《自动化仪表第八章》PPT课件

第八章复杂控制系统,第一节串级控制系统第二节均匀控制系统第三节比值控制系统第四节前馈控制系统第五节选择性控制系统第六节分程控制系统第七节多冲量控制系统,第一节串级控制系统,一、概述:,(1)采用直接控制方案优点：所有对温度的干扰都包括在控制回路之中。缺点：对燃油流量变化等干扰控制不及时，总滞后较大。,(2)采用间接控制方案：,优点：能及时而有效地克服来自燃料油压力方面的干扰。缺点：燃料油控制只起辅助作用；放弃炉出口温度控制将无法克服来自原料流量和温度、炉膛压力变化等方面的干扰。,(3)串级控制系统组成,方框图：,(4)常见名词术语:主、副变量，主、副控制器，主、副对象，主、副变送器，主、副回路，一、二次干扰。,二、串级控制系统的工作过程,1、干扰f来自燃料油流量2、干扰f来自原料油3、一、二次干扰f同时出现(1)使主、副变量同向变化(2)使主、副变量反向变化,原料油,分析可知：副控制器具有“先调、粗调”作用，主控制器具有“后调、细调”作用；两者配合，控制质量必高于单回路控制系统。,三串级控制系统的特点,1在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路2在串级控制系统中，有两个变量当对象T、很大，干扰作用强而频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了时，采用串级控制。,四、串级控制系统中副回路的确定,主副变量间应有一定的内在联系,(3)使副环尽可能包围更多的次要干扰(4)副变量的选择应考虑到主副对象时间常数的匹配,以防共振的发生.,(2)使系统的主要干扰被包围在副回路内,五主、副控制器控制规律及正反作用的选择,1、控制规律的选择1）主控制器通常选用比例积分控制规律2）副控制器一般采用比例控制规律2、正、反作用方式的选择副控制器按单回路方式选择主控制器按下式确定:主、副变量要求控制阀动作方向一致时，则主控制器为负，反之为正,例:工艺要求温度不能太低，否则容易结晶,副控制器：(控制器-)(控制阀)(对象)=“-”主控制器:主、副变量要求控制阀动作方向相反，则主控制器为正。,六、串级控制系统控制器参数的整定,1)两步整定法第一步，整定副控制器；第二步，整定主控制器。、在系统稳定允许条件下，主、副控制器均置于纯比例作用，主控制器的比例度置于100%，逐渐减少副控制器比例度，用4：1衰减曲线法，获取2s和T2s在副控制器的比例度等于2s时，用相同的方法，将主控制器的比例度由大到小逐渐调节，取得主控制器的1S和T1s根据上述求得的各参数，运用4：1衰减曲线法整定计算公式，计算主、副控制器的整定参数,2)一步整定法、设系统为纯比例运行的条件下，按照表所列的数据，将副控制器比例度调到某一适当的数值,利用简单控制系统中任一种参数整定方法整定主控制器的参数,8-2均匀控制系统,一概述1、问题的提出例如石油裂解气分离工艺,2、解决办法两塔之间增设缓冲器采用均匀控制系统,3、均匀控制的含义,是指前后供求矛盾的两个工艺参数在规定范围内能缓慢地、均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调的。,二、均匀控制系统的结构方案,与简单控制系统比较1）设计目的不同2）控制规律一般为P控制器3）参数整定方法不同,特点：简单均匀控制系统的最大优点是结构简单、操作方便、成本低；但控制效果差。适用场合:适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较低的场合。,(一)、简单均匀控制,(二)、串级均匀控制,与一般串级控制系统比较1）设计目的不同2）主副控制规律一般为P控制器3）参数整定方法不同特点：串级均匀控制系统能克服控制阀前后压力较大的扰动，使主、副变量变化均匀缓慢平稳，控制质量较高。,第三节比值控制系统一、概述1、比值控制的含义凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。2、变量及关系主动量-起主导作用的物料流量；从动量-跟随主动量而变化的物料流量；比例系数:K=Q1/Q2,二、比值控制系统的类型,1.特点简单、成本低；只有当Q1变化时才起控制作用；Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。2.适用场合副流量没有干扰的情况。,(一)开环比值控制,(二)单闭环比值控制,1.工作过程稳定状态下主流量Q1变化时副变量Q2变化时2.特点优点：不但能实现流量的副变量跟主流量变化，而且能克服流量干扰等。能克服开环比值方案的不足缺点：主流量不受控。3.应用场合在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。,(三)双闭环比值控制,特点;能克服单闭环主流量不受控的不足。另一优点：升降负荷比较方便。适用场合:常用在主流量干扰频繁的，或工艺上经常需要升降负荷的场合。,(四)、变比值控制,第四节前馈控制系统,一、概述1.问题的提出2.前馈控制系统构成,3.前馈与反馈的比较,(1)前馈比反馈控制更及时有效反馈控制：检测的信号是被控变量前馈控制：检测的信号是干扰量(2)前馈控制属于开环控制系统(3)前馈控制使用的是视对象特性而设计的专用控制器(4)一种前馈作用只能克服一种干扰,二、前馈控制系统的结构形式,1.单纯的前馈控制系统1）静态前馈控制2）动态前馈控制,2.复合控制系统（前馈反馈控制系统）,三、前馈控制的应用场合干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要求的对象。主要干扰是可测而不可控的变量。当对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差，可采用前馈或前馈反馈控制系统，以提高控制质量。,第五节选择性控制系统,一、基本概念,生产保护性措施有两类：,生产的软保护措施通过一个特定设计的自动选择性控制系统，当生产短期内处于不正常情况时，既不使设备停车又起到对生产进行自动保护的目的。,一类是硬保护措施；,一类是软保护措施。,二、选择性控制系统的类型1.开关型选择性控制系统,2）连续型选择性控制系统,3.混合型选择性控制系统,三、积分饱和及其防止,1.积分饱和的产生及其危害性,产生积分饱和的条件,其一是控制器具有积分作用；其二是控制器处于开环工作状态，其输出没有被送往执行器；其三是控制器的输入偏差信号长期存在。,2.抗积分饱和措施,目前防止积分饱和的两种方法,（1）限幅法通过一些专门的技术措施对积分反馈信号加以限制，从而使控制器输出信号被限制在工作信号范围之内。（2）积分切除法当控制器处于开环工作状态时，就将控制器的积分作用切除掉，这样就不会使控制器输出一直增大到最大值或一直减小到最小值，就不会产生积分饱和问题了。,第六节分程控制系统,一、概念,二、分程控制的应用,1）用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质,2）用于控制两种不同的介质，以满足工艺的要求,3）用作生产安全的防护措施,第七节多冲量控制系统,单冲量液位控制系统,优点,结构简单、使用仪表少。,缺点,不能适应蒸汽负荷的剧烈变化。,易根据“假液位”引起控制系统的误动作。,双冲量液位控制系统,从结构上看，它实际上是一个前馈-反馈控制系统。,当供水压力扰动比较频繁时，该系统的控制质量较差。,三冲量液位控制系统,这实质上是前馈-串级控制系统。,结论,例一：加热炉的控制,一、加热炉的单回路控制方案,二、加热炉的串级控制方案,1、炉出口温度对炉膛温度的串级控制,2、炉出口温度对燃料油流量的串级控制,3、炉出口温度对燃料油阀后压力的串级控制,4.采用浮动阀的控制,5.前馈-反馈控制,催化裂化装置：,常压蒸馏装置：,三、安全连锁保护系统1.以燃料气为燃料的加热炉安全联锁保护系统,2.以燃料油为燃料的加热炉安全联锁保护系统,例二：锅炉设备的自动控制,一、组成及工艺过程,1、输入/输出量：为多输入多输出，且相互关联,2、整体控制方案：锅炉汽包水位的控制蒸汽过热系统的控制锅炉燃烧系统的控制辅助设备控制,二、锅炉汽包水位的控制控制目标：维持水位，保证安全运行汽包水位对象的干扰量分析：给水量的波动蒸汽负荷的变化燃料量的变化汽包压力变化,1.汽包水位过程特性（1）蒸汽负荷（干扰通道）的动态特性：,a、蒸汽量D，在燃烧量不变的情况下，由物料平衡，蒸汽量D给水量W,水位如H1b、由于D，瞬间导致压力下降，汽包内水沸腾加剧，汽包水位迅速增加，水位如H2c、实际情况为二者叠加，水位如H。,虚假水位：当蒸汽量加大时，一开始，水位不但不下降，反而迅速上升，然后再下降。（反之）,(1)分析：a.W,液位上升，如曲线H1b.W，从汽包水中吸取热量，使水位下降，汽包容积减小，如曲线H2c实际液位为二者叠加,(2）给水流量对水位的影响（控制通道）的动态特性,2、控制方案：单冲量液位控制系统,双冲量液位控制系统,三冲量液位控制系统,三、蒸汽过热系统的控制1、蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器,2、控制目标：保证过热器出口温度，使管壁温度在允许范围内。3、特点：控制通道的时间常数及纯滞后较大,4、控制方案：,方案一：串级控制系统,方案二：双冲量控制系统,四、锅炉燃烧系统的控制1、蒸汽压力、燃料量、空气,2、氧含量、空气量3、负压控制,小测验：1串级控制系统的副控制器具有作用，主控制器具有作用,两者配合，控制质量必高于单回路控制系统。2串级控制