过程控制教学课件第五章-复杂控制系统

第5章常用复杂控制系统串级控制系统前馈控制系统比值控制系统均匀控制系统选择控制系统分程控制系统双重控制系统应用情况考查重点递减5.1串级控制系统串级控制系统介绍串级控制系统实例串级控制的性能分析串级控制的设计实例串级控制系统的参数整定串级控制的工业实例知识要点5.1.1介绍串级控制是提高单闭环控制性能应用最成功控制策略之一；串级控制主要通过增加副回路控制改善简单负反馈的控制性能，其中辅助变量的选取是非常关键的因素；串级控制系统能够迅速克服加入副环干扰，减少系统的最大超调量和减少扰动响应积分误差，提高控制系统的性能。5.1.2串级控制的实例讨论化学搅拌反应器的控制PID控制5.1.2串级控制的实例扰动：加热剂阀前压力简单控制系统，性能不令人满意0204060801001201401601802007273747576IAE=147.9971ISE=285.4111temperatureminimumTC5.1.2串级控制的实例产品考虑过程动态行为：无控制：从扰动P到出口温度变化的因果关系当P发生变化时对那些可测量的变量产生影响？

v(阀门开度)FQTC扰动P(加热剂)5.1.2串级控制的实例产品考虑过程动态行为：

v(阀门开度)FQTC扰动P(加热剂)如果维持这个变量基本恒定，这个扰动的影响是否会减少？5.1.2串级控制的实例两个控制器的关键变量.5.1.2串级控制的实例Gc1(s):主控制器。细调作用。定值控制。例如，温度控制器Gc2(s):副控制器。粗调作用。随动控制。例如，流量控制器y1:主被控变量。R1:主设定值。主被控对象：Gp1(s)y2:副被控变量。R2:副设定值。副被控对象：Gp2(s)主回路：由Gc1(s)、Gc2(s)、Gv(s)、Gp2(s)、Gp1(s)、和Gm1(s)组成的回路副回路：由Gc2(s)、Gv(s)、Gp2(s)和Gm2(s)组成的回路F2:进入副回路的扰动。F1：进入主回路的扰动。串级控制的特点：系统有两个检测变送器、两个控制器和一个控制阀组成，两个控制串联连接，主控制器的输出是副控制器的设定值。5.1.2串级控制的实例计算机如何实现这个控制策略5.1.2串级控制的实例定义在计算机中执行的计算。5.1.2串级控制的实例

CSTHeater的控制性能比较单闭环控制 串级控制性能明显改善为什么？5.1.2串级控制的实例为什么阀前压力的扰动被迅速克服?扰动的补偿措施0501001502007273747576IAE=11.5025ISE=1.6655温度0501001502001818.51919.52020.5IAE=11.6538ISE=11.2388Time加热流0501001502005052545658SAM=5.8711SSM=4.4807Time加热阀（打开百分比）TCFC阀门调整不剧烈偏差小，返回设定点干扰影响流量更快CSTHeater的串级控制性能5.1.3串级控制的性能分析能迅速克服进入副回路的扰动定性分析：当扰动进入副回路后，首先副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值控制作用，及时调解操作变量，使副被控变量恢复到副设定值，从而使扰动对主被控变量的影响减少。副回路对扰动粗调，主回路对扰动细调。5.1.3串级控制的性能分析串级控制副环扰动通道传函单回路控制副环扰动通道传函定量分析：5.1.3串级控制的性能分析串级控制系统中进入副环的等效干扰是单回路控制时的倍串级控制系统的余差是单回路控制的倍串级控制系统能迅速克服进入副回路扰动的影响，并系统余差大大减少在设计串级控制系统时，应使主要干扰或尽可能多的干扰进入副回路5.1.3串级控制的性能分析2.改善主控制器的广义对象特性，提高工作频率定性分析：如果副回路被整定成衰减振荡，副回路可近似成0,即副回路可近似用1：1比例环节描二阶振荡环节。且低频时，幅值近似为1，相位差近似为0。定量分析：副回路的等效传递函数是：>>1,有注意事项：1.分隔在副回路的部分主对象应占一定分量2.防止主、副环的共振现象出现5.1.3串级控制的性能分析发生下列扰动串级控制系统如何响应？加热剂阀前压力发生扰动；加热剂的温度发生扰动；进料流量发生扰动；温度设定值发生变化；5.1.4串级控制系统的设计串级控制设计原则：串级控制适用场合：1.单闭环控制性能不能满足要求；2.一些相关的辅助变量可测量；5.1.4串级控制系统的设计主、副被控变量的选择原则：1.主被控变量应能够反映工艺指标2.副被控变量应包含重要扰动和尽量多的干扰变量3.阀门与辅助变量之间有直接的因果关系；4.副环响应比主环响应快；5.考虑经济性和工艺的合理性；5.1.4串级控制系统的设计主、副控制器的控制规律的选择1.主控制器采用PID或PI控制规律2.副控制器：无消除余差的要求，可不采用I作用；3.流量的副控制器加积分来减弱控制作用；4.温度的副控制器回路容量大，可加微分；5.1.4串级控制系统的设计控制器的正反作用选择步骤：根据工艺要求，确定控制阀的类型：气开(KV>0)、气关(KV<0);确定副控制对象的特性（操作变量↑，副被控变量↑，则Kp2>0）根据副回路负反馈的原则(Kc2KvKp2Km2>0)，确定副控制器的正反作用（正作用，Kc2<0，反作用,Kc2>0）确定主控制对象的特性（副被控变量↑，主被控变量↑，则Kp1>0）根据主回路负反馈原则(副回路等效为1:1比例环节，Kc1Kp1Km1>0)，确定主控制器的正反作用（正作用，Kc1<0，反作用,Kc1>0）5.1.5串级控制设计实例讨论一个反应器实例发生重要扰动控制目标：出口浓度保持恒定AC-15.1.5串级控制设计实例单性能不理想闭环控制设计一个串级控制系统改善控制系统性能5.1.5串级控制设计实例设计一个串级控制系统改善控制系统性能：设计一个串级控制策略，关键的决策是辅助变量的选择，因此第一步使用串级控制设计准则从众多的可测量候选变量中选出恰当的辅助变量。5.1.5串级控制设计实例设计一个串级控制系统改善控制系统性能：使用串级控制设计规则注:主要扰动：加热剂温度发生变化主控制器：AC-1.5.1.5串级控制设计实例设计一个串级控制系统改善控制系统性能：T2是扰动串级控制不能使用!T3满足所有的串级设计规则，可以作为串级控制的辅助变量5.1.5串级控制设计实例设计出的串级控制方案：5.1.5串级控制设计实例控制性能比较单闭环控制性能

串级控制性能性能改善很多!为什么?5.1.5串级控制设计实例PackedBedReactor的控制性能5.1.5串级控制设计实例采用串级控制的收益与成本？发生下列扰动串级控制系统如何响应？进料温度T1发生扰动加热剂阀前压力发生扰动进料速率F1发生变化进料成分A2发生变化AC-1设定值发生变化5.1.6串级控制系统的投运和参数整定串级控制系统的投运:正确选择主副控制器的正反作用方式接线检查，应正确无误主控制器置内给定，副控制器置外给定主控制器手动输出调整到接近等于副被控变量测量值时，副控制器切入自动主控制器手动调整设定到接近等于主被控变量测量值时，主控制器切入自动5.1.6串级控制系统的投运和参数整定串级控制系统的参数整定:一步法:副控参数一次设置，主控切自动后整定主控参数两步法:先整定副控参数，再整定主控参数，交替整定到最优串级控制系统副控制器比例度整定数据5.1.6串级控制系统的投运和参数整定串级控制系统的投运与参数整定的方法有关。两步法整定参数的系统投运步骤如下。①设置主控制器为“内给”、“手动”，设置副控制器为“外给”、“手动”。②主控制器手动输出，调整副控制器手动输出至偏差为零时，将副控制器切“自动”。③整定副控制器参数，使副被控变量的响应满足所需性能指标（例如衰减比指标)。④调整主控制器手动输出至偏差为零时，将主控制器切“自动”。⑤整定主控制器参数，使主被控变量的响应满足所需性能指标（例如衰减比指标、余差等)。5.1.7串级控制的工业实例例1：国内在60年代初最早使用串级控制的示例:合成氨厂的硝酸生产过程氨氧化生成一氧化氮过程:4NH3+5O2→4NO+6H2O+Q被控变量:氧化炉温度操作变量:加入的氨量被控对象:滯后大，时间常数大千扰分析:氨压力和流量影响大方案1:氨流量定值控制炉温是开环方案2:炉温定值控制氨流量压力影响大方案3:炉温主环，氨流量副环的串级控制5.1.7串级控制的工业实例例2:锅炉液位和给水量串级控制系统主被控变量:锅炉液位副被控变量:给水流量控制阀:从安全考虑，如选气关，Kv为负副对象:控制阀打开，流量增大，Kp2为正副控制器:Kc2为负，即正作用控制器主对象:给水量增加，液位升高，Kp1为正主控制器:Kc1为正，即反作用控制器Kc2为负，因此，切主控时，主控制器改变作用方式5.1.8串级系统变形引入中间辅助变量的串级控制系统：1.中间辅助变量加在控制器的输入端TY1(Gd）是微分单元，稳态时，它的输出为零当受扰动影响时，T2先变化，引入超前控制作用克服了扰动的影响。主控制器相当于积分控制器副控制器在原控制器基础上串接微分5.1.8串级系统变形引入中间辅助变量的串级控制系统：2.中间辅助变量加在控制器的输出端TY1(Gd）是微分单元，稳态时，它的输出为零当受扰动影响时，T2先变化，引入超前控制作用克服了扰动的影响。主控制器相当于在原控制器基础上串接积分副控制器是微分控制器习题参数整定与抗干扰分析对比分析单回路控制串级控制5.2前馈控制系统过程挑战-改善性能前馈控制设计原则动态特性与应用指导过程控制应用案例实际应用指导知识要点5.2.1介绍前馈控制利用可测量扰动信息有效补偿该扰动对系统影响，增强单闭环动态控制性能.前馈控制在被控变量没有偏离设定值之前可有效调节操作变量，补偿扰动前馈控制可有效减弱单一扰动的影响5.2.2前馈控制应用案例讨论搅拌式化学反应器5.2.2前馈控制应用案例进料温度扰动单闭环控制动态性能不满足要求!尝试串级控制？如何调整该案例：5.2.2前馈控制应用案例串级控制设计标准：串级控制应用场合单闭环系统性能不理想√辅助变量可测量√辅助变量选择原则包含重要扰动或多个扰动√阀门与辅助变量之间有因果关系×副环比主环响应快串级控制不适合.需要一种新的控制策略!5.2.2前馈控制应用案例讨论一下过程动态行为：在无控制条件下扰动T0对产品出口温度T影响因果关系如何调节阀门补偿这个扰动?T0

v(阀门开度)QTCT0(进料温度)5.2.2前馈控制应用案例正确调节阀门开度消除进料温度扰动对过程影响5.2.2前馈控制应用案例我们通过方框图确定前馈控制器[Gff(s)]计算，通过完全补偿获得理想的控制性能如何测量CVA?5.2.2前馈控制性能分析前馈控制器设计:与PID控制设计不同!为什么?5.2.3前馈控制性能分析备注:前馈控制器的设计依赖于扰动通道和过程通道模型.前馈控制器属于开环控制，与PID控制器有着本质区别使用一个新的控制设计方法，不能应用反馈控制原则.5.2.3前馈控制性能分析5.2.3前馈控制性能分析5.2.3前馈控制性能分析前馈控制器在不同超前-滞后参数下典型动态响应.补偿与干扰影响同步。若干个Tlead/Tlag的结果:a.0.0b.0.5c.1.0d.1.5e.2.05.2.3前馈控制性能分析前馈-反馈控制系统：怎样把前馈和反馈控制结合？5.2.3前馈控制性能分析

动态控制性能比较对于搅拌式换热器单闭环控制 前馈-反馈控制前馈-反馈控制性能好很多，为什么？5.2.3前馈控制性能分析MV在T偏离其设定点之前发生了变化！5.2.3前馈控制性能分析使用前馈-反馈控制得与失?对于下面扰动系统如何响应?进料入口温度扰动加热蒸汽入口压力扰动进料流率扰动温度控制TC设定值变化5.2.4前馈控制设计原则前馈控制应用场合1.单闭环性能不理想2.扰动变量可以测量一个辅助可测量扰动需满足包含一个重要的扰动操作阀门与可测量扰动变量之间没有因果关系5.对被控变量快速的动态响应不要求5.2.4前馈控制设计原则

前馈反馈优点在CV受到影响之前补偿干扰不影响控制系统的稳定性（Gff稳定）提供零稳态偏移对所有干扰都有效缺点无法消除稳态偏移每个干扰都需要一个传感器和模型在CV偏离其设定点之前不采取控制措施影响控制系统的稳定性前馈控制与反馈控制对比分析5.2.4前馈控制设计原则反馈控制将所有扰动的稳态偏移降低到零，但在采取纠正措施之前需要偏离设定点。前馈控制在输出受到干扰之前采取行动，并且能够通过准确的模型实现非常好的控制性能。前馈控制的主要限制是它无法将稳态偏移降低到零。课后练习前馈控制问题思考为什么我们保留反馈控制器？什么时候前馈会给出零稳态偏移？为什么前馈控制器有时会延迟补偿？我们不是想要快速控制吗？前馈控制的额外成本是什么？我们如何设计一个策略，让两个控制器都调节同一个阀门？什么程序用于调整前馈控制？5.2.4前馈控制设计原则讨论一个流化床反应器5.2.4前馈控制设计原则设计前馈控制以提高性能进料扰动导致性能不好。使用串级怎么样？5.2.4前馈控制设计原则设计前馈控制以提高性能注意：扰动是进料成分5.2.4前馈控制设计原则设计前馈控制以提高性能A2满足所有规则，可以用作前馈变量。5.2.4前馈控制设计原则5.2.4前馈控制设计原则

流化床反应器控制性能比较单回路控制前馈-反馈控制注意：模型误差很小，大多数实验前馈都没有这么好！前馈-反馈性能更好，为什么？5.2.4前馈控制设计原则使用前馈-反馈控制得与失?对于下面扰动系统如何响应?T2发生扰动加热介质入口压力扰动T1发生扰动进料成分A2发生扰动AC-1设定点更改5.2.4前馈控制设计原则我们可以结合串级和前馈来获得两者的优势。5.2.5前馈控制案例一、单纯的前馈控制系统单纯的前馈控制系统是开环控制系统，它与开环比值控制系统相似一个流量的变化（扰动）去改变另一个流量，或作为另一个流量控制器的外部设定值单纯的前馈控制系统是不常采用的5.2.5前馈控制案例二、前馈作用和反馈作用相乘的前馈-反馈控制系统该控制系统实质上是比值控制系统但控制的目的不同:一个流量（进料量）是扰动量，另一个流量是操纵变量而在比值控制系统中，两个流量都是操纵变量。前馈控制采用静态前馈时，与变比值控制系统有相同结构5.2.5前馈控制案例三、前馈作用和反馈作用相加的前馈-反馈控制系统原料流量是干扰，它作为前馈信号，与控制器输出信号相加从安全角度考虑，控制阀选气开燃料量副对象Kp2为正，Gc2选反作用，Kc2为正温度主对象Kp1为正，Gc1选反作用，Kc1为正原料量增加，温度下降，KF负，又Kp1为正因此，静态前馈放大系数KFF为正偏置B补偿正常时原料流量F的输出值KFF5.2.6系统设计和参数整定扰动变量的选择前馈控制是按扰动控制的。因此，扰动必须可测如果扰动可控，可直接采用反馈控制系统来控制前馈控制对单一扰动控制，因此，扰动应是主要扰动扰动变量虽然可控，但需经常变化为克服其他扰动，通常采用前馈-反馈控制系统静态前馈的控制规律易实施，通常与反馈控制结合实施动态前馈的控制规律不易实施，通常较少采用主要扰动无法落在串级控制系统的副环内时，常用前馈-反馈控制，可得到比串级控制更好的效应5.2.6系统设计和参数整定前馈补偿装置中静态前馈增益的整定整定方法1:将广义对象控制通道和扰动通道的放大系数测出根据定义，计算出静态前馈放大系数，并实施整定方法2:先不接前馈，扰动F变化一个阶跃量△FPI反馈控制使测量值回复到原稳态值得到反馈控制器输出的变化量是△U，则静态前馈放大系数KFF=△U/△F5.3均匀控制系统均匀控制系统的基本原理和结构均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定知识要点5.3.1均匀控制系统的基本原理和结构均匀控制系统是指对两个被控变量控制的兼顾前一精馏塔的出料是后面塔的进料。要求进入后塔的流量变化平缓要求前塔釜液位稳定5.3.1均匀控制系统的基本原理和结构

简单控制均匀控制均匀控制系统的结构与简单控制系统相同液位所控制的流量通常是下一塔的进料流量通过整定控制器参数达到均匀控制的目的控制器的比例系数K𝑐设置更小一些（或比例度设置更大一些）如有积分，积分时间常数设置的更长一些简单均匀控制系统5.3.1均匀控制系统的基本原理和结构简单均匀控制与单回路液位控制的比较:应用场合不同：简单均匀控制应用于要求液位和流量都想需要兼顾的场合；控制器参数不同：简单均匀控制采用大比例度和大积分时间；液位变送器量程范围不同：简单均匀控制的液位变送器量程范围较大，降低液位检测灵敏度，使液位控制不灵敏；选择的显示仪表不同：简单均匀控制系统的液位只需显示，但流量要记录；简单液位控制系统的液位通常要记录。5.3.1均匀控制系统的基本原理和结构

两个被控变量之差的均匀控制5.3.1均匀控制系统的基本原理和结构

两个被控变量之和的均匀控制5.3.1均匀控制系统的基本原理和结构均匀控制系统特点：用一个控制器使两个被控变量都得到控制;均匀控制:通过控制器参数合理整定实现;均匀控制控制指标:流量平稳或缓慢变化;均匀控制器的整定原则：比例度较大积分时间较长5.3.1均匀控制系统的基本原理和结构(a）精馏段冷凝器压力和气相(b）精馏段冷凝器液位和出料均匀控制液相出料均匀控制液位-流量均匀控制:被控变量是液体流量，兼顾的累积量变化用液位变化表征压力-流量均匀控制:被控变量是气体流量，兼顾的累积量变化用气压变化表征5.3.2控制规律的选择控制器控制规律的选择：①简单均匀控制系统无消除余差的控制要求时，采用P控制有液位无余差控制要求时，采用PI控制②串级均匀控制系统主控制器按上述原则选择控制作用副控制器采用P控制，或PI控制5.3.3参数整定参数整定原则一、纯比例控制规律将比例度放置在不会引起液位超值但相对较大的数值，如δ=200%左右。观察趋势，若液位的最大波动小于允许的范围，则可增加比例度。当发现液位的最大波动大于允许范围，则减小比例度。反复调整比例度，直至液位的波动小于且接近于允许范围止。一般情况δ=100%-200%。5.3.3参数整定

5.4比值控制系统基本原理、结构和性能分析比值控制方案的实施比值控制系统的设计和工程应用知识要点5.4.1基本原理、结构和性能分析介绍：比值控制系统是控制两个物料流量比值的控制系统。比值控制系统中，一个物料流量需要跟随另一个物料流量变化，前者称为从动量，后者称为主动量。主动量：主要物料或关键物料流量，是可测不可控；从动量：可测可控，一般供应有余；5.4.1基本原理、结构和性能分析比值控制系统分类：按结构分为开环和闭环比值控制系统；按实施方案分为相乘和相除方案；按比值分为定比值和变比值控制系统；其中变比值控制系统按控制原理，属于前馈控制系统。比值控制原理图5.4.1基本原理、结构和性能分析单闭环比值控制系统把主动量的测量值乘/除以某一系数后作为从动量控制器的设定值，是一种典型的随动控制系统。相乘方案的比值控制系统方框图单闭环比值控制系统5.4.1基本原理、结构和性能分析双闭环比值控制系统通过比值函数环节及时改变从动量设定值，使从动量与主动量保持所需比值。双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统方框图5.4.1基本原理、结构和性能分析单闭坏比值控制系统与开环比值控制系统的比较单闭环比值控制系统不仅能实现主、从动量的精确流量比值还能克服进入从动量控制回路的扰动影响，控制质量高增加仪表投资较少，控制品质提高较多5.4.1基本原理、结构和性能分析双闭环比值控制系统与两个单回路控制系统的比较当主动量供应不足或由于较大扰动使主动量偏离设定值时,两个独立的单回路控制系统不能使两者的流量保持在所需比值双闭环比值控制系统在主动量供应不足或偏离设定值时,可通过比值函数环节及时改变从动量设定值,使从动量与主动量保持所需比值5.4.1基本原理、结构和性能分析变比值控制系统变比值控制系统是比值随另一个控制器输出变化的比值控制系统是串级控制系统与比值控制系统的结合能根据所需的主被控变量，及时调整比值控制系统的比值，使主被控变量保持恒定或跟踪设定变化5.4.2比值控制系统的实施比值控制系统相乘方案工艺比值系数k:所需保持比值的两个流量之比仪表比值系数K:实施时仪表所设置的比值系数相乘方案时，单闭环比值控制系统是随动控制双闭环比值系统中一个是定值，一个是随动变比值系统是串级比值控制系统5.4.2比值控制系统的实施比值控制系统相乘方案单闭环比值双闭环比值变比值5.4.2比值控制系统的实施

5.4.2比值控制系统的实施

5.4.2比值控制系统的实施

5.4.2比值控制系统的实施仪表比值K的换算方法：(3)仪表比值系数K大于1时的情况在上述两种实施方案中，如果仪表比值系数大于1，则输入到比值函数环节的信号就大于仪表的量程，这时要将比值环节设置在从动量控制回路的反馈通道上，如右图所示：5.4.3比值控制系统的设计①主动量和从动量的选择主动量通常不可控，但可测量。主动量可能有供应不足的问题。从安全角度出发选择主动量和从动量。如该过程变量供应不足会导致不安全时，应选择该过程变量为主动量。从动量通常可控可测，并需要保持一定比值的过程变量。从动量通常供应有余。5.4.3比值控制系统的设计②变送器量程的选择变送器量程的选择影响仪表比值系数的数据。为提高控制精确度：对相乘方案，应使K接近1；对相除方案，应使K在50%左右；计算机控制时，应提高变送器精度。5.4.3比值控制系统的设计③乘法器、开方器的设置当K在0与1间，乘法器应设置在从动量控制回路外；K大于1时，乘法器应设置在从动量控制回路内。加入开方器增加仪器，但读数线性度好，读数误差小，可调范围扩大，副回路呈线性。在负荷变化大及变比值控制系统直接加入开方器。④温度和压力补偿工况下的温度和压力与值不同时，需要进行温压补偿。5.4.3比值控制系统的设计变比值控制系统的类型有单闭环、双闭环和变比值三类，可根据工艺过程控制要求选择。单闭环比值控制系统主动量不可控，但可测量的场合主动量可测可控，变化不大，扰动影响小的场合。双闭环比值控制系统主动量可测可控，变化较大的场合。变比值控制系统比值需由另一控制器调节主动量作为前馈信号，影响串级流量副回路质量偏离控制指标，需改变流量的比值第三过程变量选择质量指标5.4.3比值控制系统的设计比值函数环节的选择1.比值控制系统宜采用相乘方案2.比值函数环节可从乘法器、分流器、加法器等仪表中选择乘法器:需配套恒流给定器，比值系数设置精度较高分流器:较简单，可直接用电位器实施，但精度不高加法器:可直接用控制器输入乘比值系数，比值精度不高3.计算机控制装置或DCS实施比值运算仪表比值系数采用工艺比值系数直接设置4.仪表实施时，K>1需设置在从动量控制回路内5.DCS实施时，允许K>1，比值运算在设定值通道5.4.4参数整定与投运比值控制系统的投运，按单回路控制系统投运方法各自投运主、从动量控制回路，变比值控制按串级控制系统投运的方法投运。5.5分程控制系统基本原理、结构与性能分析分程控制系统设计和工程应用知识要点5.5.1分程控制系统介绍分程控制系统定义:一个控制器的输出去控制两个或两个以上的执行器，分别按控制器输出的不同范围工作的控制系统称为分程控制系统分程控制系统的特点:多个执行器:与有选择器的按操作变量进行选择的控制系统不同分程工作:与多个执行器并联运行不同5.5.1分程控制系统介绍分程的目的:①不同工况需有不同的控制手段。如：pH控制中，正常工况用小阀进行滴加，控制不正常工况用大阀进行控制，这是同向分程反应器温度控制中，反应初期，用热水阀控制反应放热，正常工况用冷水阀移热，这是异向分程5.5.1分程控制系统介绍分程的目的:②扩大控制阀的可调范围国产控制阀的R一般为30.用两个口径不同的控制阀实现分程后，总的可调范围会扩大。例如，大阀A的CAmax=100，小阀B的CBmax=4，则CBmin=4/30=0.133；假设大阀泄漏量为0，则分程控制后，最小总流通能力为0.133,最大总流通能力为100+4；系统的可调范围为(100+4)/0.133=780。5.5.2分程控制系统分类分程控制的类别:同向分程：两个控制器同为气开或气关型异向分程：两个控制器一个为气开另一个为气关型5.5.2分程控制系统分类分程实施的手段：采用阀门定位器改变控制阀的反馈弹簧计算机实现软分程，输出如图示关系5.5.3分程控制系统实例

5.5.3分程控制系统实例控制过程分析：反应初期，釜内温度较低，釜温工作点位于A点，反作用控制器输出增加，应开大蒸汽控制阀𝑉1，直到反应开始放热。反应进行过程中应移走反应热，假设釜温工作点位于图中B点，则反作用控制器输出减少，逐渐开大冷却水调节阀𝑉2，使反应釜温温度恒定。控制系统选用气关-气开异向分程控制。5.5.4分程控制系统设计和工程应用分程控制系统中以气开控制阀为例：当控制阀膜头气压是0MPa时，控制阀流过的流量是泄漏量；当控制阀膜头气压是0.02MPa时，控制阀流过的流量是最小流量。关于分程控制工作范围的选择和实现：根据工艺的安全性，选择控制阀的气开和气关方式；再根据负反馈控制的要求，选择控制器的正反作用方式最后确定分程控制的类型。5.5.4分程控制系统设计和工程应用分程点广义对象特性的突变，用于适应不同控制要求，以异向分程为例：只有一个交接点有过渡的交接点有不灵敏区5.5.4分程控制系统设计和工程应用分程控制系统还可以用于扩大可调范围。应尽可能：减小大阀的泄漏量同时为防止交叉点的突变，控制阀采用对数特性5.5.4分程控制系统设计和工程应用案例1针对精馏塔塔顶馏出物有少量不凝性气体，对精馏塔压力进行分程控制，如图（1）根据工艺的安全性，选择控制阀的气开和气关方式。冷水阀𝑉1选气开，排放阀𝑉2选气开型。（2）根据负反馈的要求，选择控制器的正反作用方式。冷却水阀开大，塔压下降，对象𝐾𝑝1为负；不凝性气体排放阀开大，塔压下降，对象𝐾𝑝2为负，控制器选正作用，𝐾𝑐为负。（3）确定分程控制的类型。塔压低，控制器测量值小，控制器的输出小，应关小控制阀𝑉_1，塔压高，控制器输出增大，塔压还高，应开控制阀𝑉2。5.5.4分程控制系统设计和工程应用实例2：PH控制的分程控制系统PH控制是扩大可调比的分程控制系统，如图（1）根据工艺的安全性，选择控制阀的气开和气关方式。加碱阀V1选气开型，加碱阀（大阀）V2选气开型。（2）根据负反馈的要求，选择控制器的正反作用方式。阀V1开大，PH上升，对象Kp1为正；阀V2开大，PH上升，对象Kp2为正。控制器选反作用，Kc为正。（3）确定分程控制的类型。PH低，控制器测量值小，控制器的输出小，应关小控制阀V1；PH高，控制器输出增大，开小阀V1，全开后，PH还高，应开大阀V2。

5.6选择控制系统基本原理、结构与性能分析选择性控制系统与其他控制系统的结合选择控制系统设计和工程应用中的问题知识要点5.6.1选择控制系统介绍

5.6.1选择控制系统介绍使用选择性控制系统的目的：当生产过程中某一变量超过安全软限时，用另一个控制回路代替原有控制回路选择生产过程中的最高、最低或中间的值，用于指导生产过程，防止事故发生用于逻辑提量或减量的控制系统用于生产过程的开停车的控制系统用于非线性控制规律的实现5.6.2基本结构和性能分析按照选择器的位置和目标进行分类：1.选择器位于两个控制器和一个执行器之间（超驰控制系统）：生产过程中某一工况参数超过安全软限时，用另一个控制回路替代原有控制回路。2.选择器位于几个检测变送环节与控制器之间，这类控制系统主要用于确定被控变量的选点，分为竞争控制系统和冗余系统。3.利用选择器实现非线性控制5.6.2基本结构和性能分析实例：液氨蒸发器的选择控制系统（超驰控制系统）氨冷器温度受液氮液位的影响，液位改变会影响液氮的蒸发空间达标，正常工况下，液位低于安全软限，因此，液位超过安全软限时，LC取代TC进行控制。5.6.2基本结构和性能分析

5.6.2基本结构和性能分析实例：所示反应器温度控制系统，选择其中高点温度用于控制。TT1、TT2、TT3三个输出送高选器TY，将高者作为控制器TC的测量值。因此，称为竞争控制系统。通过竞争，可保证反应器温度不超限。5.6.2基本结构和性能分析实例：冗余系统为防止仪表因故障造成事故。对同一检测点采用多个仪表测量，选择性系统选择中间值或多数值作为该检测点的测量值5.6.2基本结构和性能分析实例：利用选择器对信号进行限幅来实现非线性控制规律。如图，精馏塔进料量对加热量的前馈控制系统中，加热量不允许太少，否则会造成漏液，也不允许太多，否则会造成液泛，为此，加入高、低限幅器。5.6.3与其他控制系统的结合为什么要与其它系统结合？原因:选择控制系统增加了系统的复杂性和灵活性。采用DCS或计算机控制后，实施选择性控制更为容易。因此，把选择性控制系统与其他控制系统相结合，使控制水平更上一个台阶。5.6.3与其他控制系统的结合例1与比值控制系统结合合成氨一段转化炉水碳比逻辑提量和减量控制系统：如图。水指水蒸气，碳指天然气。水碳比过高，消耗的蒸汽量多，不经济；水碳比过低，催化剂表面析碳。采用双闭环比值控制系统，蒸汽作为