化工自动化及仪表第八章

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,*,第八章 复杂控制系统,华东理工大学信息学院自动化系,必要性：,生产过程变,得,得大型化和复,杂,杂化，变量之间的,关,关系更加复,杂,杂，对操作,条,条件的要求,也,也更加严格,。,。,需要引入,复杂控制系,统,统。,现代化生产,对,对产品质量,的,的要求更高了。,生产过程中,的,的某些特殊要求，如物料配比,、,、前后生产,工,工序的协调,等,等问题。,根据系统的结构和功能可分为：,串级、均匀,、,、比值、分,程,程、选择性、前馈、多冲量等,复杂控制系,统,统,:,在单回路控,制,制系统的基,础,础上，增加,计,计算环节、,控,控制环节或,其,其他环节，,实,实现某些特殊功,能,能的控制系,统,8.1,串,串级控制系,统,统,本章主要内,容,容：,8.4,均匀控制系,统,统,8.6,前馈控制系,统,统,8.2,分程控制系,统,统,8.3,比值控制系,统,统,8.1.1,组,组成原,理,理,图,8-1,加热炉温度,控制系统,控制通道过,程,程分析：,温度系统滞,后,后太大，导,致,致误差长时,间,间不能克服,，,，误差太大,，,，不符合工,艺,艺要求。,主要问题：,滞后太大，,控,控制不及时,。,。,8.1,串,串级控制系,统,统,被控变量的偏差,是,是由什么引起的,？,？,解决问题思路分,析,析：,答：控制住这些,扰,扰动，应该可以,减,减小被控变量的,波,波动。,答：是由于各种扰动引起的。,最容易想到的解,决,决问题的办法是,什,什么？,燃料压力的波动,加热炉温度控制,系,系统,该加热炉的主要扰动有哪些呢？,燃料热值的波动,原料流量的调整,或,或波动,原料入口温度的,波,波动等,如果我们对每种,扰,扰动都进行控制,，,，肯定满足工艺,要,要求。但是，这,样,样控制系统就变,得,得非常复杂、成,本,本大大提高。,实际工业控制过,程,程对控制系统的,要,要求：,人们研究出了一,种,种不需要增加多,少,少仪表就可以提,高,高控制精度的方,法,法串级控制系统。,在满足工艺要求,的,的前提下，尽可,能,能简单、经济,串级控制系统的,思,思想：,把时间常数较大,的,的被控对象分解,为,为两个时间常数,较,较小的被控对象,。,。,图8-2 加热,炉,炉控制过程分解,图,8-3,加热炉温度串级,控,控制系统,图,8-4,加热炉温度串级,控,控制系统方块图,图,8-3,加热炉温度串级,控,控制系统,图,8-5,串级控制系统组,成,成原理及术语,将原被控对象,分,分解为两个串联,的,的被控对象。,以分解后的两,个,个被控对象的中,间,间变量作为副被,控,控变量，构成一,个,个副回路（简单,控,控制系统）。,将原被控变量,作,作为主被控变量,构,构成主回路。,主控制系统控制,器,器的输出信号作,为,为副控制系统控,制,制器的设定值，副控制系统的输,出,出信号作为主被,控,控对象的输入信,号,号,。,(2) 串级,控,控制系统术语,主变量：,副变量：串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要引,入,入的辅助变量。,副对象：副变量表征其特性的工,艺,艺生产设备。,主对象：主变量,表征其特性的生,产,产设备或生产过,程,程。,副控制器：其设定值来自主,控,控制器的输出，,并,并按副变量的测,量,量值与设定值的,偏,偏差而工作的控,制,制器（又名随动控制器）。,为什么把副控制,器,器又称为随动控,制,制器呢？,主控制器：按主变量的测量,值,值与设定值偏差,而,而工作，其输出,作,作为副变量设定,值,值的控制器（主导控制器）。,主回路：由主变量的测量,变,变送装置，主、,副,副控制器，执行,器,器和主、副对象,构,构成的外回路。,也,也称为外环或主,环,环。,副回路：由负变量的测量,变,变送装置、副控,制,制器、执行器和,副,副对象所构成的,内,内回路。也称为,内,内环或副环。,主测量值、副测,量,量值：相应被控变量的,测,测量值。,主设定值、副设,定,定值：主设定值是主被,控,控变量的期望值,，,，由主控制器内,部,部设定。副设定,值,值由主控制器的,输,输出信号提供。,8.1.2,控,控制过程,只考虑上图中的,f,1,、,f,2,一方面：,另一方面：,小结,：,由于副环的作用,使,使控制作用变得,更,更快、更强。,(1)扰动作用,于,于副对象,：,(2)扰动作用,于,于主对象,：,只考虑下图中的,f,3,小结,：,扰动作用于主对,象,象时，串级控制,也,也能有效地克服,扰,扰动。,结论,：,串级控制系统，副环的增加使得整个系统克服扰动的能力更强、作用,更,更及时，控制性,能,能明显提高。,8.1.3,系,系统特点,(1)分级控制,思,思想,(2)串级系统,结,结构,将一个控制通道,较,较长的对象分解,为,为两个对象。,两个对象、两个,控,控制器、两个测,量,量变送器、一个,执,执行器,(3)系统的工,作,作方式,(4)控制性能,副环是随动控制,系,系统；主环是定,值,值控制系统。,由于副回路的引,入,入，改善了对象,特,特性，系统对于,扰,扰动反映更及时,，,，可有效地克服滞后，提高控制性能。,8.1.4,系,系统设计,主被控变量的选,择,择原则：与简单控制系统,相,相同,(1)主、副被,控,控变量的选择,尽量选择能直接反映产品质,量,量的变量作为被控变量；,所选被控变量能,满,满足生产工艺稳定,安,安全高效的要求；,必须考虑自动化仪表及装,置,置的现状。,副被控变量的选,择,择原则：,必须保证它是,操,操纵变量到主被,控,控变量通道中的,一,一个适当中间变,量,量。,串级控制系统设,计,计的关键,使主要扰动作,用,用于副对象上,使副对象包含适当多的扰动,主、副对象的时,间,间常数不能太接,近,近,通常使,T,s,明显,TM,原因：一方面：如果相,差,差很小，失去设,置,置副环的意义,另一方面：如果,基,基本相等，系统,可,可能出现,“,共振,”,，降低控制质量,甚,甚至会出现不稳,定,定,(2)控制规律,的,的选择,主控制器控制规,律,律：原则：与简单控,制,制类似,从工艺上来说，,采,采用串级控制系,统,统的主被控变量,是,是主要参数，不,允,允许有余差。,PI/PID(,滞后较大时),副控制器控制规,律,律：,依据：副环是随动控制,系,系统，副被控变,量,量的控制可以有,余,余差。为了使副,环,环尽可能的发挥,其,其作用。,所以：一般选择,P,控制，而且比例,度,度选的较小。,尽快地克服扰动,(3)控制器作,用,用方向的选择,依据：使系统为,负,负反馈系统,副控制器方向的,选,选择与简单系统,类,类似。,如何选择？,副控制器正、反,作,作用的选择根据,调,调节阀的气开、,气,气关形式来确定,。,。,主控制器正、反,作,作用的选择根据,副,副被控变量对主,被,被控变量的影响,关,关系来确定。,例题：下图所示,为,为加热炉温度,-,压力串级控制系,统,统，试画出该系,统,统的方块图，并,分,分别确定主、副,控,控制器的正、反,作,作用。,图,8-6,加热炉温度-压,力,力串级控制系统,图,8-7,加热炉温度-压,力,力,串级控制系统方,块,块图,解答：,(1)阀的气开,、,、气关特性,（应如何选择？,）,）,依据安全原则，,当,当供气中断时，,应,应使控制阀处于,全,全关闭状态，不,致,致烧坏加热炉，,所,所以应选气开阀,副控制器,(2)控制器的,正,正、反作用（如,何,何确定？）,所以：副控制器,应,应选反作用。,因为：,所以：主控制,器,器应选反作用。,若两者一致，,则,则选正作用。,因为：,主控,制器,结论：,副调节器正、,反,反作用的选择要依据阀门的气开、气关特性；,主调节器正、反作用的,选,选择与阀门的气开、气关形,式,式无关。,DDZ-,仪表投运步骤,：,：,将主控制器,设,设定为内设定方式，副控制器设定,为,为外设定方式；（,为什么？）,在副控制器,处,处于软手动状,态,态下进行遥控,操,操作，使主被,控,控变量在主设,定,定值附近稳定,下,下来；,将副控制器,切,切入自动；,最后将主控,制,制器切入自动。,先手动后自动,，,，先内后外,(4)系统投,运,运,串级系统的投,运,运与所选仪表,有,有关。,(5)主、副,控,控制器参数的,工,工程整定,两步整定法：先整定副控制,器,器，后整定主,控,控制器。步骤,如,如下：,在工况稳定,，,，主、副控制,器,器都在纯比例,作,作用的条件下,，,，将主控制器,的,的比例度先固,定,定在100%,，,，然后逐渐减,小,小副控制器的,比,比例度，求取,副,副回路在满足某种衰减,比,比（4:1或10:1）过,渡,渡过程下的副,控,控制器的比例,度,度,ss,和振荡周期,T,ss,。,在副控制器,的,的比例度为,ss,的条件下，逐,步,步减小主控制,器,器的比例度，,在,在同样衰减比下,，,，得到主控制,器,器的,MM,和,T,MM,。,根据得到的,ss,、,T,ss,、,MM,和,T,MM,，查找主、副,控,控制器的比例,度,度、积分时间,和,和微分时间。,按,“,先副后主,”,、,“,先比例次积分,后,后微分,”,的整定方法，,将,将得到的控制,器,器参数加到控,制,制器上。,观察控制过,程,程，再作适当,调,调整。,一步整定法：只整定主控制,器,器，副控制器,的,的参数按经验,值,值设定。,依据：在串级控制系,统,统中，主变量,是,是工艺的主要,操,操作指标，直,接,接关系到产品,的,的质量，对它,要,要求比较严格,。,。而设置副变,量,量的目的主要,是,是为了提高主,变,变量的控制质,量,量，对副变量,本,本身没有很高,的,的要求，允许,它,它在一定范围,内,内变化。,一步整定法的,具,具体步骤如下：,在生产正常,，,，系统为纯比,例,例运行条件下,，,，根据经验将,副,副控制器的比,例,例度调到某一,适,适当值。,利用简单控,制,制系统的任一,参,参数整定方法,整,整定主控制器,的,的参数。,如果出现,“,共振,”,现象，适当调,整,整主控制器和,副,副控制器的参,数,数整定值。,副控制器的经,验,验值：,表8-1 一,步,步整定法副控,制,制器比例度的,经,经验值,串级控制系统,适,适用场合：,（,1),要求被控变量,的,的误差范围很,小,小，采用简单,控,控制质量较差,，,，不能满足工,艺,艺要求,（,2,）当对象的滞,后,后较大，干扰,比,比较剧烈、频,繁,繁的情况。,复杂控制系统,中,中用的最多的,一,一种。,例题：如图所,示,示为一锅炉汽,包,包液位控制系,统,统的示意图，,要,要求锅炉不能,烧,烧干。,（,1,）确定控制阀,的,的气开、气关,型,型式，确定控,制,制器的正、反,作,作用，并简述,当,当加热室温度,升,升高导致蒸汽,蒸,蒸发量增加时,，,，该控制系统,是,是如何克服干,扰,扰的？,LT,LC,加热室,汽包,蒸汽,冷水,（,2,）如果冷水阀,前,前后压力波动,较,较大，请设计,一,一个以汽包液,位,位为主变量、,冷,冷水压力为副,变,变量的串级控,制,制系统。要求,画,画出带控制点,的,的工艺流程图,，,，确定主、副,控,控制器的正、,反,反作用。,解：（,1,）因为：从安,全,全的角度考虑,，,，锅炉汽包内,的,的液位不能过,低,低。因此，当,供,供气中断时，,冷,冷水阀应该全,开,开。,所以：控制阀,应,应该选择气关,阀,阀。,因为：,所以：控制器,应,应选正作用。,当加热室温度,升,升高导致蒸汽,蒸,蒸发量增加时,，,，液位,L,降低，检测变,送,送环节,LT,把信息送给控,制,制器,LC,，,LC,根据偏差及控,制,制规律发出控,制,制信号给执行,器,器开大冷水阀,，,，使液位,L,回升到设定值,。,。,（,2,）以汽包液位,为,为主变量、冷,水,水压力为副变,量,量的串级控制,系,系统带控制点,的,的工艺流程图,为,为：,副控制器：,因为：,所以：副控制,器,器选正作用。,主控制器：,因为：,所以：主控制,器,器选反作用。,LT,LC,加热室,汽包,蒸汽,冷水,PT,PC,8.4,分,分程,控,控制,系,系统,8.4.1,分程,控,控制,基,基本,概,概念,8-16,简,简,单,单控,制,制系,统,统方,块,块图,及,及其,特,特性,8-17,分,分,程,程控,制,制系,统,统方,块,块图,及,及其,特,特性,分程,控,控制,特,特性,类,类型,：,两个,阀,阀门,时,时，,有,有以,下,下4,种,种情,况,况,8-18,分,分程,控,控制,特,特性,类,类型,分程,控,控制,系,系统,的,的特,点,点,：,分程,的,的实,现,现：,是通,过,过阀门,定,定位,器,器或电,气,气阀,门,门定,位,位器,来,来实,现,现的,，,，将调,节,节器,的,的输,出,出信,号,号分,为,为几,段,段，,每,每段,控,控制,一,一个,阀,阀门,动,动作。,简单,控,控制,系,系统,：,：一,个,个控,制,制器,的,的输,出,出信,号,号只控,制,制一,个,个执,行,行器,分程,控,控制,系,系统,：,：一,个,个控,制,制器,的,的输,出,出信,号,号同时,控,控制,几,几个,工,工作,范,范围,不,不同,的,的调,节,节器,8.4.2,分程,控,控制,的,的应,用,用,(1)提,高,高控,制,制阀,的,的可,调,调比,在有,些,些场,合,合，,调,调节,手,手段,只,只有,一,一种,，,，但,要,要求,操,操纵,变,变量,的,的流,量,量需,要,要较,大,大的,可,可调,范,范围,（,（如100：1）,，,，而,国,国产,阀,阀的,可,可调,范,范围,只,只有30,。,。此,时,时可,将,将两,个,个大,、,、小,阀,阀并,联,联使,用,用。,例题,：,：,设大,、,、小,两,两个,调,调节,阀,阀的,最,最大,流,流通,能,能力,分,分别,为,为,CAmax=100,，,，CBmax=4,，,，,可调,范,范围,RA=RB=30，,两个,阀,阀均,为,为气,开,开阀,，,，试,求,求两,个,个阀,并,并联,后,后的,可,可调,范,范围,。,。,解：,因为,故，,可,可得,小,小阀,的,的最,小,小流,通,通能,力,力为,当大,、,、小,阀,阀并,联,联组,合,合在,一,一起,时,时，,阀,阀的,最,最小,流,流通,能,能力,为,为小,阀,阀的,最,最小,流,流通,能,能力,（,（0.133,）,），,最,最大,流,流通,能,能力,为,为104,，,，所,以,以调,节,节阀,的,的可,调,调范,围,围为,分程,后,后阀,的,的可,调,调范,围,围比,用,用单,个,个阀,的,的可,调,调范,围,围约,增,增大,了,了26.1倍,，,，大,大,大扩,展,展了,可,可调,范,范围,。,。,(2)交,替,替使,用,用不,同,同的,控,控制,方,方式,左图8-1,9,为储,罐,罐氮,封,封分,程,程控,制,制方,案,案及,特,特性,图,图。,有些,油,油品,储,储罐,的,的顶,部,部需,要,要充,满,满氮,气,气以,隔,隔绝,油,油品,与,与空,气,气中,氧,氧气,的,的氧,化,化作,用,用。,储罐,顶,顶部,充,充满,氮,氮气,，,，顶,部,部氮,气,气压,力,力一,般,般为,微,微正,压,压。,生,生产,过,过程,中,中，,压,压力,p,会产,生,生波,动,动。,8-19,储,储,罐,罐氮,封,封分,程,程控,制,制方,案,案,方法,：,：采,用,用分,程,程控,制,制,8-19,储,储,罐,罐氮,封,封分,程,程控,制,制,A:,气关,阀,阀,B:,气开,阀,阀,采用,分,分程,控,控制,的,的结,果,果：,A:,气关,阀,阀,B:,气开,阀,阀,注：,用,用反,作,作用,调,调节,器,器,(3)满,足,足生,产,产过,程,程不,同,同阶,段,段的,需,需要,采用反作用,控,控制器,分程控制的,结,结果：,反应开始前,：,：,反应进行一,段,段时间后：,8-21,间歇反应器,温,温度分程控,制,制系统,8.4.2,分程控制对,调,调节阀的要,求,求,(1)根据工艺要求选择具有不,同,同特性的分,程,程类型。,(2)泄漏,量,量问题,应尽量使两,个,个调节阀都,无,无泄漏，特,别,别是大、小,阀,阀并联时，,如,如果大阀泄,漏,漏量过大，,小,小阀不能充,分,分发挥作用,，,，可调范围（,可,可调比）得不到实质,扩,扩大。,举例：,目前国产阀,的,的可调比均,为,为,30,，现有一工,业,业生产变量,要,要求调节阀,的,的最大流量,为,为,112,，调节阀的,可,可调比为,120,，考虑到工,艺,艺安全，阀,门,门要用气开,式,式，目前可,供,供选择的几,个,个调节阀的,最,最大流量分,别,别为,QAmax=84,（气开），,QBmax=6,（气开），,QCmax=96,（气开），,QDmax=60,（气开），,QEmax=96,（气关），,QFmax=60,（气关），,QGmax=28,（气关），,QHmax=84,（气关），,QImax=28,（气开），,QJmax=6,（气关）。,（,1,）请问用什,么,么控制系统,可,可以扩大调,节,节阀的可调,比,比？,（,2,）试选择两,个,个合适的调,节,节阀，以达,到,到工艺要求,。,。,解：,（,1,）用分程控,制,制系统可以,扩,扩大调节阀,的,的可调比。,（,2,）根据题意,设,设两调节阀,的,的最大流量,分,分别为,x,、,y,，并且假设,y,为小阀的最,大,大流量，则,可,可得如下方,程,程组：,解方程组可,得,得两调节阀,的,的最大流量,分,分别为,84,、,28,，又有已知,条,条件工艺要,求,求采用气开,阀,阀，所以选,择,择,A,阀和,I,阀，可满足,工,工艺要求。,8.3 比,值,值控制系统,8.3.1,比值控制基,本,本概念,目的：在工业生产,过,过程当中，,常,常常需要将,两,两种或两种,以,以上的物料,按,按一定的比,例,例关系进行,混,混合。,比值控制的,目,目的是为了实现,几,几种物料按,一,一定比例混,合,合，使生产,安,安全、正常,地,地进行。,定义：实现两个或,两,两个以上参,数,数符合一定,比,比例关系的,控,控制系统，,称,称为比值控,制,制系统。,主动量（主,流,流量）,：,在需要保持,比,比值关系的,两,两种物料中,，,，必有一种,物,物料处于主导地位，称此物料为,主,主动量(,F,M)。,从动量（从,流,流量）：另一种物料,按,按主动量（,主,主物料）进,行,行配比，在,控,控制过程中随主动量（,主,主物料）而,变,变化，因此称为从,动,动量(,F,S,)。,从动量与主,动,动量满足关,系,系式,：,其中，,k,为从动量与,主,主动量的比,值,值。,类型：,单闭环比,值,值控制系统,双闭环比,值,值控制系统,变比值控,制,制系统,8.3.2,比值控制系,统,统类型,(1)单闭,环,环比值控制,系,系统,左图(,a),为一燃烧过,程,程。,主动量：燃,料,料,从动量：空,气,气,(,a),燃烧过程比,值,值控制系统,(b),加热炉温度,-,压力串级控,制,制系统方块,图,图,8-12,单闭环比值,控,控制系统,单闭环比值,控,控制系统与,串,串级控制系,统,统的区别,(a),单闭环比值,控,控制系统方,块,块图,（,b,）串,级控制系统,方,方块图,结构上：,在单闭环比,值,值控制系统,没,没有主对象,、,、主控制器,；,；而串级控,制,制系统是有,的,的。,在串级控制,系,系统中，副变量是操纵变量,到,到主被控变,量,量之间的一,个,个中间变量,，,，会影响主被,控,控变量，在比值中，从动量不会,影,影响主动量。本质区,别,别,单闭环比值,控,控制系统与,串,串级控制系,统,统的区别：,在相乘方案,中,中，从动量,控,控制系统是,一,一个随动控制系,统,统。,单闭环比值,控,控制系统能,克,克服从动量的波,动,动，使其随主动,量,量的变化而,变,变化，使它,们,们保持比值,关,关系。,结论：,在单闭环控,制,制系统的基,础,础上，增加,一,一个主动量,控,控制系统，,就,就构成双闭,环,环控制系统,。,。框图如下,：,：,(2)双闭,环,环比值控制,系,系统,8-13,双闭环比值,控,控制系统方,块,块图,8-13,双闭环比值,控,控制系统方,块,块图,采用相乘方,案,案的双闭环控制,系,系统实际上是由,一,一个定值控制系,统,统和一个随动控制系,统,统组成，它不,仅,仅能保持两,个,个流量之间,的,的比值，而,且,且能保证总,流,流量不变。,适用场合：主要应用于总流量需要调整的,场,场合。,(3)变比,值,值控制系统,在有些生产,过,过程中，需,要,要两种物料,的,的比值按具,体,体的工矿而,改,改变，此时,就,就需用变比,值,值控制系统,。,。,8-14,变,变比值控制,系,系统,右图是合成,氨,氨生产过程,中,中煤造气工,段,段的变比值,控,控制系统示,意,意图。,从结构上看,，,，实际上是,水,水蒸气、半,水,水煤气的比,值,值串级控制,系,系统。,目的是使变,换,换炉触煤层,的,的温度恒定,在,在工艺要求,的,的设定值上,。,。,在生产过程,中,中，半水煤,气,气与水蒸气,的,的量需保持,一,一定的比值,，,，而且其比,值,值系数要能,随,随一段触煤,层,层的温度变,化,化而变化，,才,才能在较大,负,负荷变化下,保,保持良好的,控,控制质量。,该控制系统,控,控制精度高,，,，虽然系统,结,结构较复杂,，,，但应用范,围,围还较广。,8-15变,比,比值控制系,统,统方块图,8.3.3,比值系数的,计,计算,比值系数,K,是设置于比,值,值函数模块,或,或比值控制,器,器(,RC),的参数。,流量比,k,是流量,F,S,(F,2,)/ F,M,(F,1,),的比值。,在相乘方案,中,中，当采用,电,电动单元组,合,合仪表时，,流,流量,q,与变送器输,出,出电流,I,的对应关系,是,是,其中,qmax,是变送器量,程,程,。,(1)流量,与,与其测量信,号,号呈线性关,系,系（用差压,变,变送器时带,有,有开方器）,从动量流量,调,调节器的测量信号,设定,信号,控制,结果,因此,当采用气动单元组,合,合仪表时，流量,q,与变送器输,出,出气压,p,的对应关系,为,为,即,其中，,q,max,为变送器量,程,程。,从动量流量,调,调节器的测量信号,设定信号,控制结果,因此,我们得到的,结,结果,书上结果,结论：,比值系数与,变,变送器的量,程,程、要求的,从,从动量与主,动,动量的对应,比,比例关系有,关,关，与变送,气,气的电器零,点,点无关。,(2)流量与,其,其测量信号,呈,呈平方关系,（,（用差压变,送,送器时不带,开,开方器）,其中,qmax,是变送器量,程,程,。,在相乘方案,中,中，当采用,电,电动单元组,合,合仪表时，,流,流量,q,与变送器输,出,出电流,I,的对应关系,是,是,设定信号,控制结果,因此,从动量流量,调,调节器的测量信号,当采用气动单元组,合,合仪表时，流量,q,与变送器输,出,出气压,p,的对应关系,为,为,即,从动量流量,调,调节器的测量信号,设定信号,控制结果,因此,我们得到的,结,结果,书上结果,(1),用或不用开,放,放器都可以,进,进行比值控,制,制，只是前,者,者的,K,与,k,成正比，后,者,者的,K,与,k,2,成正比，当,量,量程不变，,仪,仪表,K,值的调节范,围,围一定时，,不,不带开放器,时,时的,k,的可调范围,缩,缩小了。例,如,如，,K,的可调范围,为,为0.254,则不,带,带开放器时,k,的可调范围,不,不是,0.254，,只有0.52。,(2),使,K=k,的条件：带,开,开放器的是,q,1max,=q,2max，,不带开方器,的,的是,kq,2,1max,=q,2,2max,。,(3),在同样的比,值,值,k,下，通过,调,调整,q,1max,、q,2max,也可改变,比,比值系数,K,。,结论：,8.2,均,均匀控,制,制系统,图8-8,前,前后精,馏,馏塔的物,料,料平衡关,系,系（矛盾）,8.2.1,均匀控制,的,的原理,图8-8,为,为连续,精,精馏的多,塔,塔分离过,程,程。,甲塔：塔釜液位,是,是一个重,要,要工艺参,数,数。,乙塔：希望进料,量,量稳定，,即,即流量是,其,其要控制,的,的工艺参,数,数,矛盾的解,决,决办法：中间增加,储,储罐（增,加,加流程复,杂,杂性，投,资,资增加）,。,。,怎么办？,图8-8,前,前后精,馏,馏塔的物,料,料平衡关,系,系（矛盾）,为了求共,存,存：,均匀控制,的,的目的：,从控制方,案,案出发，,解,解决前后,工,工序供求,矛,矛盾，达,到,到前后兼,顾,顾协调工,作,作（如使,液,液位和流,量,量均匀变,化,化）。,矛盾双方,都,都降低要,求,求,采用均匀,控,控制的前,提,提条件：,系统需要,控,控制的两,个,个或多个,变,变量的要,求,求不是很,高,高，可以,在,在一定范,围,围内波动,。,。,图8-9,控,控制目,标,标的调整,均匀控制,的,的特点：,均匀控制,的,的实现方,法,法：,通过控制,器,器的参数整定来实现。,表征前,后,后供求矛,盾,盾的两个,变,变量在控,制,制过程中,都,都应该是,缓,缓慢变化,的,的。,前后互,相,相联系又,互,互相矛盾,的,的两个变,量,量应保持,在,在所允许,的,的范围内,波,波动。,8.2.2,均匀控制,方,方案,(1),简单均匀,控,控制系统,图8-10 简单,均,均匀控制,系,系统,左图可以,实,实现基本,满,满足甲塔,液,液位和乙,塔,塔进料流,量,量的控制,要,要求。,结构与简,单,单液位控,制,制系统一,样,样。,参数整定,：,：要按照均匀控制,思,思想进行。一,般,般采用,P,控制，且,先放在较,大,大，然后,同,同时观察,两,两个被控,变,变量的过,渡,渡过程，达到均匀,的,的目的。有时为了,防,防止液位,超,超限，也,引,引入较弱,的,的积分作,用,用。微分,作,作用与均,匀,匀矛盾，,不,不能采用,。,。,与简单控制系统相比，有何特点？,(2),串级均匀,控,控制系统,图8-11 串级,均,均匀控制,系,系统,简单均匀,控,控制系统,对,对压力扰,动,动反映不,及,及时。另,外,外，过程,的,的自衡能,力,力强时控,制,制质量较,差,差，为此,引,引入串级,均,均匀控制,系,系统。,串级均匀,控,控制器主,、,、副控制,器,器均采用,P,控制，只,是,是在要求,较,较高时，,为,为了防止,偏,偏差超过,范,范围，才,引,引入适当,的,的,I,作用。,与串级控制系统相比，有何特点？,参数整定,：,：在串级均,匀,匀控制系,统,统中，参,数,数整定的,目,目的不是,使,使变量尽,快,快地回到,给,给定值，,而,而是要求,变,变量在允,许,许的范围,内,内作缓慢,变,变化。整定方法,也,也与一般,的,的串级控,制,制系统不,同,同。不是要求,主,主、副变,量,量的过渡,过,过程成某,个,个衰减比,变,变化，而,是,是要求主,、,、副变量,“,均匀,”,地得到控,制,制。,均匀控制,器,器参数值,一,一般较大,。,。,适用场合,：,：串级均匀,控,控制系统,适,适用于调,节,节阀前后,压,压力扰动,较,较大，过,程,程自衡作,用,用较显著,以,以及对流,量,量要求比,较,较平稳的,场,场合，其,控,控制质量,较,较高。,均匀控制,是,是通过参数整定来实现的,。,。,8.6,前,前馈控制,系,系统,8.6.1 前馈,控,控制的概,念,念,反馈控制,（,（闭环控,制,制）：,控制器按,照,照被控变,量,量与设定,值,值的偏差来进行控,制,制。,存在的问,题,题：,当被控变,量,量偏离设,定,定值，产,生,生偏差后,才,才进行控,制,制，使得控制作用,滞,滞后。,前馈控制,（,（开环控,制,制）：,控制器根,据,据扰动或,设,设定值的,变,变化按补偿原理进行工作,。,。,特点：,扰动产生,后,后，被控,变,变量还未,变,变化之前,，,，根据扰,动,动的大小,施,施加控制,，,，控制超前,。,。,8.6.2 前馈,控,控制与反,馈,馈控制的,比,比较,8-22,两,两种加热,炉,炉温度控,制,制系统,(,a),反馈控制,(,b),前馈控制,反馈：偏差会较,大,大,前馈：偏差较小,(,a),反馈控制,(,b),前馈控制,8-23,两,两种,加,加热炉温,度,度控制系,统,统方块图,反馈控制,特,特点,：,(1)是,闭,闭环控制,系,系统,(2)控,制,制滞后,(3)可,克,克服所有,扰,扰动,前馈控制,特,特点,：,(1)是,开,开环控制,系,系统,(2),控,控制及时,(3)只,能,能克服所,测,测量的扰,动,动,8.6.3 前馈,控,控制系统,类,类型,(1)单,纯,纯的前馈,控,控制系统,静态前馈,：,：,在扰动作,用,用下，前,馈,馈补偿作,用,用只能最,终,终使被控,变,变量回到,要,要求的设,定,定值，而,不,不考虑补,偿,偿过程中,的,的偏差大,小,小。,前馈控制,器,器的输出,信,信号与输,入,入信号只,要,要保持比,例,例关系,其中，,p,是输出信,号,号，,F,是输入信,号,号，,K,d,是前馈系,数,数,如果为了,进,进一步改,善,善控制质,量,量，就需,要,要测量更,多,多的扰动,量,量,增加了燃,料,料流量、,进,进料原油,的,的温度，,构,构成了下,面,面的静态,前,前馈控制,系,系统,8-24,加,加热,炉,炉静态前,馈,馈控制系,统,统,该系统既,是,是一个单闭环比,值,值控制系,统,统：从流,量,量的角度,来,来说,又是一个静态前馈,控,控制系统,：,：从被控,变,变量,T,的角度,动态前馈,：,：,目的是在,任,任何时刻,均,均实现对,扰,扰动影响,的,的补偿，,使,使被控变,量,量完全或,基,基本上保,持,持不变。,通过调节,前,前馈控制,器,器的时间,常,常数来实,现,现。,(3),前,前馈-反,馈,馈控制系,统,统,前馈控制,系,系统只能,在,在一定程,度,度上补偿,扰,扰动对被,控,控变量的,影,影响，因,此,此将其与,反,反馈控制,相,相结合，,构,构成前馈-反,馈,馈控制。,优点：前馈控制,来,来克服可,以,以预见的,主,主要扰动,；,；反馈控,制,制用来消,除,除对于前,馈,馈控制不,能,能补偿的,一,一些扰动,。,。,8-25,加,加热,炉,炉前馈-,反,反馈控制,系,系统及方,块,块图,(4),前,前馈控制,系,系统的应,用,用,前馈控制,作,作用的选,择,择,通过分析过程,控,控制通道,和,和扰动通,道,道的反应,快,快慢（的,大,大小）来,合,合理选用,。,。,当,T0,Tf,时，可采,用,用动态前,馈,馈-反馈,控,控制,采用前馈,控,控制的条,件,件（适用,场,场合）,扰动变,化,化频繁而,幅,幅值又较,大,大的情况,；,；,主要扰,动,动可测不可,控,控；,扰动对,被,被控变量,影,影响显著,，,，单纯用,反,反馈控制,难,难以达到,控,控制要求,。,。,前馈控制,和,和串级控,制,制都是用,于,于时滞过,大,大的过程,，,，或用于,扰,扰动大而,频,频繁的场,合,合。,前馈控制,与,与串级控,制,制的比较,：,：,串级控制,：,：是通过合理选,择,择副变量和副,回,回路来有效地,克,克服进入副回,路,路的扰动。,前馈控制：当副回路滞后,过,过大或当主要,扰,扰动在副回路,之,之外时，串级,控,控制克服扰动,的,的效果较差，,此,此时采用前馈,控,控制。,前馈反馈控制,与,与串级控制的,流,流程图比较：,（,a,）串级控制,（,b,）前馈,-,反馈控制,前馈反馈控制,与,与串级控制的,方,方块图比较：,（,a,）串级控制,（,b,）前馈,-,反馈控制,(a),(b),下面是管式加,热,热炉的一种控,制,制方案，如果,被,被加热原料的,流,流量是主要扰,动,动，用下图来,控,控制发现控制,质,质量较差，而,该,该扰动可测不,可,可控，针对这,种,种情况，试设,计,计一复杂控制,系,系统来解决？,画,画出设计方案,带,带检测控制点,的,的流程图以及,方,方块图。,举例：,在某一工况下,，,，如果被加热,原,原料的流量是,主,主要扰动，用,前,前图所示的简,单,单控制系统来,控,控制发现控制,质,质量较差，而,该,该扰动可测不,可,可控，针对这,种,种情况，可设,计,计一前馈反馈,控,控制系统来解,决,决，系统带检,测,测控制点的流,程,程图如下：,解：,系统方块图如,下,下：,