过程控制5.ppt

实现两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例关系的控制系统 称为比值控制系统 配料关系中 占主导地位的物料为主要物料 主动量 主流量 按照主动量进行配比的物料为从动物料 从动量 副流量 比值控制系统实质上是随动系统 5比值控制系统 Q1是主流量 Q2是副流量 在稳态下 两种物料流量关系满足Q2 K Q1的要求 系统简单 仅需一台比值器就可以实现 适用于从动物料平稳 扰动小的场合 无法克服从动物料的干扰 常见比值控制 开环比值控制系统 闭环系统的任务是尽快 精确地跟随主流量参数动作 一般采用比例积分控制 能克服副流量本身的干扰对比值的影响 结构形式比较简单 应用广泛 主流量不受控制 主流量可以任意变化 虽然两物料比值一定 但总的物料流量是不固定 不能保证动态比值恒定 常见比值控制 单闭环比值控制系统 主 副流量参数控制都组成闭合系统 能克服干扰对主流量的影响 确保两物料总量基本不变 常见比值控制 双闭环比值控制系统 按照某种工艺指标自动修正比值系数 实际上是以某种工艺参数为主变量 以两物料流量比值为副变量的串级控制系统 也称串级比值控制系统 流量比值只是控制手段 最终目的是保证产品质量指标 常见比值控制 变比值控制系统 主流量Q1的测量值乘以某一系数K作为副流量Q2控制器的设定值 Q2 K Q1 比值控制实施方案 相乘方案 将主流量Q1和副流量Q2的测量值相除 其商代表两个信号的比值系数 Q2 Q1 K 作为比值控制器的测量值 可直接进行比值指示和比值越限报警等 较直观 并且比值可直接由控制器进行设定 操作方便 比值控制实施方案 相除方案 以DDZ 型仪表为例 仪表的比值设定系数 Q1 Q2分别为主 副流量 Q1max Q2max分别为主 副流量变送器的量程 比值系数的计算 流量与其测量信号间为线性关系时 使用节流装置测量出来的信号与流量之间成平方根关系 即 比值系数的计算 流量与其测量信号间为非线性关系时 比值系数的大小与工艺流量比值的值有关 也与变送器的量程有关 线性测量与非线性测量 平方根关系 情况下比值系数间的关系为 双闭环比值控制系统的主流量回路为一定值系统 可按单回路定值控制系统进行整定 变比值按串级控制系统进行整定 单闭环比值控制系统 双闭环的副流量回路 变比值回路均为随动控制系统 对于随动系统的要求是希望副流量能快速 正确地跟随主流量的变化 一般希望随动控制为10 1振荡或不振荡 系统整定 反馈控制 根据偏差进行调节 采用闭环控制方式 可以克服多个扰动的影响 适应性强 控制器的控制规律通常是PID等控制规律 调节不及时 控制换热器出口温度反馈控制 6前馈控制系统 前馈控制 根据扰动进行调节 采用开环控制方式 只能克服单一扰动的影响 控制器的控制规律是前馈控制规律 控制换热器出口温度的前馈控制 控制系统的被控变量与扰动量完全无关 或在一定准确度下无关 不变性原理 绝对不变性 指系统在扰动量f t 的作用下 被控变量y t 在整个过渡过程中始终保持不变 即控制过程的动态和静态偏差均等于零 误差不变性 指系统在扰动量f t 的作用下 被控变量y t 在整个过渡过程中的偏差小于一个误差 稳态不变性 指系统在扰动量f t 作用下 稳态时被控变量y t 的偏差为零 即系统在稳态工况下被控变量与扰动量无关 前馈控制 前馈控制的理论基础是不变性原理或称扰动补偿原理 基于不变性原理组成的自动控制系统称为前馈控制系统 实质上是一种按照扰动进行补偿的开环系统 前馈控制能及时克服特定扰动的影响 如果设计合适的控制规律 可大大削弱扰动对被控变量的影响 如果扰动不可测量就不能采用前馈控制 如果前馈参数不合适反会扩大扰动的影响 前馈控制规律 根据不变性原理的绝对不变性 扰动F s 变化对被控变量无影响 即 前馈控制器的控制算式 静态前馈补偿 静态前馈的目标为稳态不变性 即只在稳态下实现对扰动的补偿 而不考虑补偿过程中的动态偏差大小 静态前馈控制算式 KFF可以用实验的方法测量取得 也可以通过列写对象的有关静态方程来确定 静态前馈控制不包含时间因子 实施简便 当控制通道和扰动通道的时间常数相差不大时 应用静态前馈控制可以获得很好的控制精度 前馈控制规律的实施 则前馈控制器的形式为 若控制通道和干扰通道的特性分别为 通常采用近似式 T0 TF时 补偿呈现超前特性 T0 TF时 补偿呈现滞后特性 T0 TF时 补偿呈现比例特性 前馈控制系统的使用原则 系统中存在可测不可控 变化频繁 幅值大的主要干扰 扰动量可测量但不可控或不宜控扰动变量应是主要扰动 扰动变化频繁 幅度变化较大 扰动变量对被控变量影响大 用常规的反馈控制较难实现所需控制要求 控制通道的滞后太大或干扰通道的时间常数太小 T0 Td在0 7 1 3之间时 适合采用静态前馈控制 T0 Td大于1 3时 适合采用动态前馈控制 当T0 Td小于0 7时 无需采用前馈控制 应遵循经济性原则 反馈 前馈 静态前馈 动态前馈 前馈 反馈系统的投运 先投反馈 后投前馈 前馈控制系统的投运和整定 前馈控制系统参数整定的内容 确定静态前馈增益调整超前滞后环节的时间常数 反馈回路和前馈控制分别整定 一般先反馈后前馈 整定时两者基本独立 整定反馈回路时 不考虑前馈部分 按反馈系统的原则进行 整定前馈控制器参数时 只考虑利用前馈来直接抵消干扰对被控量的影响 加热炉炉膛温度控制系统 主要扰动因素 燃料压力波动 负荷波动 燃料一般采用煤气或燃油 为了保证燃烧充分 需要根据燃料量控制助燃空气量 生产过程中 负荷也会经常波动 要求系统能在负荷波动时仍然保证空燃比的稳定 既不过氧燃烧 又不冒黑烟 7过程控制系统工程应用实例 燃烧控制 稳态下可保证空燃比的恒定 空气或煤气流量回路的动态过程无法保证空燃比的恒定 温度 流量串级控制系统实现方案 串级平行控制方式 负荷增加时 煤气先行增加 会造成煤气过量 空气不足从而冒黑烟的情况 负荷减小时 煤气先行减小 不会冒黑烟 温度 流量串级控制系统实现方案 燃料先行控制方式 负荷增加时 空气先行增加 不会冒黑烟 负荷减小时 空气先行减小 会造成煤气过量 空气不足从而冒黑烟的情况 温度 流量串级