過程控制及自動(dòng)化儀表課件綜述

1、 調(diào)節(jié)器的功能調(diào)節(jié)器的功能（1 1）偏差顯示）偏差顯示 （2 2）輸出顯示）輸出顯示 （3 3）內(nèi)、外給定的選擇）內(nèi)、外給定的選擇 （4 4）正、反作用的選擇）正、反作用的選擇 工程上，通常將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而工程上，通常將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而增大時(shí)，稱為增大時(shí)，稱為正作用調(diào)節(jié)器正作用調(diào)節(jié)器；而將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋；而將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而減小時(shí)，稱為輸入的增大而減小時(shí)，稱為反作用調(diào)節(jié)器反作用調(diào)節(jié)器。 DDZ- DDZ-型基型調(diào)節(jié)器型基型調(diào)節(jié)器1 1、DDZ-DDZ-型儀表的特點(diǎn)及外形型儀表的特點(diǎn)及外形測量信號(hào)：測量信號(hào)： 1 15V.DC 5V.DC 外給定信

2、號(hào)：外給定信號(hào)：4 420mA.DC20mA.DC內(nèi)給定信號(hào)：內(nèi)給定信號(hào)：1 15V.DC 5V.DC 測量與給定信號(hào)的指示精度：測量與給定信號(hào)的指示精度：1 1輸入阻抗影響：輸入阻抗影響：滿刻度的滿刻度的0.10.1 輸出保持特性：輸出保持特性：0.10.1（每小時(shí)）（每小時(shí)）輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：4 420mA.DC 20mA.DC 調(diào)節(jié)精度：調(diào)節(jié)精度：0.50.5負(fù)載電阻：負(fù)載電阻：250250750750全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成框圖 2 2、全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成原理全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成原理 全刻度指示調(diào)節(jié)器的線路實(shí)例全刻度指示調(diào)節(jié)器的線路實(shí)例 調(diào)節(jié)器的整機(jī)傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器的整機(jī)傳遞函數(shù)

3、25011111112)()()(0sKTsTsKTsTCCnsVsVsIiiidddMIsi 執(zhí)行器執(zhí)行器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號(hào)傳輸快、損失小，可遠(yuǎn)：電源配備方便，信號(hào)傳輸快、損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。距離傳輸；但推力較小。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單：結(jié)構(gòu)簡單,可靠，維護(hù)方便，防火防爆；但氣可靠，維護(hù)方便，防火防爆；但氣源配備不方便。源配備不方便。液動(dòng)調(diào)節(jié)閥液動(dòng)調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動(dòng)力，推力最大；但安裝、維護(hù)：用液壓傳遞動(dòng)力，推力最大；但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。麻煩，使用不多。工業(yè)中使用最多的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。工業(yè)中使用最多的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

4、執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式選擇 執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式選擇的原則：主要是從生產(chǎn)安全的角度來考慮。即：當(dāng)生產(chǎn)斷電或其他故障引起信號(hào)中斷時(shí)，執(zhí)行器的工作狀態(tài)應(yīng)避免損壞設(shè)備和傷害操作人員。 調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。被控介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度（被控介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度（相對(duì)位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。相對(duì)位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。max( )qlfqLq/qmax 相對(duì)流量相對(duì)流量 l/L 相對(duì)開度相對(duì)開度 固有（理

5、想）流量特性固有（理想）流量特性在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性稱為固有在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。流量特性。它取決于閥芯的形狀。（a a）快開特性（）快開特性（b b）直線特性（）直線特性（c c）等百分比特性）等百分比特性 流量特性的選擇流量特性的選擇 1 1）依據(jù)過程特性選擇。）依據(jù)過程特性選擇。 一個(gè)過程控制系統(tǒng)，在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，要一個(gè)過程控制系統(tǒng)，在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，要使系統(tǒng)保持期望的控制品質(zhì)，則必須要求使系統(tǒng)保持期望的控制品質(zhì)，則必須要求系統(tǒng)總的系統(tǒng)總的放大系數(shù)在整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。放大系數(shù)在整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。一般

6、變送器、一般變送器、已整定好的調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等放大系數(shù)基本上是已整定好的調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等放大系數(shù)基本上是不變的，但過程特性則往往是非線性的，其放大系不變的，但過程特性則往往是非線性的，其放大系數(shù)隨負(fù)荷而變。因此，必須通過合理選擇調(diào)節(jié)閥的數(shù)隨負(fù)荷而變。因此，必須通過合理選擇調(diào)節(jié)閥的工作特性，以補(bǔ)償過程的非線性，其選擇原則工作特性，以補(bǔ)償過程的非線性，其選擇原則: : 0vK K 常數(shù)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù) 被控過程的放大系數(shù) 2 2）依據(jù)配管情況選擇）依據(jù)配管情況選擇 配管狀況配管狀況S=1-0.6S=0.6-0.3工作特性工作特性直線直線等百分比等百分比直線直線等百分比等百分比理想特性理想特性直

7、線直線等百分比等百分比等百分比等百分比等百分比等百分比3 3）依據(jù)負(fù)荷變化情況選擇）依據(jù)負(fù)荷變化情況選擇 在負(fù)荷變化較大的場合，宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥；此外，在負(fù)荷變化較大的場合，宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥；此外，當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時(shí)，則宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥。因當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時(shí)，則宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥。因?yàn)橹本€調(diào)節(jié)閥工作在小開度時(shí)，其相對(duì)流量的變化率很大，為直線調(diào)節(jié)閥工作在小開度時(shí)，其相對(duì)流量的變化率很大，不宜進(jìn)行微調(diào)。不宜進(jìn)行微調(diào)。 過程建模的基本概念過程建模的基本概念 被控過程的數(shù)學(xué)模型及其作用被控過程的數(shù)學(xué)模型及其作用 被控過程的數(shù)學(xué)模型是指過程的輸入變量與輸被控過程的數(shù)學(xué)模型是指過程的輸入變量

8、與輸出變量之間定量關(guān)系的描述出變量之間定量關(guān)系的描述 自平衡特性其傳遞函數(shù)的典型形式有：自平衡特性其傳遞函數(shù)的典型形式有：()(1 )KGsT s一階慣性環(huán)節(jié)一階慣性環(huán)節(jié) 二階慣性環(huán)節(jié)二階慣性環(huán)節(jié) 12()(1)(1)KGsT sT s()(1 )sK eGsT s12( )(1)(1)sK eGsT sT s二階慣性二階慣性+ +純滯后環(huán)節(jié)純滯后環(huán)節(jié) 一階慣性一階慣性+ +純滯后環(huán)節(jié)純滯后環(huán)節(jié) 過程建模方法過程建模方法 1 1機(jī)理演繹法機(jī)理演繹法 根據(jù)被控過程的內(nèi)部機(jī)理，運(yùn)用已知的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)根據(jù)被控過程的內(nèi)部機(jī)理，運(yùn)用已知的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，用數(shù)學(xué)解析平衡關(guān)系，用數(shù)學(xué)解析的方法求取被控過程

9、的數(shù)學(xué)模型。的方法求取被控過程的數(shù)學(xué)模型。 2 2試驗(yàn)辨識(shí)法試驗(yàn)辨識(shí)法3. 3. 混合法混合法 機(jī)理演繹法與試驗(yàn)辯識(shí)法的相互交替使用的一種機(jī)理演繹法與試驗(yàn)辯識(shí)法的相互交替使用的一種方法。方法。 先給被控過程人為地施加一個(gè)輸入作用，然后記錄先給被控過程人為地施加一個(gè)輸入作用，然后記錄過程的輸出變化量，得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線，最過程的輸出變化量，得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線，最后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。方波響應(yīng)曲線法方波響應(yīng)曲線法 響應(yīng)曲線法：響應(yīng)曲線法： 階躍響應(yīng)曲線法階躍響應(yīng)曲線法12110()()()()()yty ty ty ty

10、 t t12110( )( )( )( )()u tu tu tu tu t t1010( )( )y ty t110( )( )()y ty ty tt00tt 1001 0(2 )(2 )( )y ty ty t002t tt 比例控制的特點(diǎn) 1 1、控制及時(shí)、適當(dāng)。只要有偏差，輸出立刻成比例地變控制及時(shí)、適當(dāng)。只要有偏差，輸出立刻成比例地變 化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)。化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)。 2 2、控制結(jié)果存在靜差。因?yàn)椋绻徽{(diào)量偏差為零，調(diào)控制結(jié)果存在靜差。因?yàn)?，如果被調(diào)量偏差為零，調(diào)節(jié)器的輸出也就為零節(jié)器的輸出也就為零 u = KC eu = KC e 即調(diào)節(jié)作

11、用是以偏差存在為前提條件，不可能做到無即調(diào)節(jié)作用是以偏差存在為前提條件，不可能做到無靜差調(diào)節(jié)。靜差調(diào)節(jié)。 所謂所謂比例度比例度就是指控制器輸入偏差的相對(duì)變化值與相應(yīng)就是指控制器輸入偏差的相對(duì)變化值與相應(yīng)的輸出相對(duì)變化值之比，用百分?jǐn)?shù)表示。的輸出相對(duì)變化值之比，用百分?jǐn)?shù)表示。maxminmaxmineu(/) 100%eeuu 其中：其中： e為輸入偏差為輸入偏差 u為控制器輸出的變化量為控制器輸出的變化量（emax - emin）為）為輸入輸入的最大變化量的最大變化量, 即輸入量程即輸入量程（umax umin）為輸出的最大變化量）為輸出的最大變化量 , 即控制器的輸出量程即控制器的輸出量程

12、如果控制器輸入、輸出量程相等，則如果控制器輸入、輸出量程相等，則: :Ce1100%100%uK一臺(tái)DDZ型溫度比例控制器，測溫范圍為溫度比例控制器，測溫范圍為20020012001200。當(dāng)溫度給定值由。當(dāng)溫度給定值由800800變到變到850850時(shí)，其輸出時(shí)，其輸出從從12mA12mA變化到變化到16mA16mA。求該控制器的比例度。該控制器。求該控制器的比例度。該控制器是屬于正作用還是反作用，為什么是屬于正作用還是反作用，為什么? ?解：maxmaxeueu/100% 20% 當(dāng)給定信號(hào)增加時(shí)，控制器的偏差信號(hào)是減當(dāng)給定信號(hào)增加時(shí)，控制器的偏差信號(hào)是減小的，而這時(shí)輸出信號(hào)反而增加，故該

13、小的，而這時(shí)輸出信號(hào)反而增加，故該控制器屬控制器屬于反作用控制器于反作用控制器。 積分控制的特點(diǎn)積分控制的特點(diǎn)1、當(dāng)有偏差存在時(shí)，積分輸出將隨時(shí)間增長（或當(dāng)有偏差存在時(shí)，積分輸出將隨時(shí)間增長（或 減小）；當(dāng)偏差消失時(shí)，輸出能保持在某一值上。減小）；當(dāng)偏差消失時(shí)，輸出能保持在某一值上。2 2、積分作用具有保持功能，故積分控制可以消除積分作用具有保持功能，故積分控制可以消除 余差。余差。3 3、積分輸出信號(hào)隨著時(shí)間逐漸增強(qiáng)，控制動(dòng)作緩積分輸出信號(hào)隨著時(shí)間逐漸增強(qiáng)，控制動(dòng)作緩慢，故積分作用不單獨(dú)使用。慢，故積分作用不單獨(dú)使用。一臺(tái)DDZ型液位調(diào)節(jié)器，=80%，TI=1min,穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為6mA,瞬間

14、輸入突然增加了0.3mA,問經(jīng)過了3min后，其輸出為多少？（調(diào)節(jié)器為正作用）解： 0.375 1.1251.5mA61.57.5mA3 0.375 1.125mA10 .30 .3 7 58 0 %m A0tccIkukee d tT一臺(tái)具有比例積分控制規(guī)律的DDZ型調(diào)節(jié)器，其=200%，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為5mA,瞬間輸入突然增加了0.5mA,經(jīng)過了30s后，輸出由5mA變?yōu)?mA，試問該控制器的積分時(shí)間TI為多少？ 解：0tccIkukee d tT111306 50.50.5200%200%60IT 1m in106ITs 微分控制的特點(diǎn)1、微分作用能超前控制。在偏差出現(xiàn)或變化的瞬微分作用能超

15、前控制。在偏差出現(xiàn)或變化的瞬 間，微分立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快間，微分立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。地消除于萌芽狀態(tài)之中。2、微分對(duì)靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)偏差存在，微分對(duì)靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)偏差存在，但不變化時(shí)，微分輸出為零，因此不能單獨(dú)使用。但不變化時(shí)，微分輸出為零，因此不能單獨(dú)使用。必須和必須和P或或PI結(jié)合，組成結(jié)合，組成PD控制或控制或PID控制?？刂?。 將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項(xiàng)將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項(xiàng)作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又能消

16、除余差，可得到滿意的控制效果。到滿意的控制效果。 PID PID控制作用中，比例作用是基礎(chǔ)控制；微分作用是用于控制作用中，比例作用是基礎(chǔ)控制；微分作用是用于加快系統(tǒng)控制速度；積分作用是用于消除靜差。加快系統(tǒng)控制速度；積分作用是用于消除靜差。4 4、比例積分微分控制（比例積分微分控制（PIDPID）sKTsTKsTsTKsGDDIIDICC1111)( 控制參數(shù)的確定 1.選擇結(jié)果應(yīng)使控制通道的靜態(tài)增益 盡可能大，選擇適當(dāng)。 時(shí)間常數(shù)2.控制通道的純時(shí)延時(shí)間 應(yīng)盡可能小, 000.3T3.干擾通道的靜態(tài)增益 應(yīng)盡可能小；時(shí)間常數(shù) 應(yīng)盡可能大，其個(gè)數(shù)位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。盡可能多；

17、擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的4.當(dāng)廣義被控過程由幾個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法使幾個(gè)時(shí)間常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性。5.考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟(jì)性 fKfT 執(zhí)行器的選擇 1. 執(zhí)行器的選型 在過程控制中，使用最多的是氣動(dòng)執(zhí)行器，其次是電動(dòng)執(zhí)行器。應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)、對(duì)執(zhí)行器推力的需求以及被控介質(zhì)的具體情況和保證安全等因素加以選擇并且確定。 2. 氣動(dòng)執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇 氣動(dòng)執(zhí)行器分氣開、氣關(guān)兩種形式，它的選擇首先應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)為零時(shí)使生產(chǎn)處于安全狀態(tài)的原則確定；其次，在保證安全的前提下，還應(yīng)根據(jù)是否有利于節(jié)能、是否有利于開車、停車等進(jìn)行選擇。

18、 3. 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 通過選擇調(diào)節(jié)閥的非線性流量特性來補(bǔ)償被控過程的非線性特性，以達(dá)到系統(tǒng)總的放大倍數(shù)近似線性的目的 調(diào)節(jié)器正/反作用方式的選擇調(diào)節(jié)器正反作用選擇原則： 執(zhí)行器： 氣開式“+” 氣關(guān)式“- ” 調(diào)節(jié)器： 正作用“+” 反作用“-” 被控過程： 正作用“+” 當(dāng)被控過程的輸入量增加時(shí)，被控參數(shù)也隨之增加，則稱之為正作用被控過程。被控過程： 反作用“-” 當(dāng)被控過程的輸入量增加時(shí)，被控參數(shù)也隨之減小，則稱之為反作用被控過程。（調(diào)節(jié)器“ ”）（執(zhí)行器“ ”）（過程“ ”）=“ - ” 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定 1臨界比例度法 2衰減曲線法 3反應(yīng)曲線法 原油TCFC燃料油串級(jí)控制系統(tǒng)

19、2 2）能改善控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力；）能改善控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力； 3 3）對(duì)非線性情況下的負(fù)荷或操作條件的變化有一定的適應(yīng)能力。）對(duì)非線性情況下的負(fù)荷或操作條件的變化有一定的適應(yīng)能力。串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：1 1）對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的抑制能力；）對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的抑制能力； 主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主調(diào)主調(diào)：定值控制；：定值控制；副調(diào)副調(diào)：隨動(dòng)控制。：隨動(dòng)控制。 主被控制器主被控制器 PI,PID PI,PID副被控制器副被控制器 P P主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇主、副調(diào)

20、節(jié)器正、反作用方式的選擇副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器：（調(diào)節(jié)器（調(diào)節(jié)器“”）（執(zhí)行器）（執(zhí)行器“”）（過程）（過程“”）=“ - ”=“ - ”主調(diào)節(jié)器：主調(diào)節(jié)器：（調(diào)節(jié)器（調(diào)節(jié)器“”）（主過程）（主過程“”）（副過程）（副過程“”）=“ - ”=“ - ” 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)前饋控制的基本概念又稱干擾補(bǔ)償控制：按干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，克服干擾比反饋快；理論上，可實(shí)現(xiàn)理想控制。 0FBY sGsGs GsF s sGsGsGFB0 3. 3. 前饋反饋復(fù)合控制前饋反饋復(fù)合控制 sFsGsGsGsGsGsXsGsGsGsGsYcBFcc000011 00sGsGsGBF )(/0sGsGsGFB 前饋反

21、饋復(fù)合控制系統(tǒng)的特征方程為前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的特征方程為系統(tǒng)的穩(wěn)定性與前饋控制器無關(guān)。干擾對(duì)輸出的影響卻只有開環(huán)前系統(tǒng)的穩(wěn)定性與前饋控制器無關(guān)。干擾對(duì)輸出的影響卻只有開環(huán)前饋控制的饋控制的 010cGs Gs 01 /1cGs Gs 前饋控制的特點(diǎn) （1）前饋控制是一種開環(huán)控制。 （2）前饋控制是一種按干擾大小進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂?。它是將干擾的大小，通過前饋控制器和控制通道的作用及時(shí)有效的抑制干擾對(duì)被控參數(shù)的影響，而不是像反饋控制那樣，要待被控參數(shù)產(chǎn)生偏差后再進(jìn)行控制。 （3）前饋控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律與常規(guī)PID調(diào)節(jié)規(guī)律不同，即由過程特性決定的。所以，它是一個(gè)專用控制器。不同的過程特性，其調(diào)節(jié)規(guī)律是不

22、同的。 （4）前饋控制只能抑制可測不可控的干擾對(duì)被控參數(shù)的影響。如果干擾是不可測的，那就不能進(jìn)行前饋控制；如果干擾是可測且可控的，則只要設(shè)計(jì)一個(gè)定值控制系統(tǒng)就行了，而無需采用前饋控制。6.2.2 前饋控制的特點(diǎn)及局限性 2、前饋控制的局限性 （1）在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，使被控參數(shù)變化的干擾是很多的，不可能根據(jù)每一個(gè)干擾設(shè)計(jì)和應(yīng)用一套獨(dú)立的前饋控制器。 （2）對(duì)不可測的干擾無法實(shí)現(xiàn)前饋控制。 （3）決定前饋控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律的是過程的動(dòng)態(tài)性GF(s)和G0(s)，而GF(s)和G0(s)的精確值是很難得到的，即使能夠得到，有時(shí)也很難實(shí)現(xiàn)。 為了獲得滿意的控制效果，合理的控制方案是把前饋控制和反饋控

23、制結(jié)合起來，組成前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。這樣，一方面利用前饋控制有效的減少干擾對(duì)被控參數(shù)的動(dòng)態(tài)影響；另一方面，則利用反饋控制使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上，從而保證了系統(tǒng)較高的控制質(zhì)量。 項(xiàng)目 反饋控制 前饋控制控制的依據(jù)被控參數(shù)的偏差干擾量的大小檢測的信號(hào)被控參數(shù)干擾量控制作用發(fā)生的時(shí)間偏差出現(xiàn)后偏差出現(xiàn)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)閉環(huán)控制開環(huán)控制控制質(zhì)量有差控制無差控制控制器通用PID專用控制器經(jīng)濟(jì)性和可靠性一種系統(tǒng)可克服多種干擾每一種干擾都要有一個(gè)控制系統(tǒng)前饋與反饋的比較當(dāng)總進(jìn)料量是主要擾動(dòng)時(shí)，控制方案如下圖所示。該方案為前饋反饋控制系統(tǒng)方案。如果負(fù)荷是主要擾動(dòng)，我們將總進(jìn)料量測出，將流量信號(hào)送到前饋補(bǔ)償裝置，

24、其輸出與溫度控制器的輸出相迭加，作為總的控制作用。這時(shí)，當(dāng)進(jìn)料量發(fā)生變化后，不需要等到出現(xiàn)偏差，燃料量就會(huì)及時(shí)作相應(yīng)的調(diào)整，結(jié)果使控制過程中的溫度偏差大為減小。 當(dāng)燃料壓力是主擾動(dòng)時(shí)，控制方案如右圖所示。該方案為被加熱物料出口溫度對(duì)燃料氣流量的串級(jí)控制系統(tǒng)方案。當(dāng)燃料氣壓力發(fā)生變化是，利用副環(huán)的作用，可以迅速地對(duì)擾動(dòng)作出反應(yīng)，調(diào)整燃料閥的開度，調(diào)整較為及時(shí)。但是這只是一個(gè)粗略的調(diào)整，擾動(dòng)對(duì)溫度的影響還需通過主環(huán)作進(jìn)一步的細(xì)調(diào)，使被控的主變量被加熱物料出口溫度保持在期望值。 如圖所示的氨冷器，用液氨冷卻銅液，要求出口銅液溫度恒定。為保證氨冷器內(nèi)有一定的汽化空間，避免液氨帶入冰機(jī)造成事故，采用溫度

25、液位串級(jí)控制。TTTCLCLT銅液液氨氣氨1) 此串級(jí)控制系統(tǒng)的主副被控變量各是什么？2) 試設(shè)計(jì)一溫度液位串級(jí)控制系統(tǒng)完成該控制方案（即將圖示的氨冷器控制系統(tǒng)示意圖補(bǔ)充完整）；3)試畫出溫度液位串級(jí)控制系統(tǒng)的方塊圖；4)確定氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式，并說明原因；5)確定主副調(diào)節(jié)器的正反作用。TTTCLCLT銅液液氨氣氨TCLC調(diào)節(jié)閥液位對(duì)象溫度對(duì)象液位測量變送溫度測量變送E1R2E2PQZ2Z1R1干擾干擾當(dāng)氣源中斷時(shí)，為了確保氨冷器內(nèi)有一定的汽化空間，應(yīng)該選擇氣開調(diào)節(jié)閥；液位控制器作用方向的確定： 當(dāng)液位升高時(shí)，應(yīng)該關(guān)小調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥為氣開閥，故液位控制器為反作用；溫度控制器作用方向的確定

26、：溫度對(duì)象為“”作用方向，依據(jù)使系統(tǒng)稱為負(fù)反饋的原則，溫度控制器應(yīng)該為正作用。1 1、開環(huán)比值控制系統(tǒng)、開環(huán)比值控制系統(tǒng)2 2、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 比值控制系統(tǒng)即是：使一種物料隨另一種物料按一定比例變化的比值控制系統(tǒng)即是：使一種物料隨另一種物料按一定比例變化的控制系統(tǒng)。其中處于主導(dǎo)地位的物料為主物料或主流量，用控制系統(tǒng)。其中處于主導(dǎo)地位的物料為主物料或主流量，用q q1 1表示；表示；其他物料稱為從物料或副流量，用其他物料稱為從物料或副流量，用q q2 2表示。表示。q2/q1=k 丁烯洗滌塔的任務(wù)是除去丁烯餾分中所夾帶的乙腈，為了保證洗丁烯洗滌塔的任務(wù)是除去丁烯餾分中所夾

27、帶的乙腈，為了保證洗滌質(zhì)量，要求根據(jù)進(jìn)料流量配以一定比例的洗滌水量。滌質(zhì)量，要求根據(jù)進(jìn)料流量配以一定比例的洗滌水量。FTKFCFT帶乙腈的丁烯餾分丁烯帶乙腈的洗滌水洗滌水丁烯洗滌塔進(jìn)料量與洗滌水量的比值控制系統(tǒng)洗滌塔3 3、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)大大克服了主流量的干擾，使主流量變得比雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)大大克服了主流量的干擾，使主流量變得比較平穩(wěn)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是升降負(fù)荷比較方便，只要改變主流量的設(shè)定值較平穩(wěn)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是升降負(fù)荷比較方便，只要改變主流量的設(shè)定值即可。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)常用在主流量干擾頻繁或工藝上經(jīng)常需要即可。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)常用在主流量干擾頻繁

28、或工藝上經(jīng)常需要升降負(fù)荷的場合。升降負(fù)荷的場合。 圖示烷基化裝置中的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。進(jìn)入反應(yīng)器的異丁烷-丁烯餾分要求按比例配以催化劑硫酸，同時(shí)又要求各自的流量比較穩(wěn)定。反應(yīng)器FCFCK異丁烷-丁烯出料硫酸異丁烷-丁烯餾分與硫酸的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 比值控制是解決不同物料流量之間的比例關(guān)系問題。當(dāng)使用比值控制是解決不同物料流量之間的比例關(guān)系問題。當(dāng)使用單元組合儀表時(shí)，因輸入輸出參數(shù)均為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，所以，單元組合儀表時(shí)，因輸入輸出參數(shù)均為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，所以，比值器參數(shù)必須由實(shí)際物料流量的比值系數(shù)折算成儀表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)比值器參數(shù)必須由實(shí)際物料流量的比值系數(shù)折算成儀表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)。一信號(hào)。()（1

29、 1）流量與檢測信號(hào)呈非線性關(guān)系）流量與檢測信號(hào)呈非線性關(guān)系 比值器參數(shù)的計(jì)算比值器參數(shù)的計(jì)算 21max2max2144qKKqII 當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其檢測信號(hào)呈平方關(guān)系時(shí)，當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其檢測信號(hào)呈平方關(guān)系時(shí)，比值器的參數(shù)與物料流量的實(shí)際比值和最大值之比的乘積也呈平比值器的參數(shù)與物料流量的實(shí)際比值和最大值之比的乘積也呈平方關(guān)系。方關(guān)系。 （2 2）流量與檢測信號(hào)呈線性關(guān)系）流量與檢測信號(hào)呈線性關(guān)系 1max22max144qIKKqI 當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其測量信號(hào)呈線性關(guān)系當(dāng)物料流量的比值一定、流量與其測量信號(hào)呈線性關(guān)系時(shí)，比值器的參數(shù)與物料流量的實(shí)際比

30、值和最大值之比的乘時(shí)，比值器的參數(shù)與物料流量的實(shí)際比值和最大值之比的乘積也呈線性關(guān)系。積也呈線性關(guān)系。 例：已知某流量比值系統(tǒng)采用差壓式流量計(jì)測量主副流量，例：已知某流量比值系統(tǒng)采用差壓式流量計(jì)測量主副流量，其最大量程分別為：其最大量程分別為：hmQhmQ/20/5.123max23max1工藝要求工藝要求4.112QQK試計(jì)算不加開方器與加開方器后儀表的比值系數(shù)試計(jì)算不加開方器與加開方器后儀表的比值系數(shù)KK不加開方器時(shí)不加開方器時(shí): 766.0205.124.1222max22max212QQKK解解:加開方器后加開方器后:875. 0205 .124 . 1K比值控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)比值控制系統(tǒng)

31、的實(shí)現(xiàn) 二、二、把一個(gè)流量的測量值乘以比值把一個(gè)流量的測量值乘以比值系數(shù)，其乘積作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定系數(shù)，其乘積作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，稱為相乘控制方案。值，稱為相乘控制方案。 在工程上，具體實(shí)現(xiàn)比值控制時(shí)，通常有比值器、乘法器或除法器等單元儀表可供選用，相當(dāng)方便。一、一、把兩個(gè)流量的測量值相除，其把兩個(gè)流量的測量值相除，其商作為調(diào)節(jié)器的反饋值，稱為相除商作為調(diào)節(jié)器的反饋值，稱為相除控制方案?？刂品桨?。 均勻控制的特點(diǎn)均勻控制的特點(diǎn) 1 1、結(jié)構(gòu)上無特殊性、結(jié)構(gòu)上無特殊性 同樣一個(gè)單回路液位控制系統(tǒng)，由于控制作用強(qiáng)弱不一，既同樣一個(gè)單回路液位控制系統(tǒng)，由于控制作用強(qiáng)弱不一，既可以是單回路定值控制系

32、統(tǒng)，也可以是均勻控制系統(tǒng)。因此均勻可以是單回路定值控制系統(tǒng)，也可以是均勻控制系統(tǒng)。因此均勻控制是靠降低控制回路的靈敏度而不是靠結(jié)構(gòu)變化獲得的?？刂剖强拷档涂刂苹芈返撵`敏度而不是靠結(jié)構(gòu)變化獲得的。 2 2、參數(shù)有變化，而且是緩慢地變化、參數(shù)有變化，而且是緩慢地變化 因?yàn)榫鶆蚩刂剖乔昂笤O(shè)備物料供求之間的均勻，所以表征因?yàn)榫鶆蚩刂剖乔昂笤O(shè)備物料供求之間的均勻，所以表征兩個(gè)物料的參數(shù)都不應(yīng)是某一固定值。那種試圖把兩個(gè)參數(shù)都兩個(gè)物料的參數(shù)都不應(yīng)是某一固定值。那種試圖把兩個(gè)參數(shù)都穩(wěn)定不變的想法絕非均勻控制的目的。無需將兩個(gè)參數(shù)平均分穩(wěn)定不變的想法絕非均勻控制的目的。無需將兩個(gè)參數(shù)平均分配，而是視前后設(shè)備的

33、特性及重要件等因素來確定其主次。配，而是視前后設(shè)備的特性及重要件等因素來確定其主次。 3 3、參數(shù)應(yīng)在限定范圍內(nèi)變化、參數(shù)應(yīng)在限定范圍內(nèi)變化 在均勻控制系統(tǒng)中，被控變量是非單一、非定值的，允許它在均勻控制系統(tǒng)中，被控變量是非單一、非定值的，允許它們在一定的范圍內(nèi)變化，但前塔的液位變化有一個(gè)規(guī)定的上、下們在一定的范圍內(nèi)變化，但前塔的液位變化有一個(gè)規(guī)定的上、下限。同樣，后塔的進(jìn)料流量也不能超過它所能承受的最大負(fù)荷和限。同樣，后塔的進(jìn)料流量也不能超過它所能承受的最大負(fù)荷和最低處理量，否則不能保證反應(yīng)塔的正常工作。最低處理量，否則不能保證反應(yīng)塔的正常工作。 4 4、主要采用比例或者積分調(diào)節(jié)規(guī)律。、主要

34、采用比例或者積分調(diào)節(jié)規(guī)律。 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)中，在一般的控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出只控制一個(gè)調(diào)調(diào)節(jié)器的輸出只控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，但在某些工業(yè)生產(chǎn)中，節(jié)閥，但在某些工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工藝要求，需將調(diào)節(jié)器根據(jù)工藝要求，需將調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分段，去分別控的輸出信號(hào)分段，去分別控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào)節(jié)閥。制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào)節(jié)閥。這種控制系統(tǒng)通常稱為：這種控制系統(tǒng)通常稱為：分分程控制系統(tǒng)程控制系統(tǒng)。分程控制系統(tǒng)的信號(hào)分段 蒸汽閥為氣開，冷水閥為氣關(guān)1 1、調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作、調(diào)節(jié)閥同向動(dòng)作分程控制系統(tǒng)有兩種類型分程控制系統(tǒng)有兩種類型: : 2 2、調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作、調(diào)節(jié)閥異向動(dòng)作 a)

35、閥閥A氣開、閥氣開、閥B氣關(guān)氣關(guān) b)閥閥A氣關(guān)、閥氣關(guān)、閥B氣開氣開 圖示為一燃料氣混合罐（FA-703)壓力分程控制系統(tǒng)。正常時(shí)調(diào)節(jié)甲烷流量調(diào)節(jié)閥A，當(dāng)罐內(nèi)壓力降低到閥A全關(guān)仍不能使壓力回升時(shí)，則開大來自燃料氣發(fā)生罐（FA-704)的出口管線調(diào)節(jié)B閥。試確定：1）該系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式2）每個(gè)閥的工作信號(hào)段（分程點(diǎn)在0.06MPa處）3）調(diào)節(jié)器的正、反作用，并畫出系統(tǒng)框圖PCPTFA-703FA-704解：1、B閥為氣開，A閥為氣關(guān)2、3、壓力調(diào)節(jié)器：反作用 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥A調(diào)節(jié)閥B過程變送器 另一種措施稱為另一種措施稱為“軟保護(hù)軟保護(hù)”，即所謂選擇性控制系統(tǒng)。選擇，即所謂選擇性控

36、制系統(tǒng)。選擇性系統(tǒng)是指將工業(yè)生產(chǎn)過程的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系疊加到性系統(tǒng)是指將工業(yè)生產(chǎn)過程的限制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系疊加到正常自動(dòng)控制系統(tǒng)上而形成的一種控制方法。正常自動(dòng)控制系統(tǒng)上而形成的一種控制方法。 自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)中，若采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器，其中必有一個(gè)為在自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)中，若采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器，其中必有一個(gè)為正常調(diào)節(jié)器，另一個(gè)為取代調(diào)節(jié)器。對(duì)于正常調(diào)節(jié)器，由于有較高的正常調(diào)節(jié)器，另一個(gè)為取代調(diào)節(jié)器。對(duì)于正常調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精度而應(yīng)選用控制精度而應(yīng)選用PI或或PID調(diào)節(jié)規(guī)律；對(duì)于取代調(diào)節(jié)器，由于在正常調(diào)節(jié)規(guī)律；對(duì)于取代調(diào)節(jié)器，由于

37、在正常生產(chǎn)中開環(huán)備用，僅在生產(chǎn)將要出現(xiàn)事故時(shí)，才迅速動(dòng)作，以防事故生產(chǎn)中開環(huán)備用，僅在生產(chǎn)將要出現(xiàn)事故時(shí)，才迅速動(dòng)作，以防事故發(fā)生，故一般選用發(fā)生，故一般選用P調(diào)節(jié)規(guī)律即可。調(diào)節(jié)規(guī)律即可。1 1調(diào)節(jié)規(guī)律的確定及其參數(shù)整定調(diào)節(jié)規(guī)律的確定及其參數(shù)整定2 2選擇器的選型選擇器的選型 在確定選擇器的選型時(shí)，先要根據(jù)調(diào)節(jié)閥的選用原則，確定在確定選擇器的選型時(shí)，先要根據(jù)調(diào)節(jié)閥的選用原則，確定調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的閥的氣開、氣關(guān)形式，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，最后確定氣開、氣關(guān)形式，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式，最后確定選擇器的選型。確定的原則是：如果取代調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)為高值時(shí)，選擇器的選型。確定的原則是：

38、如果取代調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)為高值時(shí)，則選擇高值選擇器；反之，則選擇低值選擇器。則選擇高值選擇器；反之，則選擇低值選擇器。 在控制過程中，當(dāng)天然氣壓力過高時(shí)會(huì)發(fā)生脫火，而壓力過低時(shí)會(huì)發(fā)生回火，P1C為正常時(shí)使用的調(diào)節(jié)器，P2C為壓力過高時(shí)使用的調(diào)節(jié)器， PC為帶下限節(jié)點(diǎn)的壓力調(diào)節(jié)器，它與三通電磁閥構(gòu)成自動(dòng)聯(lián)鎖硬保護(hù)裝置。積分飽和及其克服措施積分飽和及其克服措施 積分飽和產(chǎn)生的必要條件：積分飽和產(chǎn)生的必要條件： 調(diào)節(jié)器具有積分作用，調(diào)節(jié)器具有積分作用， 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器輸入偏差長期存在。器輸入偏差長期存在。（1 1）外反饋法）外反饋法（2 2）積分切除法）積分切除法 （3 3）限幅法）限幅法 1、相對(duì)增益

39、與相對(duì)增益矩陣、相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣 （1） 開環(huán)增益開環(huán)增益 n niku1,2, ,kn kjjuju(1,2, )iy iniyjujuiy 在相互耦合的維被控過程中選擇第個(gè)通道，使所有其他控制量（）都保持不變時(shí)將控制量改變一個(gè)所得到的的變化量與之比，定義為到通道的開環(huán)增益，表示為juiykconstujknkijk,2,1（2）閉環(huán)增益）閉環(huán)增益 1, 2, ,kyconstijkn kjikjyu（3）相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣）相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣 kijijijkijijuconstyukjkyconstkykiu 111212122212nnijnnnniky1,2, ,kn

40、kiiyiy(1,2, )jujnjujuiy還是選擇第 個(gè)通道，將其他所有通道進(jìn)行閉環(huán)并采用積分調(diào)節(jié)使其他被控量（）都保持不變，只改變被控量所得到的變化量與的變化量之比，定義為到通道的閉環(huán)增益，表示為2相對(duì)增益矩陣的獲取相對(duì)增益矩陣的獲取兩輸入/兩輸出耦合過程 ：（1）偏微分方法）偏微分方法 22212122121111uKuKyuKuKyiijjyKuu11112uconstyKu221 1111 11222yK uyK uKK第一個(gè)被控量相對(duì)于第一個(gè)控制量的開環(huán)增益K11為：第一個(gè)被控量相對(duì)于第一個(gè)控制量的開環(huán)增益K11為：1122111111222uconstyK KKKuK111122111111221221KK KKK KK K同理：122112112