复杂控制系统

一、概述

21简洁把握系统1、单回路把握系统——简洁把握系统：在一般状况下能够满足生产把握要求。特别状况：系统干扰因素多、干扰变化猛烈，以及工艺特别要求。2、简洁把握系统——串级把握系统、比值把握系统、均匀把握系统、前馈把握系统、选择把握系统、分程把握系统等简洁系统--随着把握理论与工业应用的，环境把握，能源把握，企业生产经营把握等。3、多回路系统多回路系统特征：基于PID把握策略；由多个把握回路组成的系统。4、多回路系统的进展80-90%把握系统是基于PID把握的系统，包括多421PID34774〔24〕17.5%。二、串级把握系统的构成温度为被控变量，选取燃料量为操纵变量，构成图5-1所示的单回路把握系统。影响炉出口温度的因素很多，主要有：被加热物料的流量和炉前温度变化[f

(t)]；燃料热值的变化、压1力的波动[f

(t)]；烟囱挡板位置的转变、抽力的变化2[f(t)]等。图5-1〔a〕系统的特点是，全部对被控变3艺的要求。为此，另外选择，炉膛温度为被控变量，燃料量为操纵变量，设计图5-1〔b〕所示的单回路把握于扰动[f

(t)]f2

(t)3[f(t)]未包括在系统内，系统不能抑制扰动[f1

(t)]对1炉出口温度的影响，照旧不能到达生产工艺要求。5-2所示的炉出口温度与炉膛温度的串级把握系统，图5-3是它的方块图。这样扰动[f(t)]f2

(t)]对炉出口温度的影响主要由炉膛温度3把握器T2f

(t)]对炉出1口温度的影响由炉出口温度把握器T1构成的把握回路来消退。1、串级把握系统的构成原理将原被控对象分解为两个串联的被控对象，5-3以连接分解后的两个被控对象的中间参数为或副环。以原对象的输出信号为主被控变量，即分解后的其次个被控对象的输出信号，构成一个把握系统，称为主把握系统或主回路。主把握系统中的把握器的输出信号作为副控5-32、名词术语主被控变量：生产过程中工艺要求把握的主要被控变量，如上例中的炉出口温度。副被控变量：串级把握系统中为了稳定主被控变量而引入的中间关心变量，如上例中的炉膛温度。ff2f1主把握器副把握器把握阀r1uuQcGc11Gc22GG2cG1vp2p1副回路副对象主对象主回路副变送器y2Hm2主变送器y1H串级把握系统方块图主对象：生产过程中所要把握的，由主被控变量表征其中主要特征的生产过程设备是锅炉。〔设备，其输入量为操纵变量。这个例子中，副对象是炉膛。主把握器：按主被控变量的测量值与设定值值。副把握器：按副被控变量的测量值与主把握阀的动作。主回路：由主、副把握器，主、副对象，主测量变送器组成的闭合回路。副回路：由副把握器，把握阀，副对象和副测量变送器组成的闭合回路。一次扰动：不包括在副回路内的扰动。如图5-2中被加热物料的流量和炉前温度变化[f

(t)]。1二次扰动：包括在副回路内的扰动。如图5-2中燃料方面的扰动[f

(t)]和烟囱抽力的变化2[f(t)]。3二、串级把握系统的把握过程设把握阀为气开式，主副把握器为反作用。当生产过程处在稳定工况时，被加热物料的流量和温度不的开度，此时炉出口温度稳定在设定值上。当扰动破坏了平衡工况时，串级把握系统便开头了其把握过程。依据不同扰动分三种状况争论。〔1〕只有二次扰动f2

(t)和烟囱抽力的变化f3

(t)。扰动f2

(t)和f3

(t)先影响炉膛温度，于是副把握器马上发出校正信号。把握执行器〔把握阀〕的开度，度；假设扰动的量较大，虽然经过副回路的准时校正，从而完全抑制上述扰动，使炉出口温度调回到设定值上。f(t)1

只有一次扰动一次扰动来自被加热物料的流量和炉前温度变化f1

(t作用，抑制f1

(t)对炉出口温度的影响。由于副回路的回路把握系统时要小。〔3〕一次扰动和二次扰动同时存在在该系统中，假设把握阀为气开式，主、副把握〔炉出口温度上升，另一个减小〔燃料量削减，即炉膛温度降低，此时，主、副把握器把握阀的方向是相反的，把握阀的开度只要作较小变动即可满足把握要求。综上分析可知，串级把握系统副把握器具有“粗调”作用，主把握器具有“细调”的作用，从而使把握品质得到进一步提高。三、串级把握系统的特点1、具有较强的抗扰动力气串级把握系统的抗扰动力气比单回路把握系的抗扰动力气会更强。这是由于当扰动作用于副环时，里对副环扰动有两级把握措施，即使扰动作用于主环，但由于系统工作频率提高了，也比单回路的把握准时，高10~100倍；当扰动作用于主环时，串级系统的质量也提高2~5能指标。2、改善了过程的动态特性，起了超前把握的作用，提高了系统把握质量。3、能快速抑制进入副回路的二次扰动。4、改善了对象动态特性，提高了系统的工作频率。力气。

5、提高了把握器总放大倍数，增加了抗干扰6、具有确定的自适应力气，适应负荷和操作条件的变化。四、串级把握系统的工程应用场合1、被控对象的把握通道纯滞后时间较长，用单回路把握系统不能满足质量指标时，可承受串级把握系统。2、对象容量滞后比较大，用单回路把握系统不能满足质量指标时，可承受串级把握系统。3、把握系统内存在变化猛烈且幅值很大的干扰。4、被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。主、副把握器把握规律的选择依据工艺要求来进展。在串级把握系统中，主把握器一般选择PI或PID把握规律，副把握器一般选择P把握规律。主、副把握器正、反作用方式确实定。副把握器作用方式确实定，与简洁把握系统一样。主把握器的作用方向只与工艺条件有关。串级把握系统把握器参数整定比例作用，并将主把握器的比例度置于100%，用4：1衰减曲线法整定副把握器，求取副回路4：1衰减过程的副把握器比例度(δ2p)以及操作周期(T2P)。⑵将副把握器的比例度置于所求的数值δ2p上，4：1衰减过程的δ1pT1P。⑶依据求得的(δ1p)和(T1P)、(δ2p)和(T2P)数和微分时间。其次节前馈把握系统1其次节前馈把握系统1、前馈把握原理动一消灭，就能依据扰动的测量信号来把握操纵变量，准时补偿扰动对被控变量的影响，所以把握是准时的，框图如以以下图所示。它是一个开环把握系统。在很多场合下都是将前馈把握与反响把握结合在一起组成前馈—反响把握系统，称之为复合把握系的把握品质。2、前馈把握与反响把握的比较反响把握系统 是按被控参数与给定值的偏除(或根本消退)偏差。假设扰动已经发生，而被控参数尚程的动态偏差。有时其把握质量较差。前馈把握系统 当扰动一消灭，调整器即依据时间常数或时延大、扰动大而频繁的过程有显著效果。3、前馈把握的选用原则则：扰动时，选用前馈把握；得到良好的把握效果时，选用前馈把握；经济性原则。前馈把握的系统设计括系统把握方案设计及系统参数整定两个局部。第三节 大时延把握系统1、原理概述较大的纯时延，其特点是当把握作用产生后，在时延τ范围内，被控参数完全没有响应。典型的工艺过程有：皮带传输过程、连续轧钢过程。纯时延对系统把握质量的影响使系统响应曲线推迟了一个时延τ。当过程把握通道或测量变送环节存在纯时延时，降。2、补偿纯时延过程的常规把握方案微分先行把握方案中间微分把握方案中间反响把握方案预估补偿把握方案PID反响把握的第四节 比值把握系统1、概述在生产过程中常常需要两种或两种以上的物料以确定主物料或主动量F1，而另一种物料随主物料的变化呈2比例的变化，称为从物料或从动量F2

。例如在稀硝酸FF。1 22〔1〕单闭环比值把握FF1FC1FC2F2这类比值把握系统的优点是两种物料流量之比较为精确，实施也较便利，所以得到广泛的应用。〔2〕双闭环比值把握为了既能实现两流量的比值恒定，又能使进入系统的总流量F＋F不变，因此在单闭环比值把握的根底1 ２上又消灭了双闭环比值把握系统。这类比值把握系统的优点是在主流量受到干扰作安全。变比值把握系统要求两种物料流量的比值随第三参数的需要而变化。3〔1〕主、从动量确实定把握方案的选择比值系数的计算把握方案的实施第五节 均匀把握系统在石油化工生产中，承受连续生产方式，各生产过和协调问题。解决前后工序供求冲突，使液面和流量的变化相互兼顾均匀变化，这就是均匀把握系统的目的。怎样才算到达均匀把握系统的目的呢？通过以上争论，液位和流量两个参数的变化应满足如下要求：两个参数在把握过程中都应当是变化的，且变化是缓慢的。两个参数必需在允许的范围内变化，均匀把握要求在最大干扰作用下，液位在塔釜的上下限内波动，生较大的干扰。简洁均匀把握图把握器的把握规律选择及参数整定问题上。串级均匀把握系统抑制阀前后压力变化的影响及液位自衡作用的影响加一个流量副回路，即构成串级均匀把握。串级均匀把握系统所用仪表较多，适用于把握阀前后压力干扰和自衡作用较显著而且对流量的平衡要求又较高的场合第六节分程把握系统一、分程把握系统的根本概念由一个把握器的输出信号分段分别去把握两个或两个以上把握阀动作的系统称为分程把握系统。分程把握方案中，阀的开闭形式，可分同向和异向6.226.23所示。同向或异向规律的选择，全由工艺的需要而定。100100(%开(%A阀 B阀 )阀 A阀开度度B阀B阀20 60

100 20

60 100阀压/kPa 阀压/kPa100100100100(%A阀 B阀(%)阀 A阀开开度度00 BB阀20 60

100

20 60

100阀压/kPa 阀压/kPa图6.23 把握阀分程动作〔异向〕二、分程把握系统的应用设计分程把握有两方面的目的，一是扩大把握阀的特别需求。用于扩大把握阀的可调范围用于把握满足工艺上操作的特别要求分程把握还能解决生产过程中的一些特别要求。TC冷水“A”气关阀蒸汽“B”气开阀TC冷水“A”气关阀蒸汽“B”气开阀当6.2