第七章復(fù)雜控制系統(tǒng)新(化工儀表)

1、第七章第七章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)重點(diǎn)：重點(diǎn)： 串級(jí)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原則；如何根據(jù)工藝要求串級(jí)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原則；如何根據(jù)工藝要求確定主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律及正、反作用。確定主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律及正、反作用。 難點(diǎn)：難點(diǎn)：串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用。串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用。 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 串級(jí)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；串級(jí)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；串級(jí)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原則；如何根據(jù)工藝要求確定主、串級(jí)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原則；如何根據(jù)工藝要求確定主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律及正、反作用。副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律及正、反

2、作用。 第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)一、概述一、概述二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程三、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)四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的選擇五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的選擇六、控制器參數(shù)的工程整定六、控制器參數(shù)的工程整定一、概述一、概述 當(dāng)對(duì)象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，采當(dāng)對(duì)象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，采用串級(jí)控制系統(tǒng)。用串級(jí)控制系統(tǒng)。1.1.什么是串級(jí)控制系統(tǒng)什么是串級(jí)控制系統(tǒng) 加熱爐溫度控制系統(tǒng)加熱爐溫度控制系統(tǒng)。操縱變量是燃料量，改。操縱變量是

3、燃料量，改變?nèi)剂狭縼?lái)維持爐出口溫變?nèi)剂狭縼?lái)維持爐出口溫度保持在工藝所規(guī)定的數(shù)度保持在工藝所規(guī)定的數(shù)值上。值上。 F F1 1F F2控制系統(tǒng)可以克服的干擾有：控制系統(tǒng)可以克服的干擾有： 1)被加熱原料方面（流量、溫度）被加熱原料方面（流量、溫度） 的干擾的干擾F1； 2)燃料方面（組分、熱值、壓力）的干擾燃料方面（組分、熱值、壓力）的干擾F2；7-1F1F2t0t1 上述系統(tǒng)的特點(diǎn)是把所有的干擾都包括在控制回上述系統(tǒng)的特點(diǎn)是把所有的干擾都包括在控制回路里，由溫度控制器來(lái)克服。控制通道長(zhǎng)，時(shí)間常數(shù)路里，由溫度控制器來(lái)克服。控制通道長(zhǎng)，時(shí)間常數(shù)大，容量滯后大，控制不及時(shí)，克服干擾能力差，控大，容量

4、滯后大，控制不及時(shí)，克服干擾能力差，控制質(zhì)量不高。制質(zhì)量不高。方框圖（并寫(xiě)出控制通道）方框圖（并寫(xiě)出控制通道） 燃料量的變化或燃料熱值的變化，首先是會(huì)使?fàn)t膛燃料量的變化或燃料熱值的變化，首先是會(huì)使?fàn)t膛溫度發(fā)生變化的。溫度發(fā)生變化的。先穩(wěn)爐膛溫度，再穩(wěn)定物料出口溫度。先穩(wěn)爐膛溫度，再穩(wěn)定物料出口溫度。 其工作工程如下：其工作工程如下：燃料油的壓力或熱值發(fā)生變化，燃料油的壓力或熱值發(fā)生變化，首先使?fàn)t膛溫度首先使?fàn)t膛溫度2發(fā)生變化，發(fā)生變化，T2C進(jìn)行工作，使?fàn)t膛溫進(jìn)行工作，使?fàn)t膛溫度的偏差隨之減少。度的偏差隨之減少。 同時(shí)，由于爐膛溫度的變化，或物料本身的進(jìn)口流同時(shí)，由于爐膛溫度的變化，或物料本身

5、的進(jìn)口流量或溫度變化，使物料出口溫度量或溫度變化，使物料出口溫度1發(fā)生變化。發(fā)生變化。1的變化的變化通過(guò)控制器通過(guò)控制器T1C不斷地去改變控制器不斷地去改變控制器T2C的給定值。的給定值。 7-2 根據(jù)爐膛溫度的變化，預(yù)先控制燃料量，然后再根據(jù)根據(jù)爐膛溫度的變化，預(yù)先控制燃料量，然后再根據(jù)爐出口溫度與給定值之差再控制燃料量，以使?fàn)t出口溫爐出口溫度與給定值之差再控制燃料量，以使?fàn)t出口溫度恒定。度恒定。 構(gòu)成了以構(gòu)成了以爐出口溫度為被控參數(shù)的溫度控制器與爐出口溫度為被控參數(shù)的溫度控制器與爐膛溫度控制器爐膛溫度控制器串聯(lián)在一起的串級(jí)控制系統(tǒng)。串聯(lián)在一起的串級(jí)控制系統(tǒng)。F1被控變量被控變量1執(zhí)行器執(zhí)行

6、器溫度對(duì)象溫度對(duì)象22測(cè)量變送器測(cè)量變送器F2溫度控溫度控制器制器T1C給定值給定值1測(cè)量變送器測(cè)量變送器溫度控溫度控制器制器T2C溫度對(duì)象溫度對(duì)象12溫度對(duì)象溫度對(duì)象1：受熱管道，其輸出變量為物料出口溫度受熱管道，其輸出變量為物料出口溫度1溫度對(duì)象溫度對(duì)象2：爐膛及燃燒裝置爐膛及燃燒裝置 ，輸出變量為爐膛溫度，輸出變量為爐膛溫度2干擾干擾F2：燃料油壓力、組分等的變化，燃料油壓力、組分等的變化， 干擾干擾F1：物料本身的流量、進(jìn)口溫度等的變化物料本身的流量、進(jìn)口溫度等的變化 副測(cè)量變送器-調(diào)節(jié)閥副對(duì)象-給定值副參數(shù)主測(cè)量變送器主控制器副控制器主對(duì)象主參數(shù)一次干擾二次干擾圖15-6 串級(jí)控制系

7、統(tǒng)的典型方框圖執(zhí)行器圖圖7-4主變量（主參數(shù)）：主變量（主參數(shù)）：工藝要求控制的指標(biāo)，在串級(jí)工藝要求控制的指標(biāo)，在串級(jí) 系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控量。系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控量。副變量（副參數(shù)）：副變量（副參數(shù)）：為穩(wěn)定主變量或滿(mǎn)足某種關(guān)系需為穩(wěn)定主變量或滿(mǎn)足某種關(guān)系需 要而引入的輔助被控變量。要而引入的輔助被控變量。 主對(duì)象：主對(duì)象：生產(chǎn)過(guò)程中需要控制主變量的工藝設(shè)備。生產(chǎn)過(guò)程中需要控制主變量的工藝設(shè)備。副對(duì)象：副對(duì)象：需要控制副變量的工藝設(shè)備。需要控制副變量的工藝設(shè)備。2.串級(jí)控制系統(tǒng)中常用名詞串級(jí)控制系統(tǒng)中常用名詞副回路副回路主回路主回路主控制器：主控制器：按主變量測(cè)量值與給定值的偏差而動(dòng)作，

8、按主變量測(cè)量值與給定值的偏差而動(dòng)作，其輸出作為副變量的給定值其輸出作為副變量的給定值 副控制器：副控制器：其給定值來(lái)自主控制器的輸出，并按副變其給定值來(lái)自主控制器的輸出，并按副變量的測(cè)量值與給定值的偏差而工作，其輸出直接控制量的測(cè)量值與給定值的偏差而工作，其輸出直接控制執(zhí)行器。執(zhí)行器。主、副測(cè)量變送器：主、副測(cè)量變送器：測(cè)量主、副變量的變送器。測(cè)量主、副變量的變送器。副測(cè)量變送器-調(diào)節(jié)閥副對(duì)象-給定值副參數(shù)主測(cè)量變送器主控制器副控制器主對(duì)象主參數(shù)一次干擾二次干擾圖15-6 串級(jí)控制系統(tǒng)的典型方框圖執(zhí)行器圖圖7-4副回路：副回路：由副變量的測(cè)量變送裝置，副控制器、執(zhí)行由副變量的測(cè)量變送裝置，副控

9、制器、執(zhí)行器和副對(duì)象所構(gòu)成的內(nèi)回路，也稱(chēng)內(nèi)環(huán)或器和副對(duì)象所構(gòu)成的內(nèi)回路，也稱(chēng)內(nèi)環(huán)或副環(huán)副環(huán)。主回路主回路：由主變量的測(cè)量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)：由主變量的測(cè)量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對(duì)象構(gòu)成的外回路，也稱(chēng)外環(huán)或行器和主、副對(duì)象構(gòu)成的外回路，也稱(chēng)外環(huán)或主環(huán)主環(huán)。副測(cè)量變送器-調(diào)節(jié)閥副對(duì)象-給定值副參數(shù)主測(cè)量變送器主控制器副控制器主對(duì)象主參數(shù)一次干擾二次干擾圖15-6 串級(jí)控制系統(tǒng)的典型方框圖執(zhí)行器圖圖7-4副回路副回路主回路主回路第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)一、概述一、概述二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程三、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)

10、四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的 選擇選擇六、控制器參數(shù)的工程整定六、控制器參數(shù)的工程整定二二. .串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程1. 當(dāng)干擾作用于副回路（當(dāng)干擾作用于副回路（F2出現(xiàn)）：出現(xiàn)）： 爐溫不允許過(guò)高，因此執(zhí)行器選氣開(kāi)式。副控制器爐溫不允許過(guò)高，因此執(zhí)行器選氣開(kāi)式。副控制器選反作用。主控制器選反作用。選反作用。主控制器選反作用。 假設(shè)干擾使假設(shè)干擾使2溫度升高。溫度升高。如干擾量小，經(jīng)過(guò)副回路控制如干擾量小，經(jīng)過(guò)副回路控制后，影響不到物料出口溫度后，影響不到物料出口

11、溫度122 z2 e2 P2 閥閥 設(shè)置了副回路以后，干擾設(shè)置了副回路以后，干擾F2引起引起2變化，溫度控制器變化，溫度控制器T2C及時(shí)進(jìn)行控制，使其很快穩(wěn)定下來(lái)。及時(shí)進(jìn)行控制，使其很快穩(wěn)定下來(lái)。 F11執(zhí)行器執(zhí)行器溫度對(duì)象溫度對(duì)象22測(cè)量變送器測(cè)量變送器F2 溫度控溫度控制器制器T1C 1測(cè)量變送器測(cè)量變送器溫度控溫度控制器制器T2C溫度對(duì)象溫度對(duì)象1210 Z1Z2e1e2P1 P2 若若2的變化太大影響到主參數(shù)的變化太大影響到主參數(shù)1，使的主控制器，使的主控制器 也投入控制過(guò)程。也投入控制過(guò)程。1Z1 e1 P1 e2（=Z2 - P1) P2 2 閥閥 1F11執(zhí)行器執(zhí)行器溫度對(duì)象溫度

12、對(duì)象22測(cè)量變送器測(cè)量變送器F2溫度控溫度控制器制器T1C1測(cè)量變送器測(cè)量變送器溫度控溫度控制器制器T2C溫度對(duì)象溫度對(duì)象1210 Z1Z2e1e2P1 P2 由于副回路控制通道短，時(shí)間常數(shù)小，所以當(dāng)干由于副回路控制通道短，時(shí)間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進(jìn)入副回路時(shí)，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的擾進(jìn)入副回路時(shí)，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服干擾對(duì)主被控變量的影響控制作用，有效地克服干擾對(duì)主被控變量的影響 2. 當(dāng)干擾作用于主對(duì)象（當(dāng)干擾作用于主對(duì)象（F1出現(xiàn)）出現(xiàn)）假設(shè)干擾使假設(shè)干擾使1溫度升高溫度升高2 1Z1 e1P1 P21 閥關(guān)小閥關(guān)小e2（= Z2 - P1 ）F11執(zhí)

13、行器執(zhí)行器溫度對(duì)象溫度對(duì)象22測(cè)量變送器測(cè)量變送器F2溫度控溫度控制器制器T1C1測(cè)量變送器測(cè)量變送器溫度控溫度控制器制器T2C溫度對(duì)象溫度對(duì)象1210 Z1Z2e1e2P1 P2 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，如果干擾作用于主對(duì)象，由在串級(jí)控制系統(tǒng)中，如果干擾作用于主對(duì)象，由于副回路的存在，可以及時(shí)改變副變量的數(shù)值，以達(dá)于副回路的存在，可以及時(shí)改變副變量的數(shù)值，以達(dá)到穩(wěn)定主變量的目的。到穩(wěn)定主變量的目的。 3. 當(dāng)干擾作用于副回路和主對(duì)象當(dāng)干擾作用于副回路和主對(duì)象(F1、F2同時(shí)出現(xiàn)同時(shí)出現(xiàn))主、副回路干擾有兩種可能主、副回路干擾有兩種可能 一種是干擾作用下，主、副變量的一種是干擾作用下，主、副變量的變

14、化方向相同變化方向相同（同時(shí)增加或同時(shí)減?。?；同時(shí)增加或同時(shí)減?。? 1P1 P21 閥閥e2（= Z2 - P1 ）假設(shè)干擾使假設(shè)干擾使1和和2都增加，都增加， F11執(zhí)行器執(zhí)行器溫度對(duì)象溫度對(duì)象22測(cè)量變送器測(cè)量變送器F2溫度控溫度控制器制器T1C1測(cè)量變送器測(cè)量變送器溫度控溫度控制器制器T2C溫度對(duì)象溫度對(duì)象1210 Z1Z2e1e2P1 P2 另一種是主、副變量的另一種是主、副變量的變化方向相反變化方向相反（一個(gè)增加，另（一個(gè)增加，另一個(gè)減?。灰粋€(gè)減?。?；相反干擾相反干擾（ 1 、2 ） 閥動(dòng)作小閥動(dòng)作小1P1 e2（=Z2 - P1 ）變化小變化小P P2 2變化小變化小F11執(zhí)

15、行器執(zhí)行器溫度對(duì)象溫度對(duì)象22測(cè)量變送器測(cè)量變送器F2溫度控溫度控制器制器T1C1測(cè)量變送器測(cè)量變送器溫度控溫度控制器制器T2C溫度對(duì)象溫度對(duì)象1210 Z1Z2e1e2P1 P2 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，副回路副回路具有具有先調(diào)、粗調(diào)、快先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)調(diào)的特點(diǎn)；主回路主回路具有具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并的特點(diǎn)，并對(duì)于副回路沒(méi)有完全克服掉的干擾影響能徹底克服。對(duì)于副回路沒(méi)有完全克服掉的干擾影響能徹底克服。 第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)一、概述一、概述二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程三、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)

16、四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的 選擇選擇六、控制器參數(shù)的工程整定六、控制器參數(shù)的工程整定三、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)有兩個(gè)控制回路：有兩個(gè)控制回路：主回路是定值控制系統(tǒng)，主回路是定值控制系統(tǒng)， 副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。副測(cè)量變送器-調(diào)節(jié)閥副對(duì)象-給定值副參數(shù)主測(cè)量變送器主控制器副控制器主對(duì)象主參數(shù)一次干擾二次干擾圖15-6 串級(jí)控制系統(tǒng)的典型方框圖執(zhí)行器(2) 有兩個(gè)變量：主變量和副變量。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(guò)程

17、運(yùn)行情況的主主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行情況的主要工藝變量。主變量的選擇原則與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中介要工藝變量。主變量的選擇原則與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中介紹的被控變量選擇原則是一樣的。紹的被控變量選擇原則是一樣的。 (4) 由于增加了副回路，因此具有一定的自適應(yīng)能由于增加了副回路，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(chǎng)合。力，可用于負(fù)荷和操作條件有較大變化的場(chǎng)合。(3)由于副回路的引入，改善了對(duì)象的特性，使控制過(guò)由于副回路的引入，改善了對(duì)象的特性，使控制過(guò)程加快，具有超前控制作用，從而有效地克服滯后，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。提高了控制質(zhì)量。第

18、一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)一、概述一、概述二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程三、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)四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的 選擇選擇六、控制器參數(shù)的工程整定六、控制器參數(shù)的工程整定四、串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定四、串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定1主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系所謂副回路的確定：所謂副回路的確定：就是根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體情況就是根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體情況，選擇一個(gè)合適的副變量選擇一個(gè)合適的副變量，從而構(gòu)成

19、一個(gè)以副變量為，從而構(gòu)成一個(gè)以副變量為被控變量的副回路。被控變量的副回路。 在串級(jí)系統(tǒng)中，副變量的變化應(yīng)在很大程度上能影在串級(jí)系統(tǒng)中，副變量的變化應(yīng)在很大程度上能影響主變量的變量。響主變量的變量。 一類(lèi)情況是選擇與主變量一類(lèi)情況是選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中間變量有一定關(guān)系的某一中間變量作為副變量。作為副變量。 另一類(lèi)情況是選擇的副變另一類(lèi)情況是選擇的副變量是操縱變量本身。量是操縱變量本身。 TC的輸出作為的輸出作為FC的給定值的給定值， 選擇的副變量就是操縱變量選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）（加熱蒸汽量） 7-52. 要使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回路內(nèi)要使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回

20、路內(nèi)圖圖7-6 加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級(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)壓力控制器壓力控制器燃料油壓力作為副變量燃料油壓力作為副變量 在選擇副變量時(shí)，既要考慮到使副環(huán)包圍較多的干在選擇副變量時(shí)，既要考慮到使副環(huán)包圍較多的干擾，又要擾，又要考慮到使副變量不要離主變量太近考慮到使副變量不要離主變量太近，否則一，否則一旦干擾影響到副變量，很快也就會(huì)影響到主變量，這旦干擾影響到副變量，很快也就會(huì)影響到主變量，這樣副環(huán)的作用也就不大了。樣副環(huán)的作用也就不大了。 3在可能的情況下，應(yīng)使副回路包圍更多的次要干擾在可能的情況下，應(yīng)使副回路包圍更多的次要干擾 一方面能將對(duì)主變量一方面能將對(duì)主

21、變量影響最嚴(yán)重、變化最劇影響最嚴(yán)重、變化最劇烈的干擾包圍在副回路烈的干擾包圍在副回路內(nèi)，另一方面又使副對(duì)內(nèi)，另一方面又使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)很小象的時(shí)間常數(shù)很小 4. 副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，以防以防“共振共振”的發(fā)生的發(fā)生時(shí)間常數(shù)之比一般為時(shí)間常數(shù)之比一般為T(mén)主主/T副副 =3-10之間之間 如果如果T副副較大會(huì)動(dòng)作緩慢，易出現(xiàn)共振。如果較大會(huì)動(dòng)作緩慢，易出現(xiàn)共振。如果T副副較較小會(huì)漏掉主要干擾。小會(huì)漏掉主要干擾。 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)不能在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)不能太接近。太接近。 如果主、副對(duì)

22、象的時(shí)間常數(shù)比較接近，那么主、副如果主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比較接近，那么主、副回路的工作頻率也就比較接近，這樣一旦系統(tǒng)受到干回路的工作頻率也就比較接近，這樣一旦系統(tǒng)受到干擾，就有可能產(chǎn)生擾，就有可能產(chǎn)生“共振共振”。 5.當(dāng)對(duì)象具有較大純滯后而影響質(zhì)量時(shí)，副回路應(yīng)盡當(dāng)對(duì)象具有較大純滯后而影響質(zhì)量時(shí)，副回路應(yīng)盡量少包括純滯后或不包括純滯后。量少包括純滯后或不包括純滯后。 通過(guò)合理選擇副變量將純滯后部分放到主對(duì)象中，通過(guò)合理選擇副變量將純滯后部分放到主對(duì)象中，以提高副回路的快速抗干擾功能，及時(shí)克服干擾的影以提高副回路的快速抗干擾功能，及時(shí)克服干擾的影響，將其抑制在最小限度內(nèi)，從而可以使主變量的控響，

23、將其抑制在最小限度內(nèi)，從而可以使主變量的控制質(zhì)量得到提高。制質(zhì)量得到提高。第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)一、概述一、概述二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程三、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)四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的 選擇選擇六、控制器參數(shù)的工程整定六、控制器參數(shù)的工程整定7-2五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的選擇五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的選擇1.主、副控制器控制規(guī)律的選擇主、副控制器控制規(guī)律的選擇 主變量調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束時(shí)不應(yīng)有余差，主

24、控制器一般主變量調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束時(shí)不應(yīng)有余差，主控制器一般選選PI或或PID。 副控制器一般采用副控制器一般采用P控制規(guī)律。為了能夠快速跟蹤，控制規(guī)律。為了能夠快速跟蹤，最好不帶積分作用最好不帶積分作用，副控制器，副控制器不能加微分作用不能加微分作用，否則容，否則容易引起控制閥大幅度地變化，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定是不利的。易引起控制閥大幅度地變化，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定是不利的。 2. 主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇(1) 副控制器的選擇：副控制器的選擇： 按簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)選；按簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)選；執(zhí)行器應(yīng)該選氣開(kāi)閥，執(zhí)行器應(yīng)該選氣開(kāi)閥， “正正”方向方向 當(dāng)燃料量加大時(shí)，爐膛溫度當(dāng)燃料量加大時(shí)，

25、爐膛溫度2是增是增加的，因此副對(duì)象是加的，因此副對(duì)象是“正正”方向方向副控制器副控制器T2C應(yīng)選擇應(yīng)選擇“反反”作用方向作用方向。 當(dāng)主、副變量同時(shí)增加（或減?。?，由工藝分析當(dāng)主、副變量同時(shí)增加（或減?。晒に嚪治鲆笠笳{(diào)節(jié)閥的動(dòng)作方向一致調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作方向一致時(shí)，主控制器選時(shí)，主控制器選”反反”作用作用；反之，動(dòng)作方向；反之，動(dòng)作方向不一致不一致，則應(yīng)選，則應(yīng)選”正正”作用作用。（2） 主控制器作用方向的選擇主控制器作用方向的選擇 串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的選擇可以按先副后串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的選擇可以按先副后主的順序，即先確定執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)形式及副控制主的順序，即先確定執(zhí)行器

26、的氣開(kāi)、氣關(guān)形式及副控制器的正、反作用，然后確定主控制器的作用方向。器的正、反作用，然后確定主控制器的作用方向。 主變量主變量1或副變量或副變量2增加增加時(shí)，對(duì)控制閥動(dòng)作方向的要時(shí)，對(duì)控制閥動(dòng)作方向的要求是一致的，都要求關(guān)小控求是一致的，都要求關(guān)小控制閥，減少供給的燃料量，制閥，減少供給的燃料量，才能使才能使1或或2降下來(lái)，所以降下來(lái)，所以此時(shí)此時(shí)T1C應(yīng)為應(yīng)為反作用方向。反作用方向。7-2副控制器副控制器：閥為閥為“+”，F(xiàn)T為為“+”，副對(duì)象為，副對(duì)象為“+”。舉例舉例1： 副控制器為副控制器為“-”。因此，選反作用控制器。因此，選反作用控制器。冷劑冷劑被冷卻物料被冷卻物料 圖圖7-8 冷

27、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)主變量：主變量：冷卻物料出口溫度；冷卻物料出口溫度；副變量：副變量：冷劑流量。冷劑流量。 執(zhí)行器：執(zhí)行器：被冷卻物料溫度不允許被冷卻物料溫度不允許過(guò)低。過(guò)低。選氣開(kāi)閥。選氣開(kāi)閥。主控制器：主控制器：副變量增大時(shí)閥要關(guān)小。主變量增大時(shí)要副變量增大時(shí)閥要關(guān)小。主變量增大時(shí)要開(kāi)大閥門(mén)。兩者要求相反，故選開(kāi)大閥門(mén)。兩者要求相反，故選正作用控制器正作用控制器。最后確定：最后確定：控制閥應(yīng)選氣開(kāi)閥控制閥應(yīng)選氣開(kāi)閥；副控制器應(yīng)選反作用副控制器應(yīng)選反作用; 主控制器應(yīng)選正作用。主控制器應(yīng)選正作用。 先閥、后副、再主。先閥、后副、再主。閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式：閥的氣開(kāi)、氣關(guān)

28、形式：被加被加熱物料溫度不允許過(guò)高。熱物料溫度不允許過(guò)高。 最后確定：最后確定：控制閥應(yīng)選控制閥應(yīng)選氣開(kāi)閥氣開(kāi)閥；副控制器應(yīng)選副控制器應(yīng)選反作用反作用； 主控制器應(yīng)選主控制器應(yīng)選反作用反作用。 舉例舉例2選主控制器：選主控制器：副變量增大時(shí)副變量增大時(shí),要求閥關(guān)小，主變量增大時(shí)要求閥關(guān)小，主變量增大時(shí),也要求閥關(guān)小，兩個(gè)參數(shù)要求調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作方向一致。也要求閥關(guān)小，兩個(gè)參數(shù)要求調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作方向一致。副控制器：副控制器：閥為閥為“+”，T2T為為“+”，副對(duì)象為，副對(duì)象為“+”。選氣開(kāi)閥。選氣開(kāi)閥。副控制器為副控制器為“-”，選反作用控制器。，選反作用控制器。主控制器選反作用。主控制器選反作用。7

29、-2（3）控制閥由氣開(kāi)改為氣關(guān)，或由氣關(guān)改為氣開(kāi)時(shí)）控制閥由氣開(kāi)改為氣關(guān)，或由氣關(guān)改為氣開(kāi)時(shí)，只要改變副控制器的正反作用而不需要改變主控制，只要改變副控制器的正反作用而不需要改變主控制器的正反作用。器的正反作用。 無(wú)論哪種切換，都必須保證當(dāng)主變量變化時(shí)，去控?zé)o論哪種切換，都必須保證當(dāng)主變量變化時(shí)，去控制閥的信號(hào)完全一致。制閥的信號(hào)完全一致。 主控：切除副控制器，由主控制器的輸出直接控制主控：切除副控制器，由主控制器的輸出直接控制執(zhí)行器。執(zhí)行器。系統(tǒng)串級(jí)與主控切換的條件是：系統(tǒng)串級(jí)與主控切換的條件是：當(dāng)主變量變化時(shí)，當(dāng)主變量變化時(shí)，串級(jí)時(shí)副控制器的輸出與主控時(shí)主控制器的輸出信號(hào)串級(jí)時(shí)副控制器的輸

30、出與主控時(shí)主控制器的輸出信號(hào)方向完全一致。方向完全一致。當(dāng)副控制器為當(dāng)副控制器為“反反“作用時(shí)作用時(shí)，才能在串級(jí)與主控之，才能在串級(jí)與主控之間間直接進(jìn)行切換直接進(jìn)行切換。如果副控制器為。如果副控制器為”正正“作用，則在作用，則在串級(jí)與主控之間進(jìn)行切換的同時(shí)，要改變主控制器的串級(jí)與主控之間進(jìn)行切換的同時(shí)，要改變主控制器的正、反作用。正、反作用。第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)一、概述一、概述二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程三、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)四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的五、主、

31、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的 選擇選擇六、控制器參數(shù)的工程整定六、控制器參數(shù)的工程整定六、控制器參數(shù)的工程整定六、控制器參數(shù)的工程整定 1. 兩步整定法兩步整定法先整定副控制器，后整定主控制器的方法先整定副控制器，后整定主控制器的方法整定過(guò)程：整定過(guò)程：（1） 在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用運(yùn)運(yùn)行的條件下，將主控制器的比例度先固定在行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100%上上，逐漸減小副控制器的比例度逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿(mǎn)足某，求取副回路在滿(mǎn)足某種衰減比種衰減比(如如4:1)過(guò)渡過(guò)程下的副控制器比例度和操作過(guò)渡過(guò)程下的副控

32、制器比例度和操作周期，分別用周期，分別用2s和和T2s表示。表示。（2）在副控制器比例度等于）在副控制器比例度等于2s的條件下，的條件下，逐步減小主逐步減小主控制器的比例度控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過(guò)渡過(guò)程，直至得到同樣衰減比下的過(guò)渡過(guò)程，記下此時(shí)主控制器的比例度，記下此時(shí)主控制器的比例度1s和操作周期和操作周期T1s。（3）根據(jù)得到的）根據(jù)得到的1s、T1s、2s和和T2s，按表，按表6-2（或（或6-3）的規(guī)定關(guān)系計(jì)算主、副控制器的比例度、積分時(shí)間）的規(guī)定關(guān)系計(jì)算主、副控制器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。和微分時(shí)間。（4）按）按“先副后主先副后主“、”先比例次積分后微分先比例次

33、積分后微分“的整的整定規(guī)律，將計(jì)算出的控制器參數(shù)加到控制器上。定規(guī)律，將計(jì)算出的控制器參數(shù)加到控制器上。（5）觀察控制過(guò)程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿(mǎn)意的過(guò)渡）觀察控制過(guò)程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿(mǎn)意的過(guò)渡過(guò)程。過(guò)程。 適當(dāng)適當(dāng)減小副控制器減小副控制器或或TI，以達(dá)到，以達(dá)到減小副回路操作周減小副回路操作周期期的目的?；蚩梢缘哪康?。或可以加大主控制器的加大主控制器的或或TI，以，以增大主回增大主回路的操作周期路的操作周期，使主、副回路的，使主、副回路的操作周期之比加大操作周期之比加大，避，避免免“共振共振“。 步驟：步驟：(1) 在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行的條件下，按照表在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行的

34、條件下，按照表7-1所列的數(shù)據(jù)，將所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到適當(dāng)?shù)臄?shù)值副控制器比例度調(diào)到適當(dāng)?shù)臄?shù)值。(2) 利用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中任一參數(shù)整定方法利用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中任一參數(shù)整定方法整定主控制整定主控制器參數(shù)。器參數(shù)。(3) 如果出現(xiàn)如果出現(xiàn)“共振共振“現(xiàn)象，可加大主控制器或減小副現(xiàn)象，可加大主控制器或減小副控制器的參數(shù)整定值，一般即能消除?？刂破鞯膮?shù)整定值，一般即能消除。2. 一步整定法一步整定法 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將副控制器一次放好，不再變動(dòng)，然根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將副控制器一次放好，不再變動(dòng)，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器參數(shù)。器參數(shù)。第

35、七章第七章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)第四節(jié)第四節(jié) 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)目的：目的：為解決連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中前后設(shè)備供求之間的矛為解決連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中前后設(shè)備供求之間的矛盾而設(shè)置的。盾而設(shè)置的。均勻控制系統(tǒng)：均勻控制系統(tǒng)：用來(lái)保持前后兩個(gè)設(shè)備供求間的被控用來(lái)保持前后兩個(gè)設(shè)備供求間的被控變量在規(guī)定范圍內(nèi)緩慢、均勻變化的系統(tǒng)。變量在規(guī)定范圍內(nèi)緩慢、均勻變化的系統(tǒng)。一、均勻控制的目的一、均勻控制的目的FCFTLTLC甲乙12圖15-10 前后精餾塔的供求

36、關(guān)系 s.ps.p圖圖7-9 如果甲塔的液位上升，則如果甲塔的液位上升，則LC就會(huì)開(kāi)大出料閥就會(huì)開(kāi)大出料閥1，而這，而這將引起乙塔進(jìn)料量增大，也將引起乙塔進(jìn)料量增大，也是乙塔的是乙塔的FC又要關(guān)小閥又要關(guān)小閥2，其結(jié)果會(huì)使甲塔液位升高，其結(jié)果會(huì)使甲塔液位升高，出料閥出料閥1繼續(xù)開(kāi)大繼續(xù)開(kāi)大 。FCFTLTLC甲乙12圖15-10 前后精餾塔的供求關(guān)系 s.ps.p圖圖7-9圖圖7-10對(duì)兩個(gè)變量的要求：對(duì)兩個(gè)變量的要求：表征前、后供求矛盾的表征前、后供求矛盾的兩個(gè)變量在控制過(guò)程中兩個(gè)變量在控制過(guò)程中都都應(yīng)是變化的，且變化是緩應(yīng)是變化的，且變化是緩慢的。慢的。 液位定值控制液位定值控制 流量定值

37、控制流量定值控制 均勻控制均勻控制 前后互相聯(lián)系又互相矛盾前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量的兩個(gè)變量應(yīng)局限在所允許應(yīng)局限在所允許的范圍內(nèi)變化的范圍內(nèi)變化。 1.1.簡(jiǎn)單均勻控制簡(jiǎn)單均勻控制二、均勻控制方案二、均勻控制方案控制器：控制器：P、PI，很大，很大， TI很大很大?？刂谱饔萌?，兩個(gè)參數(shù)都會(huì)平。控制作用弱，兩個(gè)參數(shù)都會(huì)平穩(wěn)變化。穩(wěn)變化。 圖圖7-11 簡(jiǎn)單均勻控制簡(jiǎn)單均勻控制s.p甲甲乙乙圖圖7-10液位定值控制液位定值控制 流量定值控制流量定值控制 均勻控制均勻控制 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。適用于：適用于：干擾不大，要求不高的場(chǎng)合。干擾不大，要求不高的場(chǎng)合

38、。圖圖7-9 簡(jiǎn)單均勻控制簡(jiǎn)單均勻控制s.p甲甲乙乙2.2.串級(jí)均勻控制串級(jí)均勻控制 如果流量波動(dòng)比較嚴(yán)重時(shí)設(shè)計(jì)液位與流量如果流量波動(dòng)比較嚴(yán)重時(shí)設(shè)計(jì)液位與流量串級(jí)均勻串級(jí)均勻控制?？刂?。s.p圖圖7-12 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)：點(diǎn)：串級(jí)均勻控制，能克服串級(jí)均勻控制，能克服較大的干擾。較大的干擾。 適用于：適用于：系統(tǒng)前后壓力波動(dòng)較大的系統(tǒng)。對(duì)流量要求系統(tǒng)前后壓力波動(dòng)較大的系統(tǒng)。對(duì)流量要求比較平穩(wěn)的場(chǎng)合。比較平穩(wěn)的場(chǎng)合。 LC的輸出作為的輸出作為FC的給定值，用的給定值，用FC的輸出來(lái)操縱執(zhí)行器。的輸出來(lái)操縱執(zhí)行器。 串級(jí)均勻控制系統(tǒng)的主、副控制串級(jí)均勻控制系統(tǒng)的主、副控制器器：P或或PI。和和TI由小到大地進(jìn)由小到大地進(jìn)行調(diào)整，數(shù)值一般都很大。行調(diào)整，數(shù)值一般都很大。 三、均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)三、均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1 1前后供求的兩個(gè)變量都應(yīng)是緩慢變化的。前后供求的兩個(gè)變量都應(yīng)是緩慢變化的。 “均勻均勻”并非平均分配，應(yīng)根據(jù)前后設(shè)備大小及重并非平均分配，應(yīng)根據(jù)前后設(shè)備大小及重要性等確定均勻的主次，有時(shí)需要以照顧流量為主，要性等確定均勻的主次，有時(shí)需要以照顧流量為主，有時(shí)以液位為主。有時(shí)以液位為主。2 2變量應(yīng)在允許范圍內(nèi)變化。變量應(yīng)在允許范圍內(nèi)變化。 3 3結(jié)構(gòu)上仍然是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)或串級(jí)控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)上仍然是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)或串級(jí)控制系統(tǒng)。均勻控制必須滿(mǎn)足上述兩個(gè)限制條件均勻控制