《过程控制与集散系统》课件-项目五 复杂控制过程

控制系统的分类ClassificationofControlSystems.课程名称：《过程控制与集散系统》项目五复杂控制过程-从单回路控制系统到复杂控制系统引言按什么标准划分的？换热器出口温度需常年稳定反应器物料配比需随另一参数灵活变化如何界定简单与复杂的边界？单水箱液位：单一控制回路化工反应釜温度：涉及蒸汽、放热、搅拌等多变量耦合对应怎样分类逻辑？等参数偏离再干预提前预测干扰，提前调节控制系统分类目录01定值VS随动VS程序02开环VS闭环03简单VS复杂04反馈VS前馈一、定值VS随动VS程序定值控制系统该控制系统在生产过程中应用最多。例：换热器中被加热流体的出口温度需达到所要求的固定值。随动控制系统又称自动跟踪系统，多见于复杂控制系统中。例：在反应器中，乙物料流量与甲物料流量呈比例，其设定值随甲流量发生随机变化。这类系统在间歇生产过程中的应用比较广泛。例：罐头的杀菌温度控制、造纸时制浆蒸煮温度控制等。定值控制系统按给定值变化规律划分二、开环VS闭环开环控制开环控制系统的操纵变量不受系统输出信号的影响，控制器只是根据扰动（输入）信号来进行控制。闭环控制输出信号以反馈方式送到控制器的输入端，影响系统输出，形成闭环控制系统。最常见的形式为反馈系统。三、简单VS复杂简单控制系统，也称为单回路控制系统三、简单VS复杂复杂控制系统夹套式反应器温度控制系统图

夹套式反应器温度控制系统方框图四、反馈VS前馈反馈控制系统四、反馈VS前馈前馈控制系统四、反馈VS前馈前馈-反馈控制系统其他控制系统按控制作用的形式连续控制系统继电作用控制系统离散控制系统按控制系统的特性连续控制系统继电作用控制系统

控制信号连续变化，如液位的精准调节

间隔性控制，如定时取样检测

开/关式控制，如水箱液位到上限就关泵，下限就开泵

参数关系呈正比，控制简单

受温度、压力等影响，参数关系复杂，如锥形罐液位控制课程小结分类价值不同分类维度对应不同的工业选型需求掌握分类能快速判断场景适配的控制方案选型举例间歇生产

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程序控制系统高精度严要求

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复杂控制系统简单参数稳定

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单回路定值控制系统下阶段目标结合已学的执行器知识，讲解不同控制系统下的执行器选型推动理论知识向工程实操落地思想升华精准适配、守正创新定值控制：坚守工艺基准与安全底线复杂控制：应对多变量、强耦合的挑战开环与闭环：简洁与精准中取得平衡前馈-反馈：实现预测与校正的协同优化锤炼系统思维建立分类施策、对症下药的分析能力树立责任意识理解失之毫厘，谬以千里的严苛要求

严谨态度对待技术选择，专业能力筑牢产业根基，精准适配中践行

新时代工业人的使命担当串级控制的表示和特点复杂控制过程-从单回路控制系统到复杂控制系统RepresentationandCharacteristicsofCascadeControl.课程名称：《过程控制与集散系统》问题导入单回路控制系统应用广泛可解决约85%

的工业控制问题存在局限对某些特殊工况控制效果不佳，甚至失效复杂控制如：串级控制提高控制质量如：比值控制、分程控制为特殊控制所设定问题导入单容控制系统结构双容控制系统结构扰动量控制性能被控变量比较结果稳定性：单容＞双容调节时间：单容＜双容动态偏差：单容＜双容问题分析干扰流量1调节阀进口流量两者性能差别主要原因：控制滞后进口流量变化时的滞后经过上水箱这样一个一阶惯性环节，才能影响到下水箱。控制器调节时的滞后控制作用也需经过上水箱惯性环节才能传递至下水箱。双容要比单容在时间上滞后，导致其动态偏差较大，容量滞后。01性能提升解决方案与方案优化02串级控制的表示03串级控制的特点目录一、性能提升解决方案与方案优化干扰流量进口流量一、流量+液位定值控制优点可快速克服进口流量干扰对被控变量的影响，且方法简便，易于实现。缺点不能克服干扰流量的影响。一、性能提升解决方案与方案优化二、液位+液位定值控制优点可快速克服进口流量和干扰流量对被控变量的影响，且方法简便，易于实现。缺点调节时间相对稍长。一、性能提升解决方案与方案优化干扰流量进口流量方案一方案二这两种方法都会提高下水箱液位稳定性，却有一个共同缺点：进水管道上需安装两个调节阀，导致设备较多。一、性能提升解决方案与方案优化干扰流量进口流量方案一一、性能提升解决方案与方案优化方案二二、串级控制的表示以方案二为例方案二方框图采用两个调节器串联工作下水箱调节器主调节器（设定副调节器的给定值）上水箱调节器副调节器（直接控制调节阀）二、串级控制的表示以方案二为例方案二方框图与单回路系统的区别：形成了双闭环结构副环副调节器和液位2形成的闭环主环主调节器和液位1形成的闭环串级控制系统副环是串联在主环之中二、串级控制的表示控制系统主、副回路各司其职，协同工作，体现出现实工作中团队协作与系统思维的重要性。实际应用需要多个环节紧密配合、分层负责，才能实现整体目标的高效稳定运行。现实启示注重结构优化、信息联动与责任分层，才能应对复杂挑战，提升整体效能。二、串级控制的表示副回路由副调节器、调节阀、副对象、副测量变送器组成的回路。主回路整个串级控制系统包括主对象、主调节器、副回路等效环节和主变量测量变送器，称为主回路，又称为主环或外环。主回路定值控制系统，满足工艺要求。副回路随动控制系统。根据主控制器的输出值，控制副对象的输出，能克服回路中的干扰影响，提高整个系统的控制性能。串级控制一般方框图三、串级控制的特点改善过程动态特性串级控制系统可以看作是一个改变了过程特性的单回路系统。由于副回路的存在，相当于改善了部分过程的动态特性，使过程时间常数和放大系数都减小了，从而使系统的反应速度加快，控制更为及时，提高系统的控制质量。三、串级控制的特点增强对二次扰动的克服能力抗干扰机制二次扰动进入副回路，还没有等它影响到主变量时，副调节器开始动作，对主变量的影响较小，提高主变量的控制质量。抗扰能力对比对于进入副回路的干扰，串级控制系统比在相同条件下的单回路系统具有较强的抗扰动能力。系统结构特点串级控制系统比单回路系统多一个副回路。三、串级控制的特点系统工作频率提高时间常数：动态特性副回路使等效过程的时间常数减小时间常数：在采用串级控制时系统的工作频率就比采用单回路控制时为高（在相同衰减比下）：及时克服干扰快速消除偏差整体控制质量提高三、串级控制的特点有一定的自适应能力串级控制系统主回路是一定值系统，副回路是一个随动系统。自适应机制主调节器根据负荷与操作条件变化，动态调整副调节器的给定值。副回路随动响应，使系统适应外部变化。控制效果具有一定的自适应能力。系统控制性能随负荷变化，表现出很强的适应性。课