第八章复杂控制系统学习教案

会计学1第八章复杂第八章复杂(fz)控制系统控制系统第一页，共37页。希望在塔釜温度希望在塔釜温度(wnd)(wnd)不变时蒸汽流不变时蒸汽流量 能 保 持 设 定 值 ， 而 当 塔 釜 温 度量 能 保 持 设 定 值 ， 而 当 塔 釜 温 度(wnd)(wnd)在外来干扰的作用下偏离给定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值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，使塔釜温度化，使塔釜温度(wnd)(wnd)保持在设定值保持在设定值上。上。 而作图方案不能满足要求而作图方案不能满足要求蒸汽蒸汽TC进料进料塔底采出塔底采出12FC方案方案3 3：串级控制系统：串级控制系统FTx xFCTC进料进料塔底采出塔底采出12蒸汽蒸汽第1页/共37页第二页，共37页。流量控流量控制器制器TC2TC2执行器执行器流量对象流量对象温度温度T设定值设定值干扰干扰f1精馏塔控制系统方块图精馏塔控制系统方块图温度对象温度对象温度控温度控制器制器TC1TC1+干扰干扰f2测量、变送测量、变送y1测量、变送测量、变送y2F副控副控制器制器执行器执行器 副对象副对象主变量主变量设定值设定值主干扰主干扰串级控制系统方块图串级控制系统方块图主对象主对象主控主控制器制器+副干扰副干扰主测量、变送主测量、变送副测量、变送副测量、变送副变量副变量副回路副回路主回路主回路常用的名词常用的名词主变量主变量(binling(binling) )副变量副变量(binling(binling) )主对象主对象副对象副对象主控制器主控制器副控制器副控制器主回路主回路 副回路副回路第2页/共37页第三页，共37页。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。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；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，并对于主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于(duy)(duy)副回路没副回路没有完全克有完全克 服掉的干扰影响能彻底加以克服。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。分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。 干扰作用于副对象干扰作用于副对象由于副回路控制通道短，时间常数由于副回路控制通道短，时间常数(sh jin chn sh)(sh jin chn sh)小，所以当干扰进小，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力变化对塔釜温度的影响 干扰作用于主对象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。 第3页/共37页第四页，共37页。(1) (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。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。统。(2) (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。规定的给定值。(3) (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特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用(zuyng)(zuyng)，从而有效地克服，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。滞后，提高了控制质量。适用范围：当对象的滞后和时间常数适用范围：当对象的滞后和时间常数(sh jin chn sh)(sh jin chn sh)很大，干扰作用强而很大，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。制系统。 第4页/共37页第五页，共37页。主变量主变量(binling)(binling)的选择的选择与单回路控制时被控变量与单回路控制时被控变量(binling)(binling)的选择原则是一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作为控制系统的被控变量(binling)(binling)。 副变量的选择副变量的选择 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，以防发生发生“共振共振”。 当对象具有较大的纯滞后而影响控制当对象具有较大的纯滞后而影响控制(kngzh)(kngzh)质量时，在质量时，在选择副变量时应使副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。环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。 第5页/共37页第六页，共37页。 串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量。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(yuy)(yuy)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。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。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。般采用比例控制规律。第6页/共37页第七页，共37页。 选择副回路控制器的正反作用选择副回路控制器的正反作用与简单控制系统中控制器与简单控制系统中控制器“正正”、“反反”作用的选择方式相同，先判断副对象作用的选择方式相同，先判断副对象的正反作用，然后的正反作用，然后(rnhu)(rnhu)根据工艺安全等要求，选定执行器的根据工艺安全等要求，选定执行器的“正正”、“反反”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。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(dngzu)方向是一致的，主控制器应选“反”作用，反之，则应选“正”作用。物料进物料进 物料出物料出 冷却器流量温度串级控制系统冷却器流量温度串级控制系统 第7页/共37页第八页，共37页。 两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器(1) (1) 在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用的条件下，将主在工况稳定，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控制器的比例度先固定在100100的刻度上，然后逐渐减小副控制器的刻度上，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的比例度，求取副回路在满足某种衰减比( (如如4 4：1)1)过渡过程下的过渡过程下的副控制器比例度副控制器比例度2S2S和操作周期和操作周期2S2S。(2) (2) 在副控制器比例度等于在副控制器比例度等于2S2S，的条件下，逐步减小主控制器，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器的比例度1S1S。和操作周期。和操作周期1S 1S 。(3) (3) 根据上面得到的根据上面得到的1S1S、1S1S、2S2S、2S2S按表按表7-2(7-2(或表或表7-3)7-3)的规定关系的规定关系(gun x)(gun x)计算主、副控制器的比例度、积分时间计算主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。和微分时间。(4) (4) 按按“先副后主先副后主”、“先比例次积分后微分先比例次积分后微分”的整定方法，将的整定方法，将计算出的控制器参数加到控制器上。计算出的控制器参数加到控制器上。(5)(5)观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。第8页/共37页第九页，共37页。一步整定法：即根据经验先将副控制器一次放好，不再变动一步整定法：即根据经验先将副控制器一次放好，不再变动(bindng)(bindng)，然后按，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。一般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。 采用一步采用一步(y b)(y b)整定法副控制器参数选择范围整定法副控制器参数选择范围副变量类型副变量类型副控制器比例度副控制器比例度2副控制器比例放大倍数副控制器比例放大倍数KP2温度温度20605.01.7压力压力30703.01.4流量流量40802.51.25液位液位20805.01.25一步整定法的整定步骤如下。一步整定法的整定步骤如下。(1)(1)在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照上表所列的数据，在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照上表所列的数据， 将副控制将副控制(kngzh)(kngzh)器比例度调到某一适当的数值。器比例度调到某一适当的数值。(2)(2)利用简单控制利用简单控制(kngzh)(kngzh)系中任一种参数整定方法整定主控制系中任一种参数整定方法整定主控制(kngzh)(kngzh)器的参数器的参数。(3)(3)如果出现如果出现“共振共振”现象，可加大主控制现象，可加大主控制(kngzh)(kngzh)器或减小副控制器或减小副控制(kngzh)(kngzh)器的器的参数整定参数整定 值，一般即能消除。值，一般即能消除。第9页/共37页第十页，共37页。连续精馏的多塔分离过程连续精馏的多塔分离过程 对甲塔来说，塔釜液位是一个重要的工艺参数，必须保持在一定范围之内，为此配备了液位控制系统；对甲塔来说，塔釜液位是一个重要的工艺参数，必须保持在一定范围之内，为此配备了液位控制系统； 对乙塔来说，从自身平稳操作的要求出发，希望进料量稳定，所以对乙塔来说，从自身平稳操作的要求出发，希望进料量稳定，所以(suy)(suy)设置了流量控制系统；设置了流量控制系统； 这样，甲、乙两塔间的供求关系就出现了矛盾。这样，甲、乙两塔间的供求关系就出现了矛盾。 为解决这一前后工序供求矛盾，希望设计一种控制系统使液位与流量同时平稳；同时为解决这一前后工序供求矛盾，希望设计一种控制系统使液位与流量同时平稳；同时“均匀均匀”地变化。地变化。一、均匀控制系统一、均匀控制系统第10页/共37页第十一页，共37页。1、表征前后供求矛盾的两个变量在控制过程中都应该是缓慢、表征前后供求矛盾的两个变量在控制过程中都应该是缓慢(hunmn)变化的。变化的。 2、前后、前后(qinhu)互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。 1液位变化曲线液位变化曲线 2流量变化曲线流量变化曲线第11页/共37页第十二页，共37页。不同于常规的定值控制系统，而对被控变量不同于常规的定值控制系统，而对被控变量(CV)(CV)与控制变量与控制变量(MV)(MV)都有平稳的要求；都有平稳的要求；为解决为解决CVCV与与MVMV都希望都希望(xwng)(xwng)平稳这一对矛盾，只能要求平稳这一对矛盾，只能要求CVCV与与MVMV都渐变。均匀控制通常要求在最大干扰下，都渐变。均匀控制通常要求在最大干扰下，CVCV在上下限内波动在上下限内波动，而，而MVMV应在一定范围内平缓渐变。应在一定范围内平缓渐变。均匀控制指的是控制功能，而不是控制方案。因为就系统的结构均匀控制指的是控制功能，而不是控制方案。因为就系统的结构来看，有时象简单控制系统，有时象串级控制系统。所以要识别来看，有时象简单控制系统，有时象串级控制系统。所以要识别控制方案是否起均匀控制作用，应从控制的目的进行确定。控制方案是否起均匀控制作用，应从控制的目的进行确定。 第12页/共37页第十三页，共37页。LC塔甲塔乙单回路均匀控制系统LCh(t)qo(t)塔甲FC塔乙串级均匀控制系统第13页/共37页第十四页，共37页。通过控制器参数的设置，而不是改变控制系统的结构，来实现前后两个通过控制器参数的设置，而不是改变控制系统的结构，来实现前后两个变量间的相互协调的。变量间的相互协调的。参数整定的目的不是使变量尽快地回到给定值，而是要求变量在允许的参数整定的目的不是使变量尽快地回到给定值，而是要求变量在允许的范围内作缓慢的变化。范围内作缓慢的变化。控制器参数一般都采用纯比例作用，且控制器比例度放的很大，以使输控制器参数一般都采用纯比例作用，且控制器比例度放的很大，以使输出出(shch)(shch)变化缓慢，只是在要求较高时，为了防止偏差超过允许变化缓慢，只是在要求较高时，为了防止偏差超过允许范围，才引入适当的积分作用。范围，才引入适当的积分作用。 第14页/共37页第十五页，共37页。比值控制的目的是为了实现几种物料按一定比例混合，使生产能比值控制的目的是为了实现几种物料按一定比例混合，使生产能安全、正常的进行。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系安全、正常的进行。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系(gun x)(gun x)的控制系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控的控制系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控制。制。 在需要保持比值关系在需要保持比值关系(gun x)(gun x)的两种物料中，必有一种物料处的两种物料中，必有一种物料处于主导地位，成为主物料、主动量、主流量，用于主导地位，成为主物料、主动量、主流量，用Q1Q1表示；而另一表示；而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料、从动量、副流量，用称为从物料、从动量、副流量，用Q2Q2表示；表示；副流量副流量Q2Q2与主流量与主流量Q1Q1的比值关系的比值关系(gun x)(gun x)为为 Q2 Q2KQ1KQ1 式中式中K K为副流量与主流量的流量比值系数。为副流量与主流量的流量比值系数。 第15页/共37页第十六页，共37页。控制器控制器执行器执行器对象对象测量、变送测量、变送给定给定Q2Q1开环比值控制系统方块图开环比值控制系统方块图 主、副流量均开环；主、副流量均开环；由于系统开环，该方案对副流量由于系统开环，该方案对副流量Q2Q2无克服干扰的能力无克服干扰的能力(nngl)(nngl)，只，只适用于副流量较平稳且比值要求不高的场合。适用于副流量较平稳且比值要求不高的场合。第16页/共37页第十七页，共37页。控制器控制器F2C执行器执行器对象对象副测量、变送副测量、变送控制器控制器F1C给定给定主测量、变送主测量、变送Q1Q2单闭环比值控制系统方块图单闭环比值控制系统方块图 副流量闭环控制副流量闭环控制主流量开环控制主流量开环控制适用于主物料适用于主物料(w lio)(w lio)在在工艺上不允许进行控制的场合工艺上不允许进行控制的场合 第17页/共37页第十八页，共37页。给定给定K对象对象主流量控制器主流量控制器执行器执行器主测量、变送主测量、变送对象对象副流量控制器副流量控制器执行器执行器副测量、变送副测量、变送Q1Q2双闭环比值控制系统方块图双闭环比值控制系统方块图 主、副流量主、副流量(liling)(liling)均闭环控制；均闭环控制；该系统既实现了比较精确的流量该系统既实现了比较精确的流量(liling)(liling)比值控制，又确保了两物料总比值控制，又确保了两物料总量的基本不变量的基本不变主要适用于主流量主要适用于主流量(liling)(liling)干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或工艺工艺 上经常需要提降负荷的场合。上经常需要提降负荷的场合。第18页/共37页第十九页，共37页。Q2Q1喷射喷射泵泵 触媒层触媒层 变换炉变换炉 蒸汽蒸汽 煤气煤气 要求主、副流量要求主、副流量(liling)(liling)的的比值能跟随第三变量的需要而加比值能跟随第三变量的需要而加以调整；以调整；存在问题：存在问题：Q2Q2回路存在非线性，回路存在非线性，Q1Q1流量流量(liling)(liling)减少时，回减少时，回路增益增大，有可能使系统不稳路增益增大，有可能使系统不稳定，并可能出现定，并可能出现“除零除零”运算。运算。比值控制器比值控制器执行器执行器副流量对副流量对象象Q2测量、变送测量、变送温度控制器温度控制器给定给定主测量、变送主测量、变送Q1测量、变送测量、变送除法器除法器主对象主对象（变换炉）（变换炉）Q1Q2变比值控制系统方块图变比值控制系统方块图K=Q2/Q1 第19页/共37页第二十页，共37页。给定给定对象对象控制器控制器控制阀控制阀A控制阀控制阀B测量、变送测量、变送分程控制系统方块图分程控制系统方块图 分程控制系统中，一台控制器的输出可以分程控制系统中，一台控制器的输出可以(ky)(ky)同时控制两台甚至两台以上的控制阀；同时控制两台甚至两台以上的控制阀； 分程控制系统中控制器按输出信号的不同区间去控制不同的阀门；分程控制系统中控制器按输出信号的不同区间去控制不同的阀门； 分段一般是由附设在控制阀上的阀门定位器来实现。分段一般是由附设在控制阀上的阀门定位器来实现。 第20页/共37页第二十一页，共37页。A阀阀A阀阀A阀阀A阀阀B阀阀B阀阀B阀阀B阀阀两阀同向动作两阀同向动作两阀异向动作两阀异向动作(a)(a)(b)(b)阀门开度阀门开度100阀门开度阀门开度100阀门开度阀门开度100阀门开度阀门开度100阀压阀压kPa阀压阀压kPa阀压阀压kPa阀压阀压kPa第21页/共37页第二十二页，共37页。4Mpa中压蒸汽中压蒸汽给水给水10Mpa中压蒸汽中压蒸汽汽包汽包蒸汽减压系统分程控制系统蒸汽减压系统分程控制系统控制阀的可调比控制阀的可调比 R RQ Qmaxmax/Q/Qminmin由于口径固定，采用由于口径固定，采用(ciyng)同一个控制阀，能够控制的最大流量和最小流量不可能相差太大，满足不了生产上流量大范围变化的要求，在这种情况下可采用同一个控制阀，能够控制的最大流量和最小流量不可能相差太大，满足不了生产上流量大范围变化的要求，在这种情况下可采用(ciyng)两个控制阀并联的分程控制方案。两个控制阀并联的分程控制方案。A阀阀B阀阀A阀小口径阀小口径 B阀大口径阀大口径第22页/共37页第二十三页，共37页。蒸汽蒸汽反应器分程控制系统反应器分程控制系统冷水冷水C回回水水A阀阀B阀阀A阀气关，阀气关，B阀气开，阀气开，TCTC反作用反作用对于间歇式化学反应器，既要考虑反应前的加热问题，又需要对于间歇式化学反应器，既要考虑反应前的加热问题，又需要(xyo)考虑过程中移走热量的问题考虑过程中移走热量的问题为此可采用分程控制系统，在该系统中，利用为此可采用分程控制系统，在该系统中，利用A、B两台控制阀，分别控制冷水与蒸汽两种不同介质，以满足工艺上需要两台控制阀，分别控制冷水与蒸汽两种不同介质，以满足工艺上需要(xyo)冷却和加热的不同需要冷却和加热的不同需要(xyo)工作原理：工作原理：反应前升温阶段反应前升温阶段温度测量值小于给定值，控制器温度测量值小于给定值，控制器TCTC输出输出(shch)(shch)较大，较大， A A阀将关闭，阀将关闭，B B阀被打开，蒸汽通入加热反应物；阀被打开，蒸汽通入加热反应物；反应物开始放热反应物开始放热控制器输出控制器输出(shch)(shch)逐渐减小，逐渐减小，A A阀将打开，阀将打开，B B阀关闭，冷水通入冷却反应物，维持反应温度不变；阀关闭，冷水通入冷却反应物，维持反应温度不变；第23页/共37页第二十四页，共37页。“反反”储罐氮封分程控制方案储罐氮封分程控制方案A阀阀B阀阀阀门开度阀门开度100阀压阀压kPa化工厂的贮油罐需要进行氮封，以使油品与空气隔绝。化工厂的贮油罐需要进行氮封，以使油品与空气隔绝。一个问题一个问题(wnt)(wnt)就是贮罐中物料量的增减会导致氮封压力的变化。为了维持罐压平衡，需要在物料被抽取时加氮补压，而在物料进料时排气减压。就是贮罐中物料量的增减会导致氮封压力的变化。为了维持罐压平衡，需要在物料被抽取时加氮补压，而在物料进料时排气减压。贮压升高时，测量值将大于给定值，压力控制器贮压升高时，测量值将大于给定值，压力控制器PCPC的输出将下降，的输出将下降，A A阀关闭，阀关闭，B B阀打开，排气减压阀打开，排气减压贮压降低时，测量值小于给定值时，控制器输出将变大，贮压降低时，测量值小于给定值时，控制器输出将变大， A A阀打开，阀打开，B B阀关闭，补氮增压。阀关闭，补氮增压。A阀气关，阀气关，B阀气开，阀气开，PCPC反作用反作用第24页/共37页第二十五页，共37页。(1)(1)控制阀流量特性要正确选择。因为在两阀分程点上，控制阀的放大倍数可能出现突变，表现在特性曲线上产生斜率突变的折点，这在大小控制阀并联时尤其重要。如果两控制阀均为线性特性，情况更严重。如果采用对数特性控制阀，分程信号重叠一小段，则情况会有所改善。控制阀流量特性要正确选择。因为在两阀分程点上，控制阀的放大倍数可能出现突变，表现在特性曲线上产生斜率突变的折点，这在大小控制阀并联时尤其重要。如果两控制阀均为线性特性，情况更严重。如果采用对数特性控制阀，分程信号重叠一小段，则情况会有所改善。(2)(2)大小阀并联时，大阀的泄漏量不可忽视，否则就不能充分发挥扩大可调范围的作用。当大阀的泄漏量较大时，系统的最小流通能力就不再是小阀的最小流通能力了。大小阀并联时，大阀的泄漏量不可忽视，否则就不能充分发挥扩大可调范围的作用。当大阀的泄漏量较大时，系统的最小流通能力就不再是小阀的最小流通能力了。(3)(3)分程控制系统本质上是简单控制系统，因此控制器的选择和参数整定，可参照简单控制系统处理。不过在运行中，如果两个控制通道特性不同，就是说广义对象特性是两个，控制器参数不能同时满足两个不同对象特性的要求。遇此情况，只好分程控制系统本质上是简单控制系统，因此控制器的选择和参数整定，可参照简单控制系统处理。不过在运行中，如果两个控制通道特性不同，就是说广义对象特性是两个，控制器参数不能同时满足两个不同对象特性的要求。遇此情况，只好(zhho)(zhho)照顾正常情况下的被控对象特性，按正常情况下整定控制器的参数。对另一台阀的操作要求，只要能在工艺允许的范围内即可。照顾正常情况下的被控对象特性，按正常情况下整定控制器的参数。对另一台阀的操作要求，只要能在工艺允许的范围内即可。第25页/共37页第二十六页，共37页。测量、变送测量、变送设定值设定值控制器控制器执行器执行器干扰干扰对象对象干扰干扰对象对象测量、变送测量、变送执行器执行器控制器控制器反馈控制系统反馈控制系统前馈控制系统前馈控制系统反馈控制方案反馈控制方案TC蒸汽凝液工艺介质cp, RF , T1T2HV, RV蒸汽凝液工艺介质cp, RF , T1T2HV, RVFFRF前馈控制方案前馈控制方案第26页/共37页第二十七页，共37页。D1Dn前馈控制器对象uyD1D1，DnDn为可测扰动；为可测扰动；u u，y y分别为被控对象分别为被控对象(duxing)(duxing)的操作变量与受控变量。的操作变量与受控变量。前馈思想：在扰动前馈思想：在扰动(rodng)还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动(rodng)的影响。的影响。GYD (s)d(t)GFF (s)GYC (s)y(t)u(t)控制目标：控制目标：0)()()()()(sGsGsGsDsYYCFFYDd d ( (t t) )、u u ( (t t) )、y y ( (t t) ) 分别分别表示工艺介质流量（外部干扰）、蒸汽流量（控制变量）与工艺介质的出口温度（被控变量）；表示工艺介质流量（外部干扰）、蒸汽流量（控制变量）与工艺介质的出口温度（被控变量）；G GFFFF( (s s) )为前馈控制器的动态特性；为前馈控制器的动态特性；G GYDYD( (s s) )、G GYCYC( (s s) )分别为干扰通道与控制通道的的动态特性。分别为干扰通道与控制通道的的动态特性。第27页/共37页第二十八页，共37页。 前馈控制比反馈控制及时，并且不受系统滞后大小的限制。前馈控制比反馈控制及时，并且不受系统滞后大小的限制。 前馈控制属于开环控制前馈控制属于开环控制 前馈控制规律与对象前馈控制规律与对象(duxing)(duxing)特性密切相关特性密切相关 一种前馈作用只能克服一种干扰一种前馈作用只能克服一种干扰 第28页/共37页第二十九页，共37页。蒸汽蒸汽Q2冷物料冷物料Q1T1T2给定值给定值换热器换热器静态前馈控制方案静态前馈控制方案根据热量平衡原理根据热量平衡原理(yunl)，近似的平衡关系是蒸汽冷凝放出的热量等于进料流体获得的热量。，近似的平衡关系是蒸汽冷凝放出的热量等于进料流体获得的热量。 2121pQ LQ cTT式中式中 蒸汽冷凝热；蒸汽冷凝热； 被加热物料的比热容；被加热物料的比热容； 进料流量；进料流量； 蒸汽流量。蒸汽流量。 Lpc1Q2Q21211pfcTTQQKQL当进料流量当进料流量Q1Q1变化变化(binhu)(binhu)后，为使出口温度为后，为使出口温度为T2T2保持不变，应增加的蒸汽量为保持不变，应增加的蒸汽量为: :第29页/共37页第三十页，共37页。蒸汽蒸汽Q2冷物料冷物料Q1T1T2给定值给定值换热器换热器动态前馈控制方案动态前馈控制方案补偿器补偿器在静态前馈控制的基础在静态前馈控制的基础(jch)上，加上延迟环节或微分环节，以达到对干扰作用的近似补偿。上，加上延迟环节或微分环节，以达到对干扰作用的近似补偿。 相对于干扰通道相对于干扰通道(tngdo)而言，控制通道而言，控制通道(tngdo)反应快的给它加强延迟作用，反应慢的给它加强微分作用。根据两通道反应快的给它加强延迟作用，反应慢的给它加强微分作用。根据两通道(tngdo)的特性适当调整、的数值，使两通道的特性适当调整、的数值，使两通道(tngdo)反应合拍便可以实现动态补偿，消除动态偏差。反应合拍便可以实现动态补偿，消除动态偏差。第30页/共37页第三十一页，共37页。给定给定前馈反馈控制系统方块图前馈反馈控制系统方块图反馈控制器反馈控制器执行器执行器对象对象测量、变送测量、变送前馈控制器前馈控制器测量、变送测量、变送干扰干扰蒸汽蒸汽进料进料出料出料换热器前馈反馈控制系统换热器前馈反馈控制系统用用“前馈前馈”来克服来克服(kf)主要干扰，再用主要干扰，再用“反馈反馈”来克服来克服(kf)其他干扰其他干扰第31页/共37页第三十二页，共37页。 干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制(kngzh)(kngzh)达不到要求的对象。达不到要求的对象。 主要干扰是可测而不可控的变量。所谓可测，是指干扰量可以用检测变送装置将其在线转化为标准的电信号。所谓不可控，主要是指这些干扰难以通过设置单独的控制主要干扰是可测而不可控的变量。所谓可测，是指干扰量可以用检测变送装置将其在线转化为标准的电信号。所谓不可控，主要是指这些干扰难以通过设置单独的控制(kngzh)(kngzh)系统进行控制系统进行控制(kngzh)(kngzh)，这类干扰在连续生产过程中是经常遇到的，其中也包括一些虽能控制，这类干扰在连续生产过程中是经常遇到的，其中也包括一些虽能控制(kngzh)(kngzh)但生产上不允许控制但生产上不允许控制(kngzh)(kngzh)的变量，例负荷量等。的变量，例负荷量等。 当对象的控制当对象的控制(kngzh)(kngzh)通道滞后大，反馈控制通道滞后大，反馈控制(kngzh)(kngzh)不及时，控制不及时，控制(kngzh)(kngzh)质量差时，可采用前馈或前馈质量差时，可采用前馈或前馈反馈控制反馈控制(kngzh)(kngzh)系统，提高控制系统，提高控制(kngzh)(kngzh)质量。质量。第32页/共37页第三十三页，共37页。 单冲量控制系统单冲量控制系统给水给水汽包汽包蒸汽蒸汽虚假水位造成的错误虚假水位造成的错误(cuw)(cuw)信号将带来一定的危险，为了克服这种由于信号将带来一定的危险，为了克服这种由于“虚假液位虚假液位”而引起的控制系统的误动作，引入了双冲量控制系统。而引起的控制系统的误动作，引入了双冲量控制系统。在锅炉的正常运行中，汽包水位是重要的操作指标，给水控制系统的作用在锅炉的正常运行中，汽包水位是重要的操作指标，给水控制系统的作用(zuyng)(zuyng)就是自动控制锅炉的给水量，使其适应蒸发量的变化，维持汽包水位在允许的范围内。就是自动控制锅炉的给水量，使其适应蒸发量的变化，维持汽包水位在允许的范围内。 左图控制系统属于简单的单回路控制系统，根据汽包液位的信号来控制给水量左图控制系统属于简单的单回路控制系统，根据汽包液位的信号来控制给水量 被控变量被控变量汽包水位汽包水位 控制变量控制变量给水量给水量存在问题：不能适应蒸汽负荷的剧烈变化。即当蒸汽负荷突然增加，汽包内蒸汽压力瞬间下降，汽包内沸腾加剧，随着汽泡的迅速增多，汽包水位显示偏高，形成了虚假水位上升现象，称为存在问题：不能适应蒸汽负荷的剧烈变化。即当蒸汽负荷突然增加，汽包内蒸汽压力瞬间下降，汽包内沸腾加剧，随着汽泡的迅速增多，汽包水位显示偏高，形成了虚假水位上升现象，称为“虚假液位虚假液位”。第33页/共37页第三十四页，共37页。双冲量控制系统双冲量控制系统汽包汽包蒸汽蒸汽给水给水给定给定双冲量控制系统方块图双冲量控制系统方块图液位控制器液位控制器执行器执行器汽包对象汽包对象测量、变送测量、变送测量、变送测量、变送干扰干扰 双冲量是指液位信号和蒸汽流量信号。双冲量是指液位信号和蒸汽流量信号。 实际上是一个前馈实际上是一个前馈- -反馈控制系统。当蒸汽负荷的变化引起液位大幅度波动时，蒸汽流量信号的引入起着超前的控制作用反馈控制系统。当蒸汽负荷的变化引起液位大幅度波动时，蒸汽流量信号的引入起着超前的控制作用( (即前馈作用即前馈作用) )，它可以在液位还未出现波动时提前使控制阀动作，它可以在液位还未出现波动时提前使控制阀动作(dngzu)(dngzu)，从而减少因蒸汽负荷量的变化而引起的液位波动，从而改善控制品质。，从而减少因蒸汽负荷量的变化而引起的液位波动，从而改善控制品质。第34页/共37页第三十五页，共37页。给定给定三冲量控制系统方块图三冲量控制系统方块图液位控制器液位控制器执行器执行器测量、变送测量、变送测量、变送测量、变送汽包对象汽包对象蒸汽流量蒸汽流量流量控制器流量控制器测量、变送测量、变送流量对象流量对象第35页/共37页第三十六页，共37页。影响锅炉汽包液位的因素还包括供水压力的变化。当供水压力变化时，会引起供水流量变化，进而引起汽包液位的变化。双冲量控制系统对这种干扰的克服影响锅炉汽包液位的因素还包括供水压力的变化。当供水压力变化时，会引起供水流量变化，进而引起汽包液位的变化。双冲量控制系统对这种干扰的克服(kf)(kf)是比较迟缓的。它要等到汽包液位变化以后再由液位控制器来调整，使进水阀开大或关小。所以，当供水压力扰动比较频繁时，双冲量液位控制系统的控制质量较差，这时可采用三冲量液位控制系统。是比较迟缓的。它要等到汽包液位变化以后再由液位控制器来调整，使进水阀开大或关小。所以，当供水压力扰动比较频繁时，双冲量液位控制系统的控制质量较差，这时可采用三冲量液位控制系统。 实际上是一个前馈实际上是一个前馈串级控制系统。串级控制系统。 汽包液位是被控变量，也是串级控制系统中的主变量，是工艺的主要控制指标；汽包液位是被控变量，也是串级控制系统中的主变量，是工艺的主要控制指标； 给水流量是串级控制系统中的副变量，引入这一变量的目的是为了利用副回路克服干扰的快速性来及时克服给水压力给水流量是串级控制系统中的副变量，引入这一变量的目的是为了利用副回路克服干扰的快速性来及时克服给水压力(yl)(yl)变化对汽包液位的影响；变化对汽包液位的影响； 蒸汽流量是作为前馈信号引入的，其目的是为了及时克服蒸汽负荷变化对汽包液位的影响。蒸汽流量是作为前馈信号引入的，其目的是为了及时克服蒸汽负荷变化对汽包液位的影响。第36页/共37页第三十七页，共37页。