《化工儀表及自動(dòng)化》第7章

1、第七章第七章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) l串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)l概述概述l串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程l串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)l串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定定l主、副控制器控制規(guī)律及正、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的選擇反作用的選擇l控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定l均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)l均勻控制的目的均勻控制的目的l均勻控制方案均勻控制方案l比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)l概述概述l比值控制系統(tǒng)的類型比值控制系統(tǒng)的類型l比值控制系統(tǒng)的幾個(gè)問題比值控制系統(tǒng)的幾個(gè)問題l前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)l前饋控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)及其

2、特點(diǎn)l前饋控制系統(tǒng)的主要形前饋控制系統(tǒng)的主要形式式l前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合合l選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)l基本概念基本概念l選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)的類型l積分飽和及其防止積分飽和及其防止l分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)l概述概述l分程控制的應(yīng)用場合分程控制的應(yīng)用場合l分程控制的幾個(gè)問題分程控制的幾個(gè)問題第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)l一、概述一、概述 當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)?？煽紤]采用串級(jí)控制系統(tǒng)。管式加熱爐出口溫度單回路控制系統(tǒng)管式加熱爐出口溫度單回路控制系統(tǒng) 管式加熱爐出口管

3、式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)溫度串級(jí)控制系統(tǒng)管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖 在上述控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)控制器在上述控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)控制器T T1 1C C和和T T2 2C C，接收，接收來自對象不同部位的測量信號(hào)來自對象不同部位的測量信號(hào)1 1和和2 2。T T1 1C C的輸出作為的輸出作為T T2 2C C的給定值，而后者的輸出去控制執(zhí)行器以改變操縱變的給定值，而后者的輸出去控制執(zhí)行器以改變操縱變量。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，這兩個(gè)控制器是串接工作的。量。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，這兩個(gè)控制器是串接工作的。工藝控制指標(biāo)，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。工藝

4、控制指標(biāo)，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。按主變量的測量值與給定值而工作，其輸出作為副變量給定按主變量的測量值與給定值而工作，其輸出作為副變量給定值的那個(gè)控制器。值的那個(gè)控制器。串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。由主變量的測量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)行器和由主變量的測量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對象構(gòu)成的外回路。主、副對象構(gòu)成的外回路。由副變量的測量變送裝置，副控制器

5、執(zhí)行器和副對象所由副變量的測量變送裝置，副控制器執(zhí)行器和副對象所構(gòu)成的內(nèi)回路。構(gòu)成的內(nèi)回路。其給定值來自主控制器的輸出，并按副變量的測量其給定值來自主控制器的輸出，并按副變量的測量值與給定值的偏差而工作的那個(gè)控制器。值與給定值的偏差而工作的那個(gè)控制器。串級(jí)控制系統(tǒng)典型方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)典型方框圖圖圖7-57-5精餾塔塔釜溫度串級(jí)控制系統(tǒng)精餾塔塔釜溫度串級(jí)控制系統(tǒng)11精餾塔；精餾塔；22再沸器再沸器 通過這套串級(jí)控通過這套串級(jí)控制系統(tǒng)，能夠在塔釜制系統(tǒng)，能夠在塔釜溫度穩(wěn)定不變時(shí)，蒸溫度穩(wěn)定不變時(shí)，蒸汽流量能保持恒定值，汽流量能保持恒定值，而當(dāng)溫度在外來干擾而當(dāng)溫度在外來干擾作用下偏離給定值時(shí)，作

6、用下偏離給定值時(shí)，又要求蒸汽流量能作又要求蒸汽流量能作相應(yīng)的變化，以使能相應(yīng)的變化，以使能量的需要與供給之間量的需要與供給之間得到平衡，從而保持得到平衡，從而保持釜溫在要求的數(shù)值上。釜溫在要求的數(shù)值上。 在本例中，選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽在本例中，選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）本身。這樣，當(dāng)干擾來自蒸汽壓力或流量的波動(dòng)時(shí)，量）本身。這樣，當(dāng)干擾來自蒸汽壓力或流量的波動(dòng)時(shí)，副回路能及時(shí)加以克服，以大大減少這種干擾對主變量副回路能及時(shí)加以克服，以大大減少這種干擾對主變量的影響，使塔釜溫度的控制質(zhì)量得以提高。的影響，使塔釜溫度的控制質(zhì)量得以提高。圖圖7-6 7-6 加熱爐出口溫度與

7、燃料油壓力串級(jí)控制系統(tǒng)加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級(jí)控制系統(tǒng) 在本系統(tǒng)中，由在本系統(tǒng)中，由于選擇了燃料油壓力于選擇了燃料油壓力作為副變量，副對象作為副變量，副對象的控制通道很短，時(shí)的控制通道很短，時(shí)間常數(shù)很小，因此控間常數(shù)很小，因此控制作用非常及時(shí)，比制作用非常及時(shí)，比起圖起圖8-28-2所示的控制方所示的控制方案，能更及時(shí)有效地案，能更及時(shí)有效地克服由于燃料油壓力克服由于燃料油壓力波動(dòng)對原料油出口溫波動(dòng)對原料油出口溫度的影響，從而大大度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。提高了控制質(zhì)量。 如果管式加熱爐的主要干擾來自燃料油組分（或熱值）如果管式加熱爐的主要干擾來自燃料油組分（或熱值）波動(dòng)時(shí)，就不

8、宜采用圖波動(dòng)時(shí)，就不宜采用圖7-67-6所示的控制方案，因?yàn)檫@時(shí)主所示的控制方案，因?yàn)檫@時(shí)主要干擾并沒有被包圍在副環(huán)內(nèi)，所以不能充分發(fā)揮副環(huán)抗要干擾并沒有被包圍在副環(huán)內(nèi)，所以不能充分發(fā)揮副環(huán)抗干擾能力強(qiáng)的這一優(yōu)點(diǎn)。干擾能力強(qiáng)的這一優(yōu)點(diǎn)。 圖圖7-7 7-7 化纖廠膠液壓化纖廠膠液壓力與壓力串級(jí)控制系統(tǒng)力與壓力串級(jí)控制系統(tǒng)11計(jì)量泵；計(jì)量泵；22板式熱交換器；板式熱交換器；33過濾器過濾器 在計(jì)量泵和冷卻在計(jì)量泵和冷卻器之間，靠近計(jì)量泵器之間，靠近計(jì)量泵的適當(dāng)位置，選擇壓的適當(dāng)位置，選擇壓力測量點(diǎn)，并作為副力測量點(diǎn)，并作為副變量組成一個(gè)壓力與變量組成一個(gè)壓力與壓力的串級(jí)控制系統(tǒng)，壓力的串級(jí)控制系

9、統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。以提高控制質(zhì)量。 圖 中 主 控 制 器圖 中 主 控 制 器P P1 1C C的輸出作為副控的輸出作為副控制器制器P P2 2C C的給定值，的給定值，由副控制器的輸出來由副控制器的輸出來改變計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，改變計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，從而控制紡絲膠液的從而控制紡絲膠液的壓力。壓力。 圖圖7-8 7-8 冷卻器溫度串級(jí)控制系統(tǒng)冷卻器溫度串級(jí)控制系統(tǒng) 冷卻器溫度串級(jí)控制系統(tǒng)是以被冷卻物料出口溫度為主冷卻器溫度串級(jí)控制系統(tǒng)是以被冷卻物料出口溫度為主變量，冷劑流量為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。變量，冷劑流量為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。l二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程 以管式加熱

10、爐為例說明串級(jí)控制系統(tǒng)如何有效地克服滯后提高以管式加熱爐為例說明串級(jí)控制系統(tǒng)如何有效地克服滯后提高控制質(zhì)量。假定執(zhí)行器采用氣開形式，斷氣時(shí)關(guān)閉控制閥，以防止控制質(zhì)量。假定執(zhí)行器采用氣開形式，斷氣時(shí)關(guān)閉控制閥，以防止?fàn)t管燒壞而釀成事故，溫度控制器爐管燒壞而釀成事故，溫度控制器T T1 1C C和和T T2 2C C都采用反作用方向。都采用反作用方向。 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入一個(gè)閉合的副回路，不僅能迅速克服在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入一個(gè)閉合的副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服過程。作用于副回路的干擾，而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服過程。因此

11、，因此，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量?？刂谱饔?，大大提高了控制質(zhì)量。 l三、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)三、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1 1）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：主回）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：主回路和副回路；有兩個(gè)控制器；主控制器和副控制器；有兩路和副回路；有兩個(gè)控制器；主控制器和副控制器；有兩個(gè)測量變送器，分別測量主變量和副變量。在串級(jí)控制系個(gè)測量變送器，分別測量主變量和副變量。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，統(tǒng)中，主回路是個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路是個(gè)隨動(dòng)控制

12、主回路是個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路是個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)。 （2 2）在串級(jí)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)變量：主變量和副變量。）在串級(jí)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)變量：主變量和副變量。主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝變主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝變量。量。（4 4）串級(jí)控制系統(tǒng)由于增加了副回路，因此具有一定的）串級(jí)控制系統(tǒng)由于增加了副回路，因此具有一定的自適應(yīng)能力，可用于負(fù)荷和操作條件有較大變化的場合。自適應(yīng)能力，可用于負(fù)荷和操作條件有較大變化的場合。 （3 3）在系統(tǒng)特性上，串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的引入，）在系統(tǒng)特性上，串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對象的特性，使控制過程加

13、快，具有超前控制作改善了對象的特性，使控制過程加快，具有超前控制作用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。 四四 、應(yīng)用范圍、應(yīng)用范圍1.容量滯后較大的過程容量滯后較大的過程2.純延時(shí)較大的過程純延時(shí)較大的過程3.干擾變化激烈且幅度干擾變化激烈且幅度 較大的過程較大的過程4.參數(shù)相關(guān)聯(lián)的過程參數(shù)相關(guān)聯(lián)的過程5.非線性過程非線性過程第二節(jié)第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)l一、均勻控制的目的一、均勻控制的目的圖圖7-97-9前后精餾塔的供求關(guān)系前后精餾塔的供求關(guān)系甲塔甲塔: :為了穩(wěn)定操作需為了穩(wěn)定操作需保持塔釜液位穩(wěn)定，必保持塔釜液位穩(wěn)定，必然頻繁地改變塔

14、底的排然頻繁地改變塔底的排出量。出量。 乙塔：乙塔：從穩(wěn)定操作要求從穩(wěn)定操作要求出發(fā)，希望進(jìn)料量盡量出發(fā)，希望進(jìn)料量盡量不變或少變。不變或少變。甲、乙兩塔甲、乙兩塔間的供求間的供求關(guān)系出現(xiàn)了矛盾。關(guān)系出現(xiàn)了矛盾。 為了解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)操作，為了解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)操作，使液位和流量均勻變化，可以采用使液位和流量均勻變化，可以采用均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)。（1 1）兩個(gè)變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。）兩個(gè)變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。（2 2）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許 的范圍

15、內(nèi)波動(dòng)。的范圍內(nèi)波動(dòng)。 圖圖7-107-10前一設(shè)備的液位和后一設(shè)備的進(jìn)料量之關(guān)系前一設(shè)備的液位和后一設(shè)備的進(jìn)料量之關(guān)系11液位變化曲線；液位變化曲線；22流量變化曲線流量變化曲線l二、均勻控制方案二、均勻控制方案圖圖7-117-11簡單均勻控制簡單均勻控制 為了協(xié)調(diào)液位與為了協(xié)調(diào)液位與排出流量之間的關(guān)系，排出流量之間的關(guān)系，允許它們都在各自許允許它們都在各自許可的范圍內(nèi)作緩慢的可的范圍內(nèi)作緩慢的變化。變化。 通過控制器的參通過控制器的參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)。數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)。 圖圖7-12 7-12 串級(jí)均勻控制串級(jí)均勻控制 可在簡單均勻控制可在簡單均勻控制方案基礎(chǔ)上增加一個(gè)流方案基礎(chǔ)上增加一個(gè)流量副回

16、路，即構(gòu)成串級(jí)量副回路，即構(gòu)成串級(jí)均勻控制。均勻控制。 串級(jí)均勻控制系統(tǒng)串級(jí)均勻控制系統(tǒng)的主、副控制器一般都的主、副控制器一般都采用純比例作用的。只采用純比例作用的。只在要求較高時(shí)，為了防在要求較高時(shí)，為了防止偏差過大而超過允許止偏差過大而超過允許范圍，才引入適當(dāng)?shù)姆e范圍，才引入適當(dāng)?shù)姆e分作用。分作用。 在串級(jí)均勻控制系統(tǒng)中，參數(shù)整定的目的不是使變量在串級(jí)均勻控制系統(tǒng)中，參數(shù)整定的目的不是使變量盡快地回到給定值，而是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢盡快地回到給定值，而是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢的變化。的變化。一、概述一、概述加加熱熱爐爐煤氣煤氣空氣空氣TTTICMFTFfFICM第三節(jié)第三節(jié)

17、比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。系的控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制系統(tǒng)。 煤氣：煤氣：主物料、主動(dòng)量、主流量主物料、主動(dòng)量、主流量Q1空氣：空氣：副物料、副動(dòng)量、副流量副物料、副動(dòng)量、副流量Q2作用：作用：使副物料使副物料Q2與主物料與主物料Q1成一定的比例關(guān)系成一定的比例關(guān)系即：即：Q2/Q1=K（K為比例系數(shù)）為比例系數(shù)）l二、比值控制系統(tǒng)的類型二、比值控制系統(tǒng)的類型圖圖7-13 7-13 開環(huán)比值控制開環(huán)比值控制圖圖7-14 7-14 開環(huán)比值控制方框圖開環(huán)比值控

18、制方框圖 結(jié)構(gòu)簡單，只需一臺(tái)純比例控制器，其比例度可以根據(jù)比值要求來設(shè)定；結(jié)構(gòu)簡單，只需一臺(tái)純比例控制器，其比例度可以根據(jù)比值要求來設(shè)定； 主、副流量均開環(huán)；主、副流量均開環(huán)； 這種比值控制方案對副流量這種比值控制方案對副流量Q Q2 2本身無抗干擾能力。所以這種系統(tǒng)只能適本身無抗干擾能力。所以這種系統(tǒng)只能適 用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場合。用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場合。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值控制方是為了克服開環(huán)比值控制方案的不足，在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增加案的不足，在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增加一個(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)而組成的。

19、一個(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)而組成的。 圖圖7-15單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制圖圖7-16單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖 它能實(shí)現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，還可以克服副流量本身干擾對它能實(shí)現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，還可以克服副流量本身干擾對 比值的影響。比值的影響。 它是在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加了主流量它是在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加了主流量控制回路而構(gòu)成的。控制回路而構(gòu)成的。 圖圖7-17 7-17 雙閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制圖圖7-187-18雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖 實(shí)現(xiàn)了比較精確的流量比值，也確保了兩物料總量基本不變。實(shí)現(xiàn)了比較精

20、確的流量比值，也確保了兩物料總量基本不變。 主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝 上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場合。上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場合。 圖圖7-197-19變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng) 要求兩種物料的要求兩種物料的比值能靈活地隨第三變比值能靈活地隨第三變量的需要而加以調(diào)整，量的需要而加以調(diào)整，這樣就出現(xiàn)一種變比值這樣就出現(xiàn)一種變比值控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。圖圖7-207-20變比值控制系統(tǒng)方塊圖變比值控制系統(tǒng)方塊圖三、比值控制系統(tǒng)三、比值控制系統(tǒng) 的幾個(gè)問題的幾個(gè)問題1.1.主、從動(dòng)量確定主、從動(dòng)量確定2.2.控制方案

21、的選擇控制方案的選擇3.3.比值系數(shù)的計(jì)算比值系數(shù)的計(jì)算4.4.控制方案的實(shí)施控制方案的實(shí)施第四節(jié)第四節(jié) 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)l一、前饋控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)一、前饋控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)圖圖7-21 7-21 換熱器的反饋控制換熱器的反饋控制圖圖7-22 7-22 換熱器的前饋控制換熱器的前饋控制圖圖7-247-24反饋控制與前饋控制方框圖反饋控制與前饋控制方框圖圖圖7-237-23前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償過程前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償過程 前饋控制是根據(jù)干前饋控制是根據(jù)干擾的變化產(chǎn)生控制作用擾的變化產(chǎn)生控制作用的。的。反饋控制與前饋控制的檢測信號(hào)和控制信號(hào)有不同的特點(diǎn)：反饋控制與前饋控制的檢測信號(hào)和控制信號(hào)有不

22、同的特點(diǎn)： 反饋控制的依據(jù)是被控變量與給定值的偏差，檢測的信號(hào)是被控變量，控反饋控制的依據(jù)是被控變量與給定值的偏差，檢測的信號(hào)是被控變量，控 制作用發(fā)生時(shí)間是在偏差出現(xiàn)以后。制作用發(fā)生時(shí)間是在偏差出現(xiàn)以后。 前饋控制的依據(jù)是干擾的變化，檢測的信號(hào)是干擾量的大小，控制作用的前饋控制的依據(jù)是干擾的變化，檢測的信號(hào)是干擾量的大小，控制作用的 發(fā)生時(shí)間是在干擾作用的瞬間而不需等到偏差出現(xiàn)之后。發(fā)生時(shí)間是在干擾作用的瞬間而不需等到偏差出現(xiàn)之后。 反饋控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而前饋控制是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而前饋控制是一個(gè)“開開環(huán)環(huán)”控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用類

23、型一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用類型的的PIDPID控制器，而前饋控制要采用專用前控制器，而前饋控制要采用專用前饋控制器。前饋控制器的控制規(guī)律取決于饋控制器。前饋控制器的控制規(guī)律取決于干擾通道的特性與控制通道的特性。對于干擾通道的特性與控制通道的特性。對于不同的對象特性，就應(yīng)該設(shè)計(jì)具有不同控不同的對象特性，就應(yīng)該設(shè)計(jì)具有不同控制規(guī)律的控制器。制規(guī)律的控制器。反饋控制只用一個(gè)控制回路就可克服多個(gè)干擾。反饋控制只用一個(gè)控制回路就可克服多個(gè)干擾。 l二、前饋控制的主要形式二、前饋控制的主要形式 圖圖7-257-25靜態(tài)前饋控制實(shí)施方案靜態(tài)前饋控制實(shí)施方案 熱交換器是熱交換器是應(yīng)用前饋控制較應(yīng)用前饋控制

24、較多的場合，換熱多的場合，換熱器有滯后大、時(shí)器有滯后大、時(shí)間常數(shù)大、反應(yīng)間常數(shù)大、反應(yīng)慢的特性，前饋慢的特性，前饋控制就是針對這控制就是針對這種對象特性設(shè)計(jì)種對象特性設(shè)計(jì)的，故能很好發(fā)的，故能很好發(fā)揮作用。揮作用。 圖圖7-267-26動(dòng)態(tài)前饋控制實(shí)施方案動(dòng)態(tài)前饋控制實(shí)施方案 在靜態(tài)前饋控制在靜態(tài)前饋控制的基礎(chǔ)上，加上延遲的基礎(chǔ)上，加上延遲環(huán)節(jié)或微分環(huán)節(jié)，以環(huán)節(jié)或微分環(huán)節(jié)，以達(dá)到干擾作用的近似達(dá)到干擾作用的近似補(bǔ)償。補(bǔ)償。 按此原理設(shè)計(jì)的按此原理設(shè)計(jì)的一種前饋控制器，有一種前饋控制器，有三個(gè)可以調(diào)整的參數(shù)三個(gè)可以調(diào)整的參數(shù)K K、T T1 1、T T2 2。 K K為放大倍數(shù)，是為了靜態(tài)補(bǔ)償用

25、的。為放大倍數(shù)，是為了靜態(tài)補(bǔ)償用的。T T1 1、T T2 2是時(shí)間常數(shù)，是時(shí)間常數(shù)，都有可調(diào)范圍，分別表示延遲作用和微分作用的強(qiáng)弱。都有可調(diào)范圍，分別表示延遲作用和微分作用的強(qiáng)弱。 將它們組合起來，取長補(bǔ)短，使前饋控制用來克將它們組合起來，取長補(bǔ)短，使前饋控制用來克服主要干擾，反饋控制用來克服其他的多種干擾，兩服主要干擾，反饋控制用來克服其他的多種干擾，兩者協(xié)同工作，能提高控制質(zhì)量。者協(xié)同工作，能提高控制質(zhì)量。圖圖7-277-27換熱器的前饋換熱器的前饋- -反饋控制反饋控制圖圖7-287-28前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)方框圖反饋控制系統(tǒng)方框圖l三、前饋控制的應(yīng)用場合三、前饋控制的應(yīng)用場合

26、（1 1）干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，僅采）干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，僅采用反饋控制達(dá)不到要求的對象。用反饋控制達(dá)不到要求的對象。 （2 2）主要干擾是可測而不可控的變量。）主要干擾是可測而不可控的變量。 （3 3）當(dāng)對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時(shí)，控）當(dāng)對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差，可采用前饋或前饋制質(zhì)量差，可采用前饋或前饋- -反饋控制系統(tǒng)，以提高控制反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。質(zhì)量。 第五節(jié)第五節(jié) 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)l一、基本概念一、基本概念 在這些大型工藝生產(chǎn)過程中，除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)在這些大型工藝生產(chǎn)過程中，除了要求控制

27、系統(tǒng)在生產(chǎn)處于正常運(yùn)行情況下，能夠克服外界干擾，維持生產(chǎn)的平穩(wěn)處于正常運(yùn)行情況下，能夠克服外界干擾，維持生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行外，當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)有一種應(yīng)運(yùn)行外，當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)有一種應(yīng)變能力，能采取相應(yīng)的保護(hù)措施，促使生產(chǎn)操作離開安全極變能力，能采取相應(yīng)的保護(hù)措施，促使生產(chǎn)操作離開安全極限，返回到正常情況。限，返回到正常情況。 事故狀態(tài)下的保護(hù)性措施大致可分成兩種：事故狀態(tài)下的保護(hù)性措施大致可分成兩種： 一種是自動(dòng)報(bào)警，然后由人工進(jìn)行處理，或采用自動(dòng)連鎖、一種是自動(dòng)報(bào)警，然后由人工進(jìn)行處理，或采用自動(dòng)連鎖、自動(dòng)停機(jī)的方法進(jìn)行保護(hù)，稱為自動(dòng)停機(jī)的方法進(jìn)行保護(hù)，稱

28、為“硬保護(hù)硬保護(hù)”。 另一種措施稱為另一種措施稱為“軟保護(hù)軟保護(hù)”，即所謂的，即所謂的選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)。 l二、選擇性控制系統(tǒng)的類型二、選擇性控制系統(tǒng)的類型圖圖7-297-29丙烯冷卻器的兩種控制方案丙烯冷卻器的兩種控制方案 圖（圖（a a）所示的方案實(shí)際上是通過改變換熱面積的方法來達(dá)到控）所示的方案實(shí)際上是通過改變換熱面積的方法來達(dá)到控制溫度的目的。制溫度的目的。 圖（圖（b b）是在圖（）是在圖（a a）的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)）的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)帶上限節(jié)點(diǎn)的液位變送帶上限節(jié)點(diǎn)的液位變送器器（或報(bào)警器）和一個(gè)連接于溫度控制器（或報(bào)警器）和一個(gè)連接于溫度控制器TCTC與執(zhí)行器之間的與執(zhí)

29、行器之間的電磁三通電磁三通閥閥。 圖圖7-30開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)方框圖開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)方框圖圖圖7-31 開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)當(dāng)液位低于當(dāng)液位低于7575時(shí)，輸出時(shí)，輸出p2；當(dāng)液位達(dá)到當(dāng)液位達(dá)到7575時(shí)，時(shí)，p20.1MPa。當(dāng)當(dāng)p2時(shí)，時(shí)，pypx；當(dāng)當(dāng)p20.1MPa時(shí)，時(shí)，py。圖圖7-32 輔助鍋爐壓力取代控制系統(tǒng)輔助鍋爐壓力取代控制系統(tǒng)圖圖7-33 蒸汽壓力與燃料氣壓力選擇性控蒸汽壓力與燃料氣壓力選擇性控制系統(tǒng)方框圖制系統(tǒng)方框圖圖圖7-34混合型選擇性控制方案混合型選擇性控制方案 增加了一個(gè)帶下限增加了一個(gè)帶下限節(jié)點(diǎn)的壓力控制器節(jié)點(diǎn)的壓力控制器P3CP3

30、C和和一臺(tái)電磁三通閥。一臺(tái)電磁三通閥。 當(dāng)燃料氣壓力不足當(dāng)燃料氣壓力不足時(shí)，燃料氣管線的壓力時(shí)，燃料氣管線的壓力就有可能低于燃燒室壓就有可能低于燃燒室壓力，這樣就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)力，這樣就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的回火現(xiàn)象，危及燃料的回火現(xiàn)象，危及燃料氣罐使之發(fā)生燃燒和爆氣罐使之發(fā)生燃燒和爆炸。炸。 間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng) 在一般的控制系統(tǒng)在一般的控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出只控中，調(diào)節(jié)器的輸出只控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，但在某制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，但在某些工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工些工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工藝要求，需將調(diào)節(jié)器的藝要求，需將調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分段，去分別輸出信號(hào)分段，去分別控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào)節(jié)閥。這種控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥。這種控制系統(tǒng)通常稱為：通常稱為：分程控制系分程控制系統(tǒng)。統(tǒng)。第六節(jié)第六節(jié) 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)l一、概述一、概述圖圖7-357-35分程控制系統(tǒng)方框圖分程控制系統(tǒng)方框圖圖圖7-37兩閥異向動(dòng)作兩閥異向動(dòng)作圖圖7