液位均匀控制

1、液位均匀系统液位均匀系统戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所2004/03/21上一讲内容回顾n介绍了串级控制系统的概念与特点；n结合控制原理，具体分析了串级系统的抗干扰性能；n讨论了串级控制系统的设计原则；n详细介绍了串级控制系统的参数整定过程.问题讨论n串级控制的概念，说明与单回路控制的区别。n以左图的反应器为例，说明引入串级控制的意义。n为什么引入串级控制可显著减少内回路的干扰，并显著提高控制系统鲁棒性？n如何选择主副控制器的控制规律，如何整定PID参数？出料进料冷却剂TC2TC1T2T1串级PID系统的积分饱和问题FCTC进料出料燃料油情况情况1：流量副回路出现“积分饱和”，可采用单回路

2、抗积分饱和方法；情况情况2：当主副控制器均采用单回路抗积分饱和方法时，可能出现限位参数不一致的情形，同样存在发生“积分饱和”的可能性。单回路系统的防积分饱和d(t)广义对象ym(t)ysp(t)ve(s)11sTIu111sATsTKDDDCPID 控制器方法方法：正常情况为标准的PD+PI控制算法；而当出现超限时，通过限制积分作用达到切除积分作用的目的。单回路防积分饱和方法在串级控制系统中的局限性串级PID控制系统（只采取单回路抗积分饱和措施）(参见模型/CascadePID/CascadePidwithLimit.mdl)串级系统积分饱和现象仿真串级系统产生积分饱和的原因分析？串级控制系统

3、主调节器防积分饱和连接法y1sp(t)uKCe(t)11sTAsTDDD11sTI串级系统主控制器防积分饱和连接方法ym2(t)ym1(t)串级控制系统的防积分饱和Gm2r1r2y2ym2y1ym1Gm1Gc1Gc2Gp2D2D1Gp1e2ve1串级系统的防积分饱和方法举例串级PID控制系统（采取抗积分饱和措施）(参见模型/CascadePID/CasPidwithAntiSatur.mdl)串级系统防积分饱和措施举例工业PID控制器常用结构功能: 控制输出跟踪, 防积分饱和, 输出限幅, 正反作用选择,测量值滤波,设定值变化率限幅等.均匀控制内容n均匀控制的概念与特点；n常见的均匀控制系统；

4、n均匀控制系统的应用场合；n仿真举例；n结论均匀控制问题LCh(t)qo(t)qi(t)塔甲塔乙 当塔甲的进料量变化时，希望塔甲的液位h(t)与出料 qo(t)同时平稳，以确保后续设备进料波动的减少。 这完全不同于单纯的液位控制系统（那里只关心液位的平稳，而不关注控制变量的变化情况），而要求液位与出料同时“均匀均匀”地变化。均匀控制系统的特点n不同于常规的定值控制系统，而对被控变量(CV)与控制变量(MV)都有平稳的要求；n为解决CV与MV都希望平稳这一对矛盾，只能要求CV与MV都渐变。均匀控制通常要求在最大干扰下，液位在贮罐的上下限内波动，而流量应在一定范围内平缓渐变。n均匀控制指的是控制功

5、能控制功能，而不是控制方案。常用的均匀控制方案LC塔甲塔乙LCh(t)qo(t)塔甲FC塔乙单回路均匀控制系统串级均匀控制系统讨论：讨论：两种方案有何不同？均匀控制系统的分析LCH(t)Qo(t)精馏塔FCQi(t)A假设流量回路调节迅速，对液位对象而言其动态滞后可忽略；并不考虑液位测量滞后。则广义对象特性可表示成)()()(tQtQdttdHAoiA为塔底截面积均匀控制系统的分析(续) 假设液位测量范围为Hmax，进出流量的测量范围均为Qmax，则广义对象特性可表示成maxmax),()()(QAHTtqtqdttdhThoih其中h(t)、 qi(t)、 qo(t)分别为液位与进出流量的归

6、一化值。均匀控制系统的分析(续)Gcqi(s)sTh1qo(s)H(s)Hsp(s)对于纯比例控制器Gc = Kc，可得到的闭环特性为：,111)()(sKTKKsTsQsHchcchi,11)()(sKTKsTKsQsQchchcio纯比例均匀控制系统的特点n可实现进出物料的自动平衡；n当物料的平均停留时间Th一定时，控制器增益Kc的减少可使出料更加平缓，但使液位的波动范围与余差同时增大；n为减少液位的调节余差，主控制器需要引入少量的积分作用。均匀控制系统的PID参数整定n对于串级均匀控制系统的副调节器，应选择PI规律，按单回路工程整定法确定其PI参数。n对于主调节器，一般应选择纯比例规律，即积分时间足够大。通过调整增益Kc以使出料尽可能地平缓，而同时确保液位不超出允许范围。有时为减少液位的调节余差，可引入少量的积分作用。n当液位测量噪声较大时，为避免出料流量的同频率波动，可对液位测量信号进行低通滤波。均匀控制仿真举例LCH(t)Qo(t)精馏塔FCQi(t)A假设流量回路调节迅速，对液位对象而言其动态滞后可忽略；并不考虑液位测量滞后。则广义对象特性可表示成)()()(tQtQdttdHAoiA为塔底截面积均匀控制SimuLink仿真模型分析均匀控制与液位控制的控制目标与控制参数的不同 (参见模型/EqualContr