第2章自动控制仪表

1、计量测试工程学院热工研究所计量测试工程学院热工研究所 第第2 2章章 自动控制仪表自动控制仪表计量测试工程学院计量测试工程学院2热工过程控制系统热工过程控制系统第一节 自动控制仪表2.1 控制仪表及其分类 控制仪表：也称控制器，是将被控变量测量值与给定值相比较后产生的偏差，进行一定的运算，并将运算结果以一定信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制的仪表。 控制仪表分类： 按控制仪表的结构形式：基地式控制仪表基地式控制仪表 基地式控制仪表是将测量、变送、显示及控制等功基地式控制仪表是将测量、变送、显示及控制等功能集于一身的一种控制仪表。它结构比较简单，常用能集于一身的一种控制仪表。它结构比

2、较简单，常用于于。计量测试工程学院计量测试工程学院3热工过程控制系统热工过程控制系统2自动控制仪表2.1 2.1 控制仪表及其分类控制仪表及其分类 控制仪表分类：控制仪表分类： 按控制仪表的结构形式：按控制仪表的结构形式：单元组合式仪表单元组合式仪表 单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和使用要求，单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和使用要求，分成若干独立作用的单元，各单元之间用统一的标准信分成若干独立作用的单元，各单元之间用统一的标准信号联系。使用时，针对不同的要求号联系。使用时，针对不同的要求, ,将各单元以不同的将各单元以不同的形式组合，可以组成各种各样的自动检测和控制系统。形式组合，可以

3、组成各种各样的自动检测和控制系统。 计量测试工程学院计量测试工程学院4热工过程控制系统热工过程控制系统2自动控制仪表2.1 控制仪表及其分类单元组合式仪表单元组合式仪表优优点点高度的通用性和灵活性高度的通用性和灵活性：可以用有限的单元组成各种可以用有限的单元组成各种各样的控制系统；各样的控制系统；各种能源的仪表各种能源的仪表混合使用混合使用：可以通过转换单元可以通过转换单元, ,把气把气动表、电动表动表、电动表, ,甚至液动表联系起来；甚至液动表联系起来； 安装、维护方便安装、维护方便：各单元独立作用，故在布局、安装、各单元独立作用，故在布局、安装、维护上也更合理、更方便。维护上也更合理、更方

4、便。 仪表精度高、使用寿命长：仪表精度高、使用寿命长：仪表一般采用力平衡或仪表一般采用力平衡或力矩平衡原理，工作位移小、无机械摩擦、性能较好。力矩平衡原理，工作位移小、无机械摩擦、性能较好。 零部件标准化、系列化零部件标准化、系列化：有利于大规模生产，降低：有利于大规模生产，降低了成本，提高了产量和质量。了成本，提高了产量和质量。计量测试工程学院计量测试工程学院5热工过程控制系统热工过程控制系统2自动控制仪表2.1 控制仪表及其分类 控制仪表分类：单元组合式仪表单元组合式仪表 单元组合式仪表主要分为单元组合式仪表主要分为气动气动单元组合仪表和单元组合仪表和电动电动单元组合仪表。单元组合仪表。变

5、送单元变送单元(B)(B)显示单元显示单元(X)(X)给定单元给定单元(G)(G)辅助单元辅助单元(F)(F)控制单元控制单元(T)(T)计算单元计算单元(J)(J)转换单元转换单元(Z)(Z)执行单元执行单元(K)(K) （电动）（电动）计量测试工程学院计量测试工程学院6热工过程控制系统热工过程控制系统2自动控制仪表2.1 控制仪表及其分类 控制仪表分类：按控制仪表的信号形式来分按控制仪表的信号形式来分模拟式控制仪表模拟式控制仪表数字式控制仪表数字式控制仪表计量测试工程学院计量测试工程学院7热工过程控制系统热工过程控制系统2自动控制仪表2.2 基本控制规律 基本控制规律： 位式控制位式控制（

6、其中以双位控制比较常用）、（其中以双位控制比较常用）、比比例控制例控制（P P）、）、积分控制积分控制（I I）、）、微分控制微分控制（D D）、）、比例积分微分控制比例积分微分控制（PIDPID）、）、 。 计量测试工程学院计量测试工程学院8热工过程控制系统热工过程控制系统一、双位控制一、双位控制 1 1、双位控制规律、双位控制规律 Pmax e0 （e0）P Pmin e0 （e0） 2 2、举例、举例 液位液位 电磁线圈电磁线圈 阀门阀门 进料进料 液位液位 H HH H0 0 通电通电 关闭关闭 切断进料切断进料 HHHH0 0 H HH H0 0 断电断电 打开打开 进料进料 HHH

7、H0 0 计量测试工程学院计量测试工程学院9热工过程控制系统热工过程控制系统中间区：被控变量有一定的变化范围中间区：被控变量有一定的变化范围 计量测试工程学院计量测试工程学院10热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院11热工过程控制系统热工过程控制系统3 3、品质指标：振幅、品质指标：振幅 周期周期 原则：使振荡幅值在允许的范围内，尽可能的原则：使振荡幅值在允许的范围内，尽可能的 使周期延长。使周期延长。 4 4、特点：结构简单、成本低、易实现、特点：结构简单、成本低、易实现 计量测试工程学院计量测试工程学院12热工过程控制系统热工过程控制系统5自动控制仪表2.2 基

8、本控制规律 基本控制规律： 三位控制规律三位控制规律 对系统的控制效果较好，但增加控制装置的复杂程度对系统的控制效果较好，但增加控制装置的复杂程度计量测试工程学院计量测试工程学院13热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院14热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院15热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院16热工过程控制系统热工过程控制系统电磁阀电磁阀计量测试工程学院计量测试工程学院17热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院18热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院1

9、9热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院20热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院21热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院22热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院23热工过程控制系统热工过程控制系统第第5 5节节 调节阀调节阀（调节机构）结构（调节机构）结构 调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流通面积，即改变了阀的阻

10、力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。的目的。 计量测试工程学院计量测试工程学院24热工过程控制系统热工过程控制系统5.1 5.1 调节阀调节阀 功能：接受控制器输出的功能：接受控制器输出的控制信号控制信号，转换，转换成成直线位移直线位移或或角位移角位移，来改变调节阀的，来改变调节阀的流流通截面积通截面积。阀心阀心阀杆阀杆阀体阀体计量测试工程学院计量测试工程学院25热工过程控制系统热工过程控制系统5.1.1 5.1.1 调节阀的组成调节阀的组成 执行机构：执行机构是指执行机构：执行机构是指根据控制器控制信号产生根据控制器控制

11、信号产生推力或位移的装置；推力或位移的装置； 调节机构：调节机构是根调节机构：调节机构是根据执行机构输出信号去改据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装变能量或物料输送量的装置，通常指控制阀。置，通常指控制阀。执行机构执行机构调节机构调节机构计量测试工程学院计量测试工程学院26热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院27热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院28热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院29热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院30热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学

12、院计量测试工程学院31热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院32热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院33热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院34热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院35热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院36热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院37热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院38热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院39热工过程控制系统热工过程控制系统计

13、量测试工程学院计量测试工程学院40热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院41热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院42热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院43热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院44热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院45热工过程控制系统热工过程控制系统5.1.2 5.1.2 调节阀分类调节阀分类 根据使用能源不同根据使用能源不同 气动调节阀：以压缩空气为能源，输入信号气动调节阀：以压缩空气为能源，输入信号2020100kPa100kPa，价格

14、便宜；多用于石油、化工等易燃易，价格便宜；多用于石油、化工等易燃易爆场合。爆场合。 电动调节阀：以电为能源，输入信号电动调节阀：以电为能源，输入信号4 420mA DC20mA DC，价格贵；使用范围广，本质安全（本安）型也可价格贵；使用范围广，本质安全（本安）型也可用于易燃易爆场合。用于易燃易爆场合。 液动调节阀：以高压液体为能源的液动调节阀：以高压液体为能源的 阀体相同、执行机构不同阀体相同、执行机构不同计量测试工程学院计量测试工程学院46热工过程控制系统热工过程控制系统气动薄膜调节阀的气开、气关形式气动薄膜调节阀的气开、气关形式 所谓所谓气开式，气开式，即当信号压力增加时，阀门开大；即当

15、信号压力增加时，阀门开大；没气时，阀门关闭没气时，阀门关闭 气关式气关式则相反，即信号压力增加时，阀门关小。则相反，即信号压力增加时，阀门关小。没气时，阀门打开没气时，阀门打开 p(kp) 100 20 20 100 开 度 开 度 全 开 全 开 p(kp) 气 关 阀 气 开 阀 全 关 全 关 计量测试工程学院计量测试工程学院47热工过程控制系统热工过程控制系统气开、气关形式选择举例气开、气关形式选择举例 受压容器，采用改变受压容器，采用改变气体排出量以维持容气体排出量以维持容器内压力恒定，试问器内压力恒定，试问调节阀应选择气开式调节阀应选择气开式还是气关式？还是气关式？ 答：气关式。答

16、：气关式。计量测试工程学院计量测试工程学院48热工过程控制系统热工过程控制系统气开、气关形式选择举例气开、气关形式选择举例蒸汽蒸汽汽包汽包给水给水加热室加热室1 1）保证锅炉不被烧）保证锅炉不被烧干干2 2）保证蒸汽中不能带液）保证蒸汽中不能带液LC计量测试工程学院计量测试工程学院49热工过程控制系统热工过程控制系统5.3 5.3 气动执行机构气动执行机构 1 1波纹膜片；波纹膜片；2 2压缩弹簧；压缩弹簧；3 3推杆推杆；4 4调节件；调节件；5 5阀杆；阀杆；6 6压板；压板；7 7上阀盖；上阀盖；8 8阀体；阀体；9 9下阀盖；下阀盖；1010阀座；阀座；1111阀芯；阀芯；1212填料

17、；填料；1313反馈连杆；反馈连杆；1414反馈凸轮；反馈凸轮；1515气动放大器；气动放大器；1616托板；托板；1717波纹管；波纹管；1818喷嘴；喷嘴；1919挡板挡板计量测试工程学院计量测试工程学院50热工过程控制系统热工过程控制系统调节阀的选择与计算计量测试工程学院计量测试工程学院51热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院52热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院53热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院54热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院55热工过程控制系统热工过程控制系

18、统计量测试工程学院计量测试工程学院56热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院57热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院58热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院59热工过程控制系统热工过程控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院60热工过程控制系统热工过程控制系统调节阀的流通能力调节阀的流通能力 调节阀是一个调节阀是一个局部阻力局部阻力可变的截流元件，可变的截流元件，通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻阻力系数力系数，达到控制流量的目的。，达到控制流量的目的。 流过调节阀的流量：阀的

19、开度、阀门前后流过调节阀的流量：阀的开度、阀门前后的压差。的压差。 为了衡量不同调节阀在某些特定条件下单为了衡量不同调节阀在某些特定条件下单位时间内流过流体的体积，引入流通能力位时间内流过流体的体积，引入流通能力的概念。的概念。计量测试工程学院计量测试工程学院61热工过程控制系统热工过程控制系统调节阀的流通能力调节阀的流通能力 根据流体力学知识：不可压缩流体流过截流根据流体力学知识：不可压缩流体流过截流元件时的局部阻力损失为：元件时的局部阻力损失为：2/2Hvg其中，其中， 为节流元件的阻力系数。为节流元件的阻力系数。12ppHgvqvA由上面三个公式整理的由上面三个公式整理的122()vAq

20、pp计量测试工程学院计量测试工程学院62热工过程控制系统热工过程控制系统调节阀的流通能力调节阀的流通能力 在工业上，通常采用如下单位：在工业上，通常采用如下单位： A为为cm2,为为kg/m3, p1-p2为为kPa,qv为为m3/h ，原，原公式变为：公式变为：3436002 1016.110vApApq调节阀就是通过改变阀芯行程来改变调节阀就是通过改变阀芯行程来改变阻力系数阻力系数达到调节流量的目的。达到调节流量的目的。计量测试工程学院计量测试工程学院63热工过程控制系统热工过程控制系统调节阀的流通能力调节阀的流通能力 调节阀流通能力定义：调节阀流通能力定义： 调节阀流通能力调节阀流通能力

21、C，是指调节阀两端，是指调节阀两端压力差压力差为为100kPa,流体密度流体密度为为1000kg/m3，调节阀，调节阀全全开开时，每小时流过阀门的流体的体积时，每小时流过阀门的流体的体积。5.09AC10105.09vAppqC计量测试工程学院计量测试工程学院64热工过程控制系统热工过程控制系统例题例题 2 已知某调节阀的最大流量已知某调节阀的最大流量 ，可，可调范围调范围R=30。分别计算。分别计算直线流量特性直线流量特性和和等百分等百分比流量特性比流量特性在理想情况下阀的相对行程在理想情况下阀的相对行程l/L=0.1、0.2、0.8、0.9时的流量值时的流量值qv，并比较这两种不同，并比较

22、这两种不同理想流量特性的调节阀在理想流量特性的调节阀在小开度小开度与与大开度大开度时的流时的流量变化情况。量变化情况。3max1000vqm计量测试工程学院计量测试工程学院65热工过程控制系统热工过程控制系统第第3 3章章 复杂控制系统复杂控制系统采用不止一个控制器，而且控制器间相串联，采用不止一个控制器，而且控制器间相串联，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统，称为串级控制系统。值的系统，称为串级控制系统。计量测试工程学院计量测试工程学院66热工过程控制系统热工过程控制系统3.1串级控制系统常用术语串级控制系统常用术语主控主控制器制器副控副控制

23、器制器调节阀调节阀副参数副参数测量变送测量变送副对象副对象主对象主对象一次扰动一次扰动二次扰动二次扰动主被控参数主被控参数副被控参数副被控参数主参数主参数测量变送测量变送y1,spy2,spy2ym2y1ym1计量测试工程学院计量测试工程学院67热工过程控制系统热工过程控制系统3.2 串级控制系统方案设计串级控制系统方案设计温度温度+ +流量流量温度温度+ +压力压力FCTC进料进料出料出料燃料油燃料油FTTC进料进料出料出料燃料油燃料油PCPT计量测试工程学院计量测试工程学院68热工过程控制系统热工过程控制系统7.7 串级控制系统方案设计（续）串级控制系统方案设计（续）温度温度+ +温度温度

24、T1CT2C燃料油燃料油进料进料出料出料T1TT T2 2T T计量测试工程学院计量测试工程学院69热工过程控制系统热工过程控制系统7.8 串级系统副调节器选型串级系统副调节器选型 副调节器常选择副调节器常选择P或或PI控制律控制律原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一般原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能力，理服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能力，理想上不用加积分作用。但实际运行中，串级系统有时想上不用加积分作用。但实际运行中，串级系统有时

25、会断开主回路，因而，通常需要加入积分作用。但积会断开主回路，因而，通常需要加入积分作用。但积分作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰能力。分作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰能力。计量测试工程学院计量测试工程学院70热工过程控制系统热工过程控制系统7.8 串级系统主调节器选型串级系统主调节器选型 主调节器常选择主调节器常选择PI或或PID控制律控制律原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而对于主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的对于主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的积分作用（除主参数为液位的串级均匀控制系统以外积

26、分作用（除主参数为液位的串级均匀控制系统以外）。）。当主对象的调节滞后较大，而主参数变化较平缓时，可加当主对象的调节滞后较大，而主参数变化较平缓时，可加入通常大小的微分作用。入通常大小的微分作用。计量测试工程学院计量测试工程学院71热工过程控制系统热工过程控制系统例例1 1 加热炉出料温度控制系统加热炉出料温度控制系统加热炉干扰：燃料压力变化、加热炉干扰：燃料压力变化、燃料热值波动、原料流量的波动燃料热值波动、原料流量的波动、原料入口温度的波动等等、原料入口温度的波动等等主要问题：传热过程时间常数大，主要问题：传热过程时间常数大，达到达到1515分钟左右分钟左右如何解决？如何解决？被控变量偏差

27、由干扰引起被控变量偏差由干扰引起TCTT燃料气燃料气被加热原料被加热原料计量测试工程学院计量测试工程学院72热工过程控制系统热工过程控制系统T2CT2T被加热原料被加热原料燃料气燃料气出口温度出口温度T1CT1T加热炉温度加热炉温度- -温度串级控制系统温度串级控制系统把时间常数较大的被控对把时间常数较大的被控对象分解为两个时间常数较象分解为两个时间常数较小的被控对象小的被控对象计量测试工程学院计量测试工程学院73热工过程控制系统热工过程控制系统加热炉温度加热炉温度- -温度串级控制系统温度串级控制系统T1E1T1 CT2 C调节阀调节阀 炉膛炉膛 加热炉加热炉T1 测量变送测量变送T2 测量

28、变送测量变送炉膛温度炉膛温度T2出口温度出口温度T1F1F2F3E2计量测试工程学院计量测试工程学院74热工过程控制系统热工过程控制系统加热炉温度加热炉温度- -温度串级控制系统调节过程温度串级控制系统调节过程主对象：输入信号为炉膛温度，输出信号为原料出口温度，主对象：输入信号为炉膛温度，输出信号为原料出口温度，正作用单元正作用单元副对象：输入信号为燃料流量，输出信号为炉膛温度，是正副对象：输入信号为燃料流量，输出信号为炉膛温度，是正作用单元作用单元调节阀的选择：气开阀，正作用调节阀的选择：气开阀，正作用副调节器：控制规律方块选正作用，调节器则是反作用副调节器：控制规律方块选正作用，调节器则是

29、反作用主调节器：控制规律方块选正作用，调节器则是反作用主调节器：控制规律方块选正作用，调节器则是反作用计量测试工程学院计量测试工程学院75热工过程控制系统热工过程控制系统作业：作业： 如图所示的反应器温度控制系统，它通过如图所示的反应器温度控制系统，它通过调节进入反应器冷却水的流量来保持反应调节进入反应器冷却水的流量来保持反应器温度的稳定器温度的稳定。TTTCFCFT反反应应器器冷却水冷却水计量测试工程学院计量测试工程学院76热工过程控制系统热工过程控制系统反应器温度控制系统反应器温度控制系统要求：要求：（1 1）画出该系统的方块图，并说明它是什么类型的）画出该系统的方块图，并说明它是什么类型

30、的系统；系统；（2 2）若反应器的温度不能过高，否则会发生事故，）若反应器的温度不能过高，否则会发生事故，试确定调节阀的气开、气关型式试确定调节阀的气开、气关型式（3 3）确定主调节器、副调节器的正反作用；）确定主调节器、副调节器的正反作用；（4 4）若冷水压力突然升高，试简述该控制系统的调）若冷水压力突然升高，试简述该控制系统的调节过程（主副回路同时）。节过程（主副回路同时）。计量测试工程学院计量测试工程学院77热工过程控制系统热工过程控制系统第八章第八章 复杂过程控制系统复杂过程控制系统 前馈控制系统前馈控制系统 时间滞后控制系统时间滞后控制系统 多变量解耦控制系统多变量解耦控制系统 比值

31、控制系统比值控制系统 均匀控制系统均匀控制系统 超驰控制系统超驰控制系统 分程控制系统分程控制系统 阀位控制系统阀位控制系统计量测试工程学院计量测试工程学院78热工过程控制系统热工过程控制系统8.1 8.1 前馈控制系统前馈控制系统 理解前馈控制原理及使用场合；理解前馈控制原理及使用场合； 掌握静态前馈控制和常用动态前馈控制补掌握静态前馈控制和常用动态前馈控制补偿模型；偿模型； 掌握前馈掌握前馈- -反馈复合控制系统的特点及工业反馈复合控制系统的特点及工业应用。应用。计量测试工程学院计量测试工程学院79热工过程控制系统热工过程控制系统8.1.2 8.1.2 前馈控制与反馈控制的比较前馈控制与反

32、馈控制的比较TC调节阀调节阀对象对象TTT T给定值给定值T原油流量原油流量a)a)反馈控制反馈控制1) 前馈是前馈是”开环开环”控制系统控制系统; ;反馈是反馈是”闭环闭环”控制系统控制系统b)前馈控制前馈控制FFC调节阀调节阀对象对象TFT原油流量原油流量FFPP计量测试工程学院计量测试工程学院80热工过程控制系统热工过程控制系统8.1.2 8.1.2 前馈控制与反馈控制的比较前馈控制与反馈控制的比较 2 2）前馈测量干扰量；反馈测量被控变量）前馈测量干扰量；反馈测量被控变量 3 3）前馈需要专用调节器，反馈一般只用通）前馈需要专用调节器，反馈一般只用通用调节器用调节器 4 4）前馈只能克

33、服所测量的干扰，反馈可克）前馈只能克服所测量的干扰，反馈可克服所有干扰服所有干扰 5 5）前馈理论上可无差，反馈必定有差）前馈理论上可无差，反馈必定有差计量测试工程学院计量测试工程学院81热工过程控制系统热工过程控制系统前馈反馈控制系统的设计原则前馈反馈控制系统的设计原则 实现前馈控制的必要条件是扰动量的实现前馈控制的必要条件是扰动量的“可测及不可测及不可控性可控性”： “可测可测”：指扰动量可以通过测量变送器，在线地将：指扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。其转换为前馈补偿器所能接受的信号。 “不可控不可控”：指这些扰动量难以或不允许通过专门的：指这些扰动量难

34、以或不允许通过专门的控制回路予以控制，如生产中的负荷。控制回路予以控制，如生产中的负荷。 采用前馈控制主要是针对那些采用前馈控制主要是针对那些“可测不可控可测不可控”、变化频繁且幅值较大的扰动量；变化频繁且幅值较大的扰动量； 工程中，一般选用静态前馈工程中，一般选用静态前馈- -反馈控制方案即可得反馈控制方案即可得到较为满意的控制效果。到较为满意的控制效果。计量测试工程学院计量测试工程学院82热工过程控制系统热工过程控制系统8.2 8.2 时间滞后控制系统时间滞后控制系统 时间滞后是指纯滞后过程。纯滞后往往是由于物时间滞后是指纯滞后过程。纯滞后往往是由于物料或能量需要经过一个传输过程而形成的。

35、料或能量需要经过一个传输过程而形成的。 纯滞后极大地影响系统动态性能，引起闭环控制纯滞后极大地影响系统动态性能，引起闭环控制系统稳定性明显降低，过渡过程时间加长。系统稳定性明显降低，过渡过程时间加长。 /T0.3/T0.3时，就被认为是具有较大纯滞后的工艺时，就被认为是具有较大纯滞后的工艺过程，常用控制方法：过程，常用控制方法：预估补偿方案；预估补偿方案；采样控制方案。采样控制方案。计量测试工程学院计量测试工程学院83热工过程控制系统热工过程控制系统预估补偿方案预估补偿方案 经补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，经补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，因为式中的因为式中的 在闭环控制

36、回路之外，不影响系在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性。拉氏变换的位移定理说明统的稳定性。拉氏变换的位移定理说明, ,仅将控制仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间作用在时间坐标上推移了一个时间 ，控制系统，控制系统的过渡过程及其它性能指标都与对象特性完全一致的过渡过程及其它性能指标都与对象特性完全一致 可见，可见，SmithSmith预估器可以完全消除时滞的影响，从预估器可以完全消除时滞的影响，从而成为一种对线性、时不变、单输入单输出时滞系而成为一种对线性、时不变、单输入单输出时滞系统的理想控制方案。统的理想控制方案。se计量测试工程学院计量测试工程学院84热工过程控制系统热工过程控制系统

37、Smith预估器在实际应用中的限制预估器在实际应用中的限制 Smith预估器在实际应用中很不尽如人意，预估器在实际应用中很不尽如人意，主要原因在于主要原因在于Smith预估器需要确知被控对预估器需要确知被控对象的精确数学模型，而且它只能用于线性象的精确数学模型，而且它只能用于线性定常系统。定常系统。 也有一些改进型也有一些改进型Smith预估器，但由于没有预估器，但由于没有脱离对被控对象模型依赖的本质，在实际脱离对被控对象模型依赖的本质，在实际中极少使用。中极少使用。计量测试工程学院计量测试工程学院85热工过程控制系统热工过程控制系统2 2、采样控制方案、采样控制方案 “调一下，等一等调一下，

38、等一等”（Wait and See)Wait and See)的办法的办法； 当调节器输出达一定时间后，就不再使增加（或当调节器输出达一定时间后，就不再使增加（或减小）了，而是保持此值（保持的时间比纯滞后减小）了，而是保持此值（保持的时间比纯滞后时间时间0 0稍长些），直到稍长些），直到控制作用的效果控制作用的效果在被控量在被控量变化中反映出来为止；变化中反映出来为止； 接着，根据偏差的大小再决定下一步控制作用的接着，根据偏差的大小再决定下一步控制作用的大小和方向。大小和方向。计量测试工程学院计量测试工程学院86热工过程控制系统热工过程控制系统采样控制方案的特点采样控制方案的特点 核心思想就是

39、避免控制器不必要的误操作，核心思想就是避免控制器不必要的误操作，而宁愿让控制作用弱一些。而宁愿让控制作用弱一些。 无需掌握精确的过程动态特性，就能克服无需掌握精确的过程动态特性，就能克服被控过程中纯滞后的不利影响。被控过程中纯滞后的不利影响。 需注意采样周期的选取应略大于过程的纯需注意采样周期的选取应略大于过程的纯滞后时间。滞后时间。 计量测试工程学院计量测试工程学院87热工过程控制系统热工过程控制系统8.4 比值控制系统比值控制系统 定义：两个或多个参数自动维持一定比值定义：两个或多个参数自动维持一定比值关系的过程控制系统。关系的过程控制系统。 例如：例如：燃烧过程中，为保证燃烧经济性，需保

40、持燃料燃烧过程中，为保证燃烧经济性，需保持燃料量和空气量按一定比例混合后送入炉膛；量和空气量按一定比例混合后送入炉膛；造纸过程中，为保证纸浆浓度，必须控制纸浆造纸过程中，为保证纸浆浓度，必须控制纸浆量和水量按一定的比例混合。量和水量按一定的比例混合。计量测试工程学院计量测试工程学院88热工过程控制系统热工过程控制系统主动量和从动量主动量和从动量 比值控制系统中，起主导作用的物料流量比值控制系统中，起主导作用的物料流量一般为主动量一般为主动量q q1 1。如燃烧过程中的燃料量、。如燃烧过程中的燃料量、造纸中的纸浆量；造纸中的纸浆量； 随主动量变化的物料流量称为从动量随主动量变化的物料流量称为从动

41、量q q2 2。如。如燃烧过程中的空气量、造纸中的水量。燃烧过程中的空气量、造纸中的水量。q q2 2与与q q1 1保持一定的比值保持一定的比值 ，即：，即：1212kqqqqk或计量测试工程学院计量测试工程学院89热工过程控制系统热工过程控制系统比值控制方案比值控制方案 根据工业生产过程的不同需求，有根据工业生产过程的不同需求，有3 3种常用种常用的比值控制方案：的比值控制方案：单闭环比值控制；单闭环比值控制；双闭环比值控制；双闭环比值控制；变比值控制。变比值控制。 单闭环或双闭环比值控制中，比值系数固单闭环或双闭环比值控制中，比值系数固定不变；而变比值控制中，比值系数可变。定不变；而变比值控制中，比值系数可变。计量测试工程学院计量测试工程学院90热工过程控制系统热工过程控制系统8.5 8.5 均匀控制系统均匀控制系统 均匀控制可使被控量均匀控制可使被控量y(t)与控制量与控制量q(t)在一定范围内均匀缓在一定范围内均匀缓慢地变化。慢地变化。 在定值控制系统中，为了保持被控量为定值，控制量可作在定值控制系统中，为了保持被控量为定值，控制量可作较大幅度变化。而在均匀控制中，控制量和被控量同样重较大幅度变化。而在均匀控制中，控制量和被控量同样重要，控制的目的要使它们都缓慢而均匀地变化。要，控制的目的要使它们都缓慢而均匀地变化。 yqt0tqq0q