,地,地表征,生,生产过,程,程质量,的,的参数,都,都可以,作,作为控,制,制系统,的,的被控,变,变量。,副变量,的,的选择,副变量,的,的变化,应,应在很,大,大程度,上,上影响,主,主变量,的,的变化,副回路,应,应将生,产,产过程,中,中的主,要,要干扰,包,包围在,内,内,在可能,的,的情况,下,下，应,使,使副环,包,包围更,多,多的次,要,要干扰,副变量,的,的选择,应,应考虑,到,到主、,副,副对象,时,时间常,数,数的匹,配,配，以,防,防发生,“,“共振,”,”。,当对象,具,具有较,大,大的纯,滞,滞后而,影,影响控,制,制质量,时,时，在,选,选择副,变,变量时,应,应使副,环,环尽量,少,少包含,纯,纯滞后,或,或不包,含,含纯滞,后,后。,3/7/2023,化工仪,表,表及其,自,自动化,控,控制课,件,件,主副控,制,制器控,制,制规律,的,的选择,串级,控,控制,系,系统,的,的目的是为,了,了高,精,精度,地,地稳,定,定主,变,变量,。,。,主变,量,量是,生,生产,工,工艺,的,的主,要,要控,制,制指,标,标，,它,它直,接,接关,系,系到,产,产品,的,的质,量,量或,生,生产,的,的正,常,常，,工,工艺,上,上对,它,它的,要,要求,比,比较,严,严格,。,。一,般,般来,说,说，,主,主变,量,量不,允,允许,有,有余,差,差。,所,所以,，,，主,控,控制,器,器通,常,常都,选,选用,比,比例,积,积分,控,控制,规,规律,，,，以,实,实现,主,主变,量,量的,无,无余,差,差控,制,制。,在串,级,级控,制,制系,统,统中,，,，稳,定,定副,变,变量,并,并不,是,是目,的,的，,设,设置,副,副变,量,量的,目,目的,就,就在,于,于保,证,证和,提,提高,主,主变,量,量的,控,控制,质,质量,。,。,副变,量,量的,给,给定,值,值是,随,随主,控,控制,器,器输,出,出变,化,化而,变,变化,的,的。,所,所以,，,，在,控,控制,过,过程,中,中，,对,对副,变,变量,的,的要,求,求一,般,般都,不,不很,严,严格,，,，允,许,许它,有,有波,动,动。,因,因此,，,，副,控,控制,器,器一,般,般采,用,用比,例,例控,制,制规,律,律。,3/7/2023,化工,仪,仪表,及,及其,自,自动,化,化控,制,制课,件,件,主副,控,控制,器,器正,、,、反,作,作用,的,的选,择,择,选择,副,副回,路,路控,制,制器,的,的正,反,反作,用,用,与简单控,制,制系统中,控,控制器“,正,正”、“,反,反”作用,的,的选择方,式,式相同，,先,先判断副,对,对象的正,反,反作用，,然,然后根据,工,工艺安全,等,等要求，,选,选定执行,器,器的“正,”,”、“反,”,”作用方,式,式，并按,照,照使副控,制,制回路成,为,为一个负,反,反馈系统,的,的原则来,确,确定副回,路,路控制器,的,的正反作,用,用。,选择主回,路,路控制器,的,的正反作,用,用,确定原则,：,：,当主、副,变,变量在增,加,加(或减,小,小)时，,如,如果由工,艺,艺分析得,出,出，为使,主,主、副变,量,量减小(,或,或增加),，,，要求控,制,制阀的动,作,作方向是,一,一致的，,主,主控制器,应,应选“反,”,”作用，,反,反之，则,应,应选“正,”,”作用。,物料进,物料出,冷却器流量温度串级控制系统,3/7/2023,化工仪表,及,及其自动,化,化控制课,件,件,主副控制,器,器参数的,工,工程整定,两步整定,法,法：先整,定,定副控制,器,器，后整,定,定主控制,器,器,(1),在,在工况稳,定,定，主、,副,副控制器,都,都在纯比,例,例作用的,条,条件下，,将,将主控制,器,器的比例,度,度先固定,在,在100,的刻度,上,上，然后,逐,逐渐减小,副,副控制器,的,的比例度,，,，求取副,回,回路在满,足,足某种衰,减,减比(如4：1),过,过渡过程,下,下的副控,制,制器比例,度,度,2S,和操作周,期,期,2S,。,(2),在,在副控制,器,器比例度,等,等于,2S,，的条件,下,下，逐步,减,减小主控,制,制器的比,例,例度，直,至,至得到同,样,样衰减比,下,下的过渡,过,过程，记,下,下此时主,控,控制器的,比,比例度,1S,。和操作,周,周期,1S,。,(3),根,根据上面,得,得到的,1S、,、,1S,、,2S、,、,2S,按表7-2(或表7-3),的,的规定关,系,系计算主,、,、副控制,器,器的比例,度,度、积分,时,时间和微,分,分时间。,(4),按,按“先副,后,后主”、,“,“先比例,次,次积分后,微,微分”的,整,整定方法,，,，将计算,出,出的控制,器,器参数加,到,到控制器,上,上。,(5)观,察,察控制过,程,程，适当,调,调整，直,到,到获得满,意,意的过渡,过,过程。,3/7/2023,化工仪,表,表及其,自,自动化,控,控制课,件,件,一步整,定,定法：,即,即根据,经,经验先,将,将副控,制,制器一,次,次放好,，,，不再,变,变动，,然,然后按,一,一般单,回,回路控,制,制系统,的,的整定,方,方法直,接,接整定,主,主控制,器,器参数,。,。,采用一,步,步整定,法,法副控,制,制器参,数,数选择,范,范围,副变量类型,副控制器比例度,2,副控制器比例放大倍数K,P2,温度,2060,5.01.7,压力,3070,3.01.4,流量,4080,2.51.25,液位,2080,5.01.25,一步整,定,定法的,整,整定步,骤,骤如下,。,。,(1),在,在生产,正,正常，,系,系统为,纯,纯比例,运,运行的,条,条件下,，,，按照,上,上表所,列,列的数,据,据，将,副,副控制,器,器比例,度,度调到,某,某一适,当,当的数,值,值。,(2),利,利用简,单,单控制,系,系中任,一,一种参,数,数整定,方,方法整,定,定主控,制,制器的,参,参数。,(3),如,如果出,现,现“共,振,振”现,象,象，可,加,加大主,控,控制器,或,或减小,副,副控制,器,器的参,数,数整定,值,值，一,般,般即能,消,消除。,3/7/2023,化工仪表及,其,其自动化控,制,制课件,第二节,其,其他复杂控,制,制系统,均匀控制问,题,题的提出,连续精馏的多塔分离过程,对甲塔来说,，,，塔釜液位,是,是一个重要,的,的工艺参数,，,，必须保持,在,在一定范围,之,之内，为此,配,配备了液位,控,控制系统；,对乙塔来说,，,，从自身平,稳,稳操作的要,求,求出发，希,望,望进料量稳,定,定，所以设,置,置了流量控,制,制系统；,这样，甲、,乙,乙两塔间的,供,供求关系就,出,出现了矛盾,。,。,为解决这一,前,前后工序供,求,求矛盾，希,望,望设计一种,控,控制系统使,液,液位与流量,同,同时平稳；,同时“均匀,”,”地变化。,一、均匀控,制,制系统,3/7/2023,化工仪表及,其,其自动化控,制,制课件,1、表征前,后,后供求矛盾,的,的两个变量,在,在控制过程,