過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用基礎(chǔ)

過程裝備控制基礎(chǔ)主要內(nèi)容被控對象的特性單回路控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述特性參數(shù)實(shí)驗(yàn)測定單回控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定串級、前饋比值、選擇性均勻、分程被控對象的特性定義：被控對象的特性，就是當(dāng)被控對象的輸入變量發(fā)生變化時，其輸出變量隨時間的變化規(guī)律(包括變化的大小、速度等)。被控對象輸入變量與輸出變量之間的聯(lián)系稱為通道；操縱變量與被控變量之間的聯(lián)系稱為控制通道；干擾作用與被控變量之間的聯(lián)系稱為干擾通道。被控對象的特性被控對象的特性一、被控對象的數(shù)學(xué)描述

在靜態(tài)條件下，單位時間流入對象的物料（或能量）等于從系統(tǒng)中流出的物料（或能量）；在動態(tài)條件下，單位時間流入對象的物料（或能量）與單位時間從系統(tǒng)中流出的物料（或能量）之差等于系統(tǒng)內(nèi)物料（或能量）貯存量的變化率。數(shù)學(xué)描述微分方程式數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型：過程在輸入量（包括控制量和擾動量）作用下，其輸出量（被控量）隨輸入量變化的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系表達(dá)式。被控對象的特性建立數(shù)學(xué)模型意義可以更深入地了解被控過程的特性。便于用計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算來分析控制過程。便于尋求優(yōu)化操作條件。用于調(diào)試系統(tǒng)及進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。用來建立操作人員的培訓(xùn)系統(tǒng)。被控對象的特性數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)數(shù)學(xué)模型的形式影響過程參數(shù)的因素相對復(fù)雜。系統(tǒng)運(yùn)行過程中各數(shù)學(xué)模型的參數(shù)隨運(yùn)行條件的變化會有較大的改變。按參量形式分被控對象的特性1、單容液位對象（1）有自衡對象的單容對象被控對象水槽被控變量液位Hx操縱變量進(jìn)水量Qi液位H進(jìn)水量Qi被控對象的特性x靜態(tài)：Qi=Qo，液位H保持不變。根據(jù)物料平衡方程得：式中：A－水箱橫截面積；dH－液位變化量；Qi、Qi流入量與流出量的變化量。輸入量的變化與控制的開度x有關(guān)，即Qi=kxx流出量與液位有關(guān)，即輸出量的變化量為線性化處理被控對象的特性式中:C－對象的液容，也叫容量系數(shù)，這里就是水箱的橫截面積A；T－對象的時間常數(shù)，T＝液阻液容＝RC＝RA；K－對象的放大系數(shù)。K=kxR；H=Kx(1-e-t/T)被控對象的特性xyxt002T3T4TH()H0HtT0.632h()T0.632h()H=Kx(1-e-t/T)被控對象的特性（2）無自衡對象的單容對象x被控對象水槽被控變量液位H操縱變量進(jìn)水量Qi液位H進(jìn)水量Qi被控對象的特性x鏡態(tài)：Qi=Qo，液位H保持不變。根據(jù)物料平衡方程得：式中：A－水箱橫截面積；dH－液位變化量；Qi流入量變化量。輸入量的變化與控制的開度x有關(guān)，即Qi=kxxh(t)xtt被控對象的特性2、雙容液位對象(1)兩儲槽互不關(guān)聯(lián)傳遞函數(shù)被控對象的特性(2)兩儲槽互相關(guān)聯(lián)傳遞函數(shù)被控對象的特性h(t)xttc被控對象的特性二、被控對象的特性參數(shù)1.放大系數(shù)

放大系數(shù)又稱靜態(tài)增益，是被控對象重新達(dá)到平衡狀態(tài)時的輸出變化量與輸入變化量之比。被控對象的特性放大系數(shù)的一般性說明（1）放大系數(shù)K表達(dá)了被控對象在干擾作用下重新達(dá)到平衡狀態(tài)的性能，是不隨時間變化的參數(shù)。所以K是被控對象的靜態(tài)特性參數(shù)。（2）在相同的輸入變化量作用下，被控對象的K越大，輸出變化量就越大，即輸入對輸出的影響越大，被控對象的自身穩(wěn)定性越差；反之，K越小，被控對象的穩(wěn)定性越好。被控對象的特性（3）K在任何輸入變化情況下都是常數(shù)的被控對象稱為線性對象。輸入不同的變化量其放大系數(shù)不為常數(shù)的被控對象，稱為非線性對象。非線性對象是比較難控制的。（4）處于不同通道的放大系數(shù)K對控制質(zhì)量的影響是不一樣的。被控對象的特性2.時間常數(shù)

間常數(shù)反映了被控對象受到輸入作用后，輸出變量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值的快慢，它決定了整個動態(tài)過程的長短。它是被控對象的動態(tài)特性參數(shù)。(1)指當(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間。(2)當(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間。被控對象的特性3.滯后時間

滯后時間是描述對象滯后現(xiàn)象的動態(tài)參數(shù)。根據(jù)滯后性質(zhì)可分為傳遞滯后和容量滯后兩種。傳遞滯后0：又叫純滯后，是由于信號的傳輸、介質(zhì)的輸送或熱的傳遞要經(jīng)過一段時間而產(chǎn)生的。容量滯后C：容量滯后一般是因?yàn)槲锪匣蚰芰康膫鬟f需要通過一定的阻力而引起的。滯后時間τ：是傳遞滯后0和容量滯后C的總和。被控對象的特性被控對象的特性h(t)xttc被控對象的特性對象特性模型結(jié)構(gòu)無自衡過程自衡過程延時無延時延時無延時二階一階被控對象的特性三、對象特性的實(shí)驗(yàn)測定機(jī)理建模法：從工藝過程的機(jī)理出發(fā)，寫出各種有關(guān)的平衡方程（如物料平衡、能量平衡等）求取被測對象的微分方程式。實(shí)驗(yàn)測定法：系統(tǒng)處于穩(wěn)定后，給對象輸入一激勵信號，使對象處于動態(tài)變化的過程，根據(jù)測得的一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，得到對象特性參數(shù)的具體數(shù)值。被控對象的特性

根據(jù)激勵信號不同，實(shí)驗(yàn)測定法又分為：時域分析法、頻域分析法和統(tǒng)計(jì)分析法時域分析法在被測對象的輸入端施加階躍信號或脈沖信號，測繪出對象的輸出變量隨時間變化的階躍響應(yīng)曲線或脈沖響應(yīng)曲線，分析響應(yīng)曲線確定對象的數(shù)學(xué)模型。簡單、精度低頻域分析法在被測對象的輸入端施加不同頻率的正弦波，測出輸出量與輸入量的幅值比和相位差，獲得對象的頻率特性。簡單、精度低被控對象的特性統(tǒng)計(jì)分析法在被測對象的輸入端施加階隨機(jī)信號，觀察和記錄由此引起的各參數(shù)的變化，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)相關(guān)法研究對象的動態(tài)特性。復(fù)雜、精度高被控對象的特性1、階躍響應(yīng)法測定對象特性原理：階躍響應(yīng)法是指通過操作過程的調(diào)節(jié)閥，使過程的控制輸入一個階躍變化，將被控量隨時間變化的曲線用記錄儀或其他方法測試記錄下來，在根據(jù)測試記錄的響應(yīng)曲線求取過程輸出與輸入的數(shù)學(xué)關(guān)系。測試圖被控對象的特性注意事項(xiàng)：（1）擾動量要選擇恰當(dāng)。（2）測試前，被控過程應(yīng)處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。（3）相同條件下應(yīng)重復(fù)多做幾次試驗(yàn)，從幾次的測試結(jié)果中選擇兩次以上比較接近的響應(yīng)曲線作為分析依據(jù)。（4）分別作階躍輸入信號為正、反方向兩種變化情況的試驗(yàn)對比。被控對象的特性介紹確定模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的原理與方法（1）一階無延時自衡對象傳遞函數(shù)：◆一階對象被控對象的特性（2）一階延時自衡對象傳遞函數(shù)：被控對象的特性（3）一階無延時無自衡對象傳遞函數(shù)：y(t)tt傳遞函數(shù)：（4）一階延時無自衡對象（1）二階無延時自衡對象◆二階對象被控對象的特性傳遞函數(shù)：被控對象的特性（2）二階延時自衡對象傳遞函數(shù)：式中x=T1/T2被控對象的特性矩形脈沖法測定對象的數(shù)學(xué)模型矩形脈沖法

利用控制閥加一擾動后，待被控量上升（或下降）到將要超過生產(chǎn)上允許的最大偏差時，立即清除擾動，讓被控量回到起始值。優(yōu)點(diǎn)◆施加擾動的時間短◆擾動幅值可達(dá)20％或30％◆測量響應(yīng)曲線的時間短被控對象的特性脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換階躍響應(yīng)曲線ys(t)=yp(t)+ys(t-t0)tu1(t)tu2(t)tu(t)被控對象的特性例：設(shè)t0=2min，脈沖幅值為0.2t/h，即利用煤氣閥門施加一個擾動，使燃料量變化0.2t/h，經(jīng)2min后立即將閥門準(zhǔn)確回到原位，材料溫度隨燃?xì)獾脑黾佣仙瑴y量材料出口溫度t，每分鐘記錄一次，共記40次。被控對象的特性4.164.144.104.074.023.983.923.873.803.74ys(℃)3.663.593.503.413.303.193.062.922.762.59ys(℃)2.402.201.971.731.461.170.850.480.250ys(℃)0.160.180.200.220.240.270.300.330.360.39yp(℃)19181716151413121110t(min)0.060.070.080.090.100.110.120.130.140.15yp(℃)29282726252423222120t(min)00.010.010.010.020.020.030.030.040.05yp(℃)39383736353433323130t(min)4.264.264.264.264.254.244.234.224.204.19ys(℃)0.430.470.510.560.610.690.600.480.250yp(℃)9876543210t(min)單回路控制系統(tǒng)

單回路控制系統(tǒng)又稱簡單控制系統(tǒng)，是指由一個被控對象、一個檢測元件及變送器、一個調(diào)節(jié)器和一個執(zhí)行器所構(gòu)成的閉合系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)正確選擇被控變量與控制變量。正確選擇調(diào)節(jié)器的正反作用與調(diào)節(jié)閥的開關(guān)形式。合理選擇調(diào)節(jié)器的控制算法。合理選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性。正確選擇測量變送器。一、單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。單回路控制系統(tǒng)1.被控變量的選擇

被控變量是生產(chǎn)過程中希望保持在定值或按一定規(guī)律變化的過程參數(shù)。是對提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、促進(jìn)安全生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)效率、節(jié)能等具有決定作用的工藝變量。合理選擇被控變量的基本原則：作為被控變量，其信號最好是能夠直接測量獲得，并且測量和變送環(huán)節(jié)的滯后也要較小。單回路控制系統(tǒng)若被控變量信號無法直接獲取，可選擇與之有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控變量。作為被控變量，必須是獨(dú)立變量。變量的數(shù)目一般可以用物理化學(xué)中的相律關(guān)系來確定。作為被控變量，必須考慮工藝合理性，以及目前儀表的現(xiàn)狀能否滿足要求。單回路控制系統(tǒng)2.操縱變量的選擇

在控制系統(tǒng)中，用來克服干擾對被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量就是操縱變量。在化工和煉油生產(chǎn)過程度中，最常見的操縱變量是流量，也有電壓、轉(zhuǎn)速等。單回路控制系統(tǒng)考慮工藝合理性考慮被控對象特性操縱量：載熱體流量（蒸汽流量）操縱量：稀釋水流量①使被控對象控制通道的放大系數(shù)較大，時間常數(shù)較小，純滯后時間越小越好。單回路控制系統(tǒng)②使被控對象干擾通道的放大系數(shù)盡可能小，時間常數(shù)越大越好。精餾過程示意圖1-精餾塔；2-蒸汽加熱器被控變量：精餾塔某段的溫度干擾：進(jìn)料流量、進(jìn)料成分、進(jìn)料溫度、回流流量、回流溫度、加熱蒸汽流量、冷凝器冷卻溫度及塔壓等。操縱量：加熱蒸汽流量單回路控制系統(tǒng)3.執(zhí)行器的選擇

執(zhí)行器是過程控制系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，其作用是接受調(diào)節(jié)器送來的控制信號，調(diào)節(jié)管道中的介質(zhì)的流量（調(diào)節(jié)操縱變量），從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥）按照生產(chǎn)過程的特點(diǎn)、安全運(yùn)行和推動力等來選擇氣動、電動或液動執(zhí)行器。根據(jù)被控變量的大小選擇調(diào)節(jié)閥的流通能力。從安全的角度選取調(diào)節(jié)閥的氣開或氣關(guān)形式。從被控對象的特性、負(fù)荷的變化情況等選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性。。單回路控制系統(tǒng)（1）氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)

額定時間內(nèi)，閥門處于最大開啟狀態(tài)時，流經(jīng)閥門的體積流量，或者是質(zhì)量流量的總和。（2）調(diào)節(jié)閥的流通能力（3）調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇

在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對流量與它的開度之間關(guān)系。最常見調(diào)節(jié)閥的流量特性有線性、等百分比、拋物線三種。單回路控制系統(tǒng)

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指流體流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關(guān)系，即式中，為相對流量，即調(diào)節(jié)閥某一開度流量與全開流量之比；為相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度行程與全行程之比。單回路控制系統(tǒng)負(fù)荷變化對象特性變化調(diào)節(jié)器參數(shù)√如果負(fù)荷變化不可知，采用自整定調(diào)節(jié)器的方法，根據(jù)負(fù)荷變化及時修正調(diào)節(jié)器參數(shù)?！倘绻?fù)荷變化有一定規(guī)律，采用采用選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性來補(bǔ)償對象特性的變化，使廣義對象的特性在負(fù)荷變化時保持不變。單回路控制系統(tǒng)生產(chǎn)安全保證產(chǎn)品質(zhì)量節(jié)省能源產(chǎn)品介質(zhì)的特點(diǎn)鍋爐給水閥應(yīng)為氣關(guān)閥精餾塔回流量閥為氣關(guān)閥精餾塔進(jìn)料閥為氣開閥精餾塔塔釜蒸汽調(diào)節(jié)閥應(yīng)為氣開閥（4）調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇單回路控制系統(tǒng)4.檢測變送環(huán)節(jié)的影響

檢測變送環(huán)節(jié)在控制系統(tǒng)中起著獲得信息和傳遞信息的作用。純滯后在過程控制中，由于檢測元件安裝位置的原因會產(chǎn)生純滯后。PH值控制系統(tǒng)式中，—主管道、支管道的長度；

—主管道、支管道內(nèi)流體的速度。單回路控制系統(tǒng)蒸汽直接加熱系統(tǒng)純滯后時間

純滯后使測量信號不能及時地反映被控變量的實(shí)際值，從而降低了控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。方法：正確選擇安裝檢測點(diǎn)的位置，使檢測元件不要安裝在死角或容易結(jié)焦的地方。單回路控制系統(tǒng)測量滯后測量滯后是由測量元件本身特性所引起的動態(tài)誤差。當(dāng)測量元件感受被控變量的變化時，要經(jīng)過一個變化過程，才能反映被控變量的實(shí)際值，這時測量元件本身就構(gòu)成了一個具有一定時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)。

克服測量滯后的方法通常有兩種：一是盡量選用快速測量元件；二是在測量元件之后引入微分作用。單回路控制系統(tǒng)傳遞滯后即信號傳輸滯后，主要是由于氣壓信號在管路傳送過程中引起的滯后。①盡量縮短信號管線的長度。②改用電信號傳遞。③在氣壓管線上加氣動繼動器，或在執(zhí)行器上加氣動閥門定位器。④按實(shí)際情況采用基底式儀表。單回路控制系統(tǒng)5.調(diào)節(jié)器正反作用的確定系統(tǒng)穩(wěn)定的條件系統(tǒng)開環(huán)總的放大倍數(shù)為負(fù)極性閉環(huán)負(fù)反饋環(huán)節(jié)的極性：當(dāng)環(huán)節(jié)的輸入信號增大時，若輸出信號增大，則其放大倍數(shù)為正極性；若輸出信號減小，則其放大倍數(shù)為負(fù)極性。單回路控制系統(tǒng)6.調(diào)節(jié)器的投運(yùn)問題無擾動切換無擾動切換：從手動切換到自動或從自動切換到手動，不造成系統(tǒng)的擾動，不破壞系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)原則：切換中不能改變原來調(diào)節(jié)閥的開度。單回路控制系統(tǒng)二、調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律

調(diào)節(jié)器是控制系統(tǒng)的心臟。它的作用是將測量變送信號與給定值相比較產(chǎn)生偏差信號，然后按一定的運(yùn)算規(guī)律產(chǎn)生輸出信號，推動執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。

調(diào)節(jié)規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律。斷續(xù)調(diào)節(jié)連續(xù)調(diào)節(jié)單回路控制系統(tǒng)1.位式調(diào)節(jié)規(guī)律理想的雙位調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

雙位調(diào)節(jié)規(guī)律是一種典型的非線性調(diào)節(jié)規(guī)律，當(dāng)測量值大于或小于給定值時，調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到最大或最小兩個極限位置。與調(diào)節(jié)器相連的執(zhí)行器相應(yīng)也只有“開”和“關(guān)”兩個極限工作狀態(tài)。單回路控制系統(tǒng)雙位爐溫自動控制系統(tǒng)被控對象：加熱爐1檢測元件：熱電偶2調(diào)節(jié)器：雙位調(diào)節(jié)器3執(zhí)行機(jī)構(gòu)：繼電器4加熱裝置：電容器5工作過程：溫度的給定值用雙位調(diào)節(jié)器上的給定值指針由人工設(shè)置。爐溫由熱電偶測量并送至雙位調(diào)節(jié)器。雙位調(diào)節(jié)器根據(jù)溫度測量與給定值的偏差大小發(fā)出使繼電器通、斷電的控制信號，從而控制加熱爐內(nèi)部的溫度。單回路控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：位式調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、使用方便、對配用的調(diào)節(jié)閥無任何特殊的要求。缺點(diǎn)：被控變量總在波動，控制質(zhì)量不高。當(dāng)被控對象純滯后較大時，被控變量波動幅度較大。使用場合：帶有上、下限裝置的檢測儀表，如壓力表、水銀溫度計(jì)、雙金屬片溫度計(jì)、電子電位差計(jì)、能自動平衡電橋等；控制要求不高的場合。單回路控制系統(tǒng)具有中間區(qū)的雙位調(diào)節(jié)器

當(dāng)偏差達(dá)到一定數(shù)值或時，調(diào)節(jié)器的輸出才會變化，而在中間區(qū)內(nèi)調(diào)節(jié)器的輸出將取決于它原來所處的狀態(tài)。（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)都有不靈敏區(qū)。（2）采用雙位調(diào)節(jié)的系統(tǒng)要求被控變量在兩個極限值之間。單回路控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的過渡過程曲線實(shí)際雙位調(diào)節(jié)響應(yīng)曲線性能指標(biāo)振幅周期2.比例調(diào)節(jié)規(guī)律（P）

在比例調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號變化量與輸入信號成比例關(guān)系比例放大系數(shù)（）式中，稱為比例增益或比例放大倍數(shù)。單回路控制系統(tǒng)

在階躍輸入作用下，比例調(diào)節(jié)規(guī)律的輸出特性。簡單比例控制系統(tǒng)被控變量：水位調(diào)節(jié)器：杠桿測量元件：浮球操縱量：進(jìn)水位單回路控制系統(tǒng)比例控制具有控制及時、克服偏差有力的特點(diǎn)。比例控制必然有余差存在。單回路控制系統(tǒng)比例度（）

比例度是指調(diào)節(jié)器輸入變化量與相應(yīng)輸出的相對變化量之比的百分?jǐn)?shù)。

要使輸出信號作全范圍的變化，輸入信號必須改變?nèi)砍痰陌俜种畮?，即輸入與輸出的比例范圍。單回路控制系統(tǒng)比例度對過渡過程的影響比例度越大,放大倍數(shù)越小，余差就越大；反之，比例度減小，系統(tǒng)的余差也隨之減小。比例度越小，最大偏差越小，振蕩周期也越短，工作頻率提高。比例度的減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度降低，其過渡過程逐漸從衰減振蕩走向臨界振蕩直至發(fā)散振蕩。

比例調(diào)節(jié)器適用于干擾少、擾動幅度小、負(fù)荷變化不大、滯后較小或者控制要求精度不高的場合。單回路控制系統(tǒng)例：某氣動比例溫度控制器的輸入范圍為5001000C，輸出范圍為20100kPa，當(dāng)控制器輸入變化200C時，其輸出信號變化40kPa，則該控制器的比例帶為單回路控制系統(tǒng)加熱器出口溫度控制系統(tǒng)BB100x100AAAOOOQ1Q0單回路控制系統(tǒng)3.比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律（PI）積分調(diào)節(jié)規(guī)律（I）

在積分調(diào)節(jié)規(guī)律中，調(diào)節(jié)器輸出信號的變化量與輸入偏差的積分成正比。式中，為積分速度。

在階躍輸入作用下，積分調(diào)節(jié)規(guī)律的輸出特性。單回路控制系統(tǒng)比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律（PI）時間常數(shù)

在階躍輸入作用下，比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律的輸出特性。積分時間：在階躍偏差輸入作用下，調(diào)節(jié)器的輸出到達(dá)比例輸出兩倍時所經(jīng)歷的時間。單回路控制系統(tǒng)積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響比例度不變

積分時間的減小，積分作用不斷增強(qiáng)，最大偏差減小，余差消除加快，但同時系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定性下降。4.比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律（PID）微分調(diào)節(jié)規(guī)律（D）

在微分調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器輸出信號的變化量與輸入偏差的變化速度成正比。微分增益單回路控制系統(tǒng)理想微分作用特性

微分調(diào)節(jié)器的輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差存在與否無關(guān)。即微分作用對恒定的偏差沒有克服能力。比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律（PD）微分時間單回路控制系統(tǒng)實(shí)際比例微分調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為微分時間對過渡過程的影響比例度不變

微分時間的增加，微分作用加強(qiáng)，最大偏差減小，振蕩加劇，穩(wěn)定性變差。單回路控制系統(tǒng)比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律（PID）理想的PID調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式實(shí)際比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律（PID）的傳遞函數(shù)單回路控制系統(tǒng)根據(jù)控制規(guī)律特點(diǎn)選擇比例(P)控制器比例控制是最簡單最基本的控制律能迅速有力地克服干擾的影響，或使被控變量能迅速跟蹤設(shè)定值的變化，過渡過程時間短，而且只有一個參數(shù)需要整定。但是，過渡過程結(jié)束后有余差存在。

適用于負(fù)荷變化小、自衡能力強(qiáng)、對象控制通道中的純滯后時間和時間常數(shù)之比()較小、工藝上允許有余差存在、控制質(zhì)量要求不高的場合。

單回路控制系統(tǒng)比例微分(PD)控制器在比例控制基礎(chǔ)上引入微分作用后，減小了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，從而可以加快過渡過程，減小動態(tài)偏差和余差，對克服對象的容量滯后有顯著的效果。但是，微分作用不能過強(qiáng)，否則會使系統(tǒng)對高頻干擾特別敏感，反而可能引起系統(tǒng)振蕩程度加劇。

適用于對象控制通道的時間常數(shù)較大、負(fù)荷變化較小、反應(yīng)速度較慢的場合。但是，微分時間的設(shè)置要合理。對于容量滯后很小、干擾作用頻繁的系統(tǒng)，應(yīng)盡可能避免使用微分作用；對于存在測量噪聲或周期干擾的系統(tǒng)，則不宜采用微分控制。

單回路控制系統(tǒng)比例積分(PI)控制器在比例控制的基礎(chǔ)上引入積分作用后，會增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，比例增益必須減小，從而使過渡過程變慢。動態(tài)偏差變大。但是，積分增益有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)就是可以消除余差。

適用于對象控制通道的時間常數(shù)較小、負(fù)荷變化不很大、工藝要求沒有余差的場合。對容量滯后和純滯后都比較大的系統(tǒng)，要盡量避免使用比例積分控制器。

單回路控制系統(tǒng)比例積分微分(PID)控制器既能克服對象的容量滯后，減小動態(tài)偏差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又能消除系統(tǒng)的余差。

適用于控制對象負(fù)荷變化較大、對象容量滯后較大、工藝要求無余差、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。但是，對于純滯后很大、負(fù)荷變化很大的系統(tǒng)，三作用控制同樣無能為力。單回路控制系統(tǒng)（5）調(diào)節(jié)規(guī)律的選取1-比例調(diào)節(jié)；2-積分調(diào)節(jié)；3-比例積分調(diào)節(jié)；4-比例微分調(diào)節(jié)；5-比例微分積分調(diào)節(jié)單回路控制系統(tǒng)根據(jù)被控變量選擇液位控制系統(tǒng)通常液位控制系統(tǒng)的對象是一個單容量對象，沒有純滯后，容量滯后也較小，而且常常允許液位有一些波動。

一般情況下選擇比例(P)控制規(guī)律；在控制要求較高的場合，選擇比例積分(PI)控制規(guī)律。溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)的對象是多容量的，時間常數(shù)比較大，純滯后時間的長短隨對象的不同或測量元件的位置不同而變化，通常不允許有余差。

選擇比例積分(PD)控制規(guī)律或比例積分微分(PID)控制規(guī)律。單回路控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)被控變量與操縱變量是同一物料的流量，控制對象很接近于1:1的比例環(huán)節(jié)，時間參數(shù)非常小，從而使廣義對象的特性幾乎取決于測量變送器和控制閥。

選擇比例積分(PI)控制規(guī)律。壓力控制系統(tǒng)在壓力控制系統(tǒng)中，控制對象的特性差別很大，所選控制規(guī)律也各不相同。

選擇比例(P)控制規(guī)律。單回路控制系統(tǒng)三、調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定被控對象的動態(tài)特性干擾噪聲的形式和幅值控制方案調(diào)節(jié)器參數(shù)控制品質(zhì)不能再改變◆參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)

通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)（比例帶

、積分時間

、微分時間)，使調(diào)節(jié)器的特性與被控對象的特性相匹配，以達(dá)到最佳控制效果。單回路控制系統(tǒng)◆衡量調(diào)節(jié)器參數(shù)是否最佳的標(biāo)準(zhǔn)

單項(xiàng)性能指標(biāo)衰減比為4:1或10:1誤差積分性能指標(biāo)單回路控制系統(tǒng)◆系統(tǒng)參數(shù)整定方法理論計(jì)算整定法工程整定法

基于對象的階躍響應(yīng)曲線，是一種近似的經(jīng)驗(yàn)方法。

基于被控對象數(shù)學(xué)模型（如傳遞函數(shù)、頻率特性），通過計(jì)算方法直接求得調(diào)節(jié)器整定參數(shù)。頻率法、根軌跡法、偏差積分準(zhǔn)則經(jīng)驗(yàn)試湊法、動態(tài)特性參數(shù)法臨界比例度法、衰減曲線法單回路控制系統(tǒng)（1）經(jīng)驗(yàn)試湊法

經(jīng)驗(yàn)試湊法就是根據(jù)被控變量的性質(zhì)，在已知合適的參數(shù)（經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）范圍內(nèi)選擇一組適當(dāng)?shù)闹底鳛檎{(diào)節(jié)器當(dāng)前的參數(shù)值，然后直接在運(yùn)行的系統(tǒng)中，人為地加上階躍干擾，通過觀察記錄儀表上的過渡過程曲線，并以比例度、積分時間、微分時間對過渡過程的影響為指導(dǎo)，按照某種順序反復(fù)試湊。直到獲得滿意的過渡過程曲線為止。單回路控制系統(tǒng)溫度系統(tǒng)其對象容量滯后較大，被控變量受干擾作用后變化遲緩，一般選用較小的比例度，較大的積分時間，同時要加入微分作用，微分時間是積分時間的四分之一。流量系統(tǒng)是典型的快速系統(tǒng)，對象容量滯后較小，被控變量有波動。對于這種過程，不用微分作用，宜用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，且比例度要大，積分時間可小。單回路控制系統(tǒng)壓力系統(tǒng)通常為快速系統(tǒng)，對象的容量滯后一般較小，其參數(shù)的整定原則與流量系統(tǒng)的整定原則相同。但在某些情況下，壓力系統(tǒng)也會成為慢速系統(tǒng)，這時系統(tǒng)的參數(shù)整定原則應(yīng)參照典型的溫度系統(tǒng)。液位系統(tǒng)其對象時間常數(shù)范圍較大，對只需要實(shí)現(xiàn)平均液位控制的地方，宜用純比例控制，比例度要大，一般不用微分作用，要求較高時應(yīng)加入積分作用。單回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)參數(shù)溫度20603100.53流量401000.11壓力30700.43液位20100單回路控制系統(tǒng)（2）臨界比例度法

臨界比例度法又稱Ziegler-Nichols方法，它首先求取在純比例作用下的閉環(huán)系統(tǒng)為等幅振蕩過程時的比例度和振蕩周期，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出相應(yīng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。整定步驟√設(shè)置調(diào)節(jié)器積分時間，微分時間，比例帶較大值，使控制系統(tǒng)投入運(yùn)行。單回路控制系統(tǒng)√待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，逐漸減小比例帶，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，即累加振蕩過程。記錄此時的臨界比例帶和臨界振蕩周期?！汤煤椭?，計(jì)算相應(yīng)的計(jì)算公式，求調(diào)節(jié)器各振蕩參數(shù)的數(shù)值。0.130.51.7PID0.852.2PI2P控制規(guī)律單回路控制系統(tǒng)適用條件工藝允許被控變量做等幅振蕩；在獲取等幅振蕩曲線時，不能使控制閥全關(guān)、全開的極限狀態(tài)。單回路控制系統(tǒng)（3）衰減曲線法√設(shè)置調(diào)節(jié)器積分時間，微分時間，比例帶較大值，使控制系統(tǒng)投入運(yùn)行?！檀到y(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，逐漸減小比例帶，直到系統(tǒng)出現(xiàn)4:1（或10:1）的衰減振蕩。記錄此時的比例帶和臨界振蕩周期（或上升時間）。單回路控制系統(tǒng)√利用和或值，計(jì)算相應(yīng)的計(jì)算公式，求調(diào)節(jié)器各振蕩參數(shù)的數(shù)值。單回路控制系統(tǒng)適用條件干擾較小的系統(tǒng)；設(shè)定值的干擾不應(yīng)超出工藝允許的范圍。單回路控制系統(tǒng)特性曲線法利用廣義對象時間常數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法。廣義對象的動態(tài)特性調(diào)節(jié)器類型調(diào)節(jié)器參數(shù)(%)TI/minTD/minP(Ko/To)100%－－PI(1.1Ko/To)100%3.3－PID(0.85Ko/To)100%20.5復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜生產(chǎn)過程的特點(diǎn)◆過程可控程度較差◆過程具有較明顯的時變性和非線性◆擾動劇烈而且幅度大◆控制性能要求高◆過程參數(shù)之間存在嚴(yán)重的關(guān)聯(lián)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)改善性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)特殊要求復(fù)雜控制系統(tǒng)一、串級控制系統(tǒng)1.串級控制的基本原理管式加熱爐工藝要求：被加熱油聊的出口溫度穩(wěn)定。被控變量：被加熱油料的出口溫度干擾：被加熱油料的流量波動和溫度的變化；燃料油壓力的波動和熱值的變化；復(fù)雜控制系統(tǒng)管式加熱爐出口溫度單回控制系統(tǒng)

控制通道的容量滯后大、時間常數(shù)大，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的控制作用不及時，反映遲鈍、最大偏差大、過渡時間長、抗干擾能力差，控制精度降低。管式加熱爐爐膛溫度單回路控制系統(tǒng)

控制通道的容量滯后大大減少，但是沒有對出口溫度構(gòu)成閉環(huán)控制，因此，不能保證出口溫度穩(wěn)定在要求的值上。復(fù)雜控制系統(tǒng)管式加熱爐出口溫度燃料油流量串級控制系統(tǒng)

根據(jù)爐膛溫度的變化，先調(diào)節(jié)燃油量（迅速實(shí)現(xiàn)“粗調(diào)”作用），然后再根據(jù)被加熱油料出口溫度與給定值之間的偏差，進(jìn)一步調(diào)節(jié)燃料油量（實(shí)現(xiàn)“細(xì)調(diào)”）復(fù)雜控制系統(tǒng)定義：由兩臺調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起，控制一個調(diào)節(jié)閥，從而使工藝生產(chǎn)的主要參數(shù)達(dá)到更好的控制效果的控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)術(shù)語主被控變量大多為工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)，在串級控制系統(tǒng)中起指導(dǎo)作用的被控變量。副被控變量大多為影響主被控變量的重要參數(shù)，通常為穩(wěn)定主被控變量而引入的中間輔助變量。副被控變量主被控變量復(fù)雜控制系統(tǒng)主對象大多為工業(yè)過程中所要控制的、由主被控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備和過程。副對象大多為工業(yè)過程中影響主被控變量的、由副被控變量表征其特性的輔助生產(chǎn)設(shè)備或輔助過程。副對象主對象復(fù)雜控制系統(tǒng)主控制器在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用，按主被控變量和其設(shè)定值之差進(jìn)行控制運(yùn)算，并將其輸出作為副控制器設(shè)定值的控制器。副控制器在系統(tǒng)中起輔助作用，按所測得的副被控變量和主控制器輸出之差來進(jìn)行控制運(yùn)算，其輸出直接作用于控制閥的控制器。主控制器副控制器主控制器副控制器復(fù)雜控制系統(tǒng)主變送器測量并轉(zhuǎn)換主被控變量的變送器。副變送器測量并轉(zhuǎn)換副被控變量的變送器。主回路即整節(jié)串級控制系統(tǒng)，共包括由主變送器、主控制器、副回路等效環(huán)節(jié)、主對象所構(gòu)成的閉環(huán)回路，又稱為“主環(huán)”或“外環(huán)”。副回路處于串級控制系統(tǒng)內(nèi)部的，由副變送器、副控制器、控制閥和副對象所構(gòu)成的閉環(huán)回路，又稱為“副環(huán)”或“內(nèi)環(huán)”。主變送器副變送器復(fù)雜控制系統(tǒng)Gc1(s)Gc2(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm2(s)Gm1(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)--復(fù)雜控制系統(tǒng)2.串級控制系統(tǒng)的工作過程二次干擾一次干擾干擾作用于副回路（即二次干擾）干擾作用于主回路（即一次干擾）干擾同時作用于主、副回路（即一次干擾和二次干擾）復(fù)雜控制系統(tǒng)干擾作用于副回路（即二次干擾）◆二次干擾為小干擾，即副被控變量變化，主被控變量不變。TQZ1Z2R1E1R2E2→E1=Z1-R1不變→

R2不變Q→Z2→E2=Z2-R2R1不變T不變→Z1不變副控制器反作用副控制器輸出控制閥氣開式控制閥關(guān)小→Q復(fù)雜控制系統(tǒng)◆二次干擾為大干擾，即副被控變量、主被控變量變化。TQZ1Z2R1E1R2E2→E1=Z1-R1

Q→Z2→E2=Z2-R2R1不變Q→T→Z1副控制器反作用副控制器輸出控制閥氣開式控制閥關(guān)小→Q→T主控制器反作用R2

復(fù)雜控制系統(tǒng)干擾作用于主回路（即一次干擾）◆副被控變量不變，主被控變量變化。TQZ1Z2R1E1R2E2→E1=Z1-R1Q不變→Z2不變→E2=Z2-R2R1不變T→Z1副控制器反作用副控制器輸出控制閥氣開式控制閥關(guān)小→Q主控制器反作用R2→T復(fù)雜控制系統(tǒng)干擾同時作用于主、副回路（即一次干擾和二次干擾）◆在干擾的作用下，主、副被控變量同向變化，即同時增加或同時減小TQZ1Z2R1E1R2E2→E1=Z1-R1Q→Z2→E2=Z2-R2R1不變T→Z1副控制器反作用副控制器輸出控制閥氣開式控制閥關(guān)小→Q主控制器反作用R2→T復(fù)雜控制系統(tǒng)◆在干擾的作用下，主、副被控變量反向變化，即一個增加而另一個減小。TQZ1Z2R1E1R2E2→E1=Z1-R1Q→Z2→E2=Z2-R2R1不變T→Z1主控制器反作用R2復(fù)雜控制系統(tǒng)3.串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)改善了對象的動態(tài)特性串級控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力Gc1(s)Gc2(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm2(s)Gm1(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)--改善了對象的動態(tài)特性G’p2(s)復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)令結(jié)論：等效副對象的響應(yīng)速度比原副對象()，而且隨著副調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)的增加而越來越快。即對象的容量減小，因此慣性滯后也減小。復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力Gc1(s)Gc2(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm2(s)Gm1(s)Gd2(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)--D2(s)復(fù)雜控制系統(tǒng)Gc(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm(s)Gd2(s)R1(s)Y1(s)Y2(s)-D2(s)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力

串級控制系統(tǒng)主環(huán)是一個定值系統(tǒng)，副環(huán)卻是一個隨動系統(tǒng)。從主調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)操作條件和負(fù)荷的變化，不斷修改副調(diào)節(jié)器的給定值來看，可以認(rèn)為串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。復(fù)雜控制系統(tǒng)等效副對象的動態(tài)特性

如果Kc2整定的足夠大，副環(huán)前向通道的放大倍數(shù)將遠(yuǎn)大于1，則

等效對象的放大倍數(shù)與副對象本身的放大倍數(shù)無關(guān)，僅與副回路測量變送元件的放大倍數(shù)有關(guān)。復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)控制品質(zhì)簡單控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)Kc1=3.7TI=38Kc2=10Kc1=8.4TI=12.8衰減率0.750.75偏差00系統(tǒng)工作頻率0.0870.23二次干擾下的短期最大偏差0.240.011一次干擾下的短期最大偏差0.30.11復(fù)雜控制系統(tǒng)（1）主要干擾是冷卻水的溫度波動。（2）主要干擾是冷卻水的壓力波動。

反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行放熱反應(yīng)，釜內(nèi)溫度過高會發(fā)生事故。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。復(fù)雜控制系統(tǒng)（1）主要干擾是冷卻水的溫度波動。復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）主要干擾是冷卻水的壓力波動。復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)4.串級控制系統(tǒng)副回路的分析選擇原則：主、副變量有對應(yīng)關(guān)系副回路應(yīng)包含主要的和更多的干擾管式加熱爐出口溫度T復(fù)雜控制系統(tǒng)主要干擾：燃料油流量和壓力。出口溫度與燃料油流量串級控制系統(tǒng)主要干擾：原料油改變、原料油流量和壓力。出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)主、副對象的時間常數(shù)應(yīng)匹配To1/To2=3-10

實(shí)際中應(yīng)根據(jù)具體對象或系統(tǒng)所希望達(dá)到的目的要求而定：（1）控制系統(tǒng)的目的是利用副環(huán)快速和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)去克服對象的主要干擾To2應(yīng)小一些（2）利用串級控制系統(tǒng)改善對象的特性To2應(yīng)大一些（3）利用串級控制系統(tǒng)克服對象的非線性To2與To2應(yīng)拉開一些復(fù)雜控制系統(tǒng)應(yīng)考慮工藝的合理性和可能性硫化床催化裂化反應(yīng)中的溫度與增壓風(fēng)風(fēng)量串級控制系統(tǒng)。主變量：反應(yīng)器溫度副變量：增壓風(fēng)量工作過程：反應(yīng)器的溫度反應(yīng)工藝情況，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其熱量是靠再生器燒焦的燃燒熱來補(bǔ)償?shù)?，并受載熱體與催化劑循環(huán)量或增壓風(fēng)量的影響。風(fēng)量大，催化劑循環(huán)量多，攜帶的熱量大，反應(yīng)溫度高。1－再生器2－反應(yīng)器3－分離器4－再生U型管5－待生U型管6－增風(fēng)機(jī)7－主風(fēng)機(jī)復(fù)雜控制系統(tǒng)

這個系統(tǒng)從理論上看是合理的，但是實(shí)際使用卻不理想。因?yàn)榇呋瘎┭h(huán)量的變動必然影響反應(yīng)器內(nèi)催化劑儲存量的變化，而催化劑儲存量卻是催化裂化的一個重要操作條件，是應(yīng)該穩(wěn)定不變的。因此，這一串級控制方案對于工藝操作來說是不合理的。如果把這一串級控制方案改為增壓風(fēng)量用一單回路控制系統(tǒng)來控制，以穩(wěn)定催化劑循環(huán)量，而反應(yīng)器溫度通過反應(yīng)器進(jìn)料的預(yù)熱來控制，則效果將會更好。實(shí)踐也證明，這樣的方案是可行的。溫度與增壓風(fēng)風(fēng)量串級控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)要注意生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)性冷卻器出口溫度與液位串級控制系統(tǒng)冷卻器出口溫度與蒸發(fā)壓力串級控制系統(tǒng)從控制角度看，壓力為副變量肯定比液位為副變量的方案要靈敏得多。從經(jīng)濟(jì)原則來考慮，以丙稀液位液面為副變量比以氣丙稀壓力為副變量的方案有節(jié)省。復(fù)雜控制系統(tǒng)例：精餾塔提餾段溫度控制主變量：提餾塔的某塔板的溫度中間變量：蒸汽流量、蒸汽壓力、加熱器中被加熱物質(zhì)的氣相流量精餾塔提餾段復(fù)雜控制系統(tǒng)（1）蒸汽流量作為副變量

只能快速地消除因蒸汽壓力變化引起的擾動，對克服其他干擾基本不能發(fā)揮控制作用（沒有把其他干擾包括進(jìn)副回路），而且蒸汽流量本來時間常數(shù)就小，對系統(tǒng)等效副對象時間常數(shù)的減小作用不明顯。復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）閥后加熱蒸汽壓力作為副變量

蒸氣在加熱器內(nèi)放出熱量而冷凝，冷凝溫度與壓力有關(guān)，所以閥后壓力副變量把壁厚變量包括在其中了。金屬壁通常有幾秒的時間常數(shù)，也就相當(dāng)于把這個時間常數(shù)包括進(jìn)副回路，提高了系統(tǒng)工作頻率提高。復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）被加熱物質(zhì)的氣相流量作為副變量

副回路包含了加熱器液相側(cè)的滯后、壁溫容量、傳熱系數(shù)的變化等，這樣這些擾動就能得到快速的糾正。但是，對克服蒸汽壓力的波動就不如前兩個方案快速了。復(fù)雜控制系統(tǒng)蒸氣流量閥后蒸氣壓力物質(zhì)的氣相流量

以上對副變量的選擇討論都是從控制質(zhì)量角度來考慮的。但在實(shí)際應(yīng)用時，還需考慮工藝上的合理性和經(jīng)濟(jì)性。需要說明一點(diǎn)，一方面副環(huán)包含的干擾增多，副環(huán)將隨之?dāng)U大，副變量離主變量就越近，副環(huán)調(diào)節(jié)器的靈敏度將降低，副環(huán)所起的快速控制作用就不明顯；另一方面，副變量離主變量比較近，干擾一旦影響到副變量，很快也就會影響到主變量，如果主、副對象時間常數(shù)比較接近，容易引起“共振”。這樣副環(huán)的作用也就不大了。因此，在考慮副環(huán)包含干擾時應(yīng)進(jìn)行綜合分析，使副環(huán)大小適度。復(fù)雜控制系統(tǒng)◆調(diào)節(jié)器控制作用的選擇（1）主變量是生產(chǎn)工藝的重要指標(biāo)，控制品質(zhì)要求高，副變量的引入主要是保證和提高主變量的控制精度。主調(diào)節(jié)器－－PI或PID副調(diào)節(jié)器－－P（2）生產(chǎn)工藝對主變量和副變量的要求都比較高主調(diào)節(jié)器－－PI副調(diào)節(jié)器－－PI5.串級控制系統(tǒng)的實(shí)施復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）對主變量要求不高，甚至允許在一定范圍波動，但要求副變量能快速、準(zhǔn)確地跟隨主調(diào)節(jié)器的輸出而變化。主調(diào)節(jié)器－－P副調(diào)節(jié)器－－PD（4）對主變量和副變量的要求都不高。主調(diào)節(jié)器－－P副調(diào)節(jié)器－－P結(jié)論：對主、副控制器控制規(guī)律的選擇應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，通過具體分析而妥善地選擇。復(fù)雜控制系統(tǒng)◆調(diào)節(jié)器控制正、反作用方式的選擇先副后主副回路：主回路：復(fù)雜控制系統(tǒng)例：確定如圖所示加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級控制系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用。解：副環(huán)

調(diào)節(jié)閥副調(diào)節(jié)器為反作用(-)氣開式(+)副對象壓力對象(+)副變送器壓力傳感器(+)復(fù)雜控制系統(tǒng)主環(huán)主調(diào)節(jié)器為反作用(-)主對象溫度對象(+)副變送器壓力傳感器(+)復(fù)雜控制系統(tǒng)確定控制器的正反作用形式。閥門為氣關(guān)式。復(fù)雜控制系統(tǒng)◆串級控制系統(tǒng)的投運(yùn)原則：采用“先投運(yùn)副環(huán)，后投運(yùn)主環(huán)”的投運(yùn)順序。投運(yùn)過程必須保證無擾動切換。電動Ⅲ型儀表組成的串級系統(tǒng)投運(yùn)工作步驟：設(shè)置主、副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值和正、反作用。通過手動遙控副調(diào)節(jié)器，直到主變量穩(wěn)定在設(shè)定值附近。按先副后主的順序，依次將副調(diào)節(jié)器和主調(diào)節(jié)器切入自動。復(fù)雜控制系統(tǒng)◆串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程整定兩步法(1)在主、副環(huán)閉合，主調(diào)節(jié)器都處于純比例的條件下，設(shè)置1＝100％，按單回路整定方法整定副環(huán)，得到副調(diào)節(jié)器的衰減率＝0.75時的比例帶2s和振蕩周期T2s。(2)副調(diào)節(jié)器處于純比例，設(shè)置2＝2s，用同樣的方法整定主調(diào)節(jié)器，得到主調(diào)節(jié)器在＝0.75下的比例帶1s和振蕩周期T1s。復(fù)雜控制系統(tǒng)(3)依據(jù)兩次整定求得的1s、2s和T1s、T2s，按所選調(diào)節(jié)器的類型，利用“衰減曲線法”的計(jì)算公式，分別求出主、副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)、TI、TD

。(4)將上述計(jì)算所得調(diào)節(jié)器參數(shù)，按先副后主、先比例次積分最后微分的順序在主、副調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，觀察控制過程曲線。復(fù)雜控制系統(tǒng)逐次逼近法（1）斷開主環(huán)，按照單回路整定方法，求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)，得到第一次整定值，記作[Gc2]1。（2）把剛整定好的副環(huán)作為主環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，仍按單回路整定方法，求取主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)，記作[Gc1]1。（3）兩個回路都閉合，在主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)[Gc1]1的條件下，按單回路整定方法，重新求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)[Gc2]2

。復(fù)雜控制系統(tǒng)（4）在兩個回路閉合、副調(diào)節(jié)器整定參數(shù)為[Gc2]2的情況下，重新整定主調(diào)節(jié)器，得到[Gc1]2。（5）將上述計(jì)算所得調(diào)節(jié)器參數(shù)，按先副后主、先比例次積分最后微分的順序在主、副調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，觀察控制過程曲線。復(fù)雜控制系統(tǒng)6.串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍用于克服對象的純滯后純滯后時間：90s造紙生產(chǎn)紙漿工作過程：紙漿從儲槽用泵送入混合器，在混合器內(nèi)用蒸汽直接加熱到72C左右，經(jīng)過立篩和圓篩除去雜質(zhì)后送到網(wǎng)前箱，再去銅網(wǎng)脫水制紙。工藝要求:

網(wǎng)前箱溫度恒定在61C,最大波動范圍為1C復(fù)雜控制系統(tǒng)200s450s過渡時間1C8.5C最大偏差串級控制單回路控制紙漿流量波動35kg/min網(wǎng)前箱溫度蒸氣流量串級控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)用于克服對象的容量滯后管式加熱爐

當(dāng)燃料油熱值改變時，原料油出口溫度響應(yīng)特性是一個純值后和一階非周期環(huán)節(jié)來近似，其純滯后時間為0.3min，時間常數(shù)為15min。

采用PID三作用的單回路控制系統(tǒng)，原料油出口溫度的波動仍然比較大，從而影響到后面分餾塔的分離效果。復(fù)雜控制系統(tǒng)出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)

燃料油熱值變化對爐膛溫度的滯后時間較小,時間常數(shù)為3min,反應(yīng)較靈敏。管式加熱爐復(fù)雜控制系統(tǒng)用于克服變化劇烈和幅值大的干擾

蒸汽壓力波動劇烈且幅值大。有時從0.5MPa突然下降到0.3MPa，變化了40％。塔底溫度：1.5C精餾塔精餾塔再沸器復(fù)雜控制系統(tǒng)精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)＝77％，最大偏差為10C。

串級控制系統(tǒng)2＝20％，最大偏差小于1.5C。從實(shí)測的記錄曲線上明顯地看出，當(dāng)干擾作用后，曲線只稍微波動一下即平穩(wěn)下來了。復(fù)雜控制系統(tǒng)用于克服對象的非線性醋酸乙炔合成反應(yīng)爐

圖為醋酸乙炔合成反應(yīng)爐，其中部溫度在工藝上要求極其嚴(yán)格控制，否則難以保證合成氣的質(zhì)量。在它的控制通道中包含兩個熱交換器和一個合成反應(yīng)爐，當(dāng)醋酸和乙炔混合氣體流量發(fā)生變化時，換熱器的出口溫度隨著負(fù)荷的減小而顯著地增高，并呈明顯的非線性變化。復(fù)雜控制系統(tǒng)合成反應(yīng)爐中部溫度對換熱器出口溫度串級控制系統(tǒng)工藝要求:嚴(yán)格控制合成反應(yīng)爐的中部溫度。主變量－反應(yīng)爐的中部溫度副變量－換熱器出口溫度復(fù)雜控制系統(tǒng)用于自校正設(shè)定值1－提升管2－加料器3－待再生的催化劑煉油廠催化裂化裝置

反應(yīng)后結(jié)焦的催化劑通過加料器，由熱風(fēng)將其從提升管下面送至頂部后，進(jìn)入再生器燒焦再生。進(jìn)加料器的二次風(fēng)是加料用的熱風(fēng)，它的風(fēng)量是由反應(yīng)器的料面高低來決定的。進(jìn)加料器的一次風(fēng)是提升催化劑的熱風(fēng)，它的風(fēng)量不能太大，否則會導(dǎo)致催化劑從頂部吹出，但風(fēng)量也不能太小，否則催化劑將會落到加料器的底部，以致堵塞容器和管道，造成停產(chǎn)事故。復(fù)雜控制系統(tǒng)1－提升管2－加料器3－待再生的催化劑煉油廠催化裂化裝置反應(yīng)器料面增高加料器催化劑量增加一次風(fēng)阻力加大一次風(fēng)壓力增加一次風(fēng)量增加主變量－一次風(fēng)壓力副變量－一次風(fēng)流量復(fù)雜控制系統(tǒng)進(jìn)加料器一次風(fēng)壓力與一次風(fēng)流量串級控制系統(tǒng)1－提升管2－加料器3－待再生的催化劑復(fù)雜控制系統(tǒng)二、前饋控制系統(tǒng)1.前饋控制的基本原理前饋控制的基本思想：“防患于未然”，是根據(jù)輸入系統(tǒng)的擾動信號進(jìn)行控制。前饋控制的原理：是力圖不給輸入的擾動影響控制輸出的機(jī)會。反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)反饋是“按后果”控制，前饋是“按前因”控制。復(fù)雜控制系統(tǒng)工作過程：通過恰當(dāng)?shù)乃惴ㄊ箍刂谱饔迷趧討B(tài)及靜態(tài)上補(bǔ)償擾動對被控變量的影響。特點(diǎn)：（1）前饋控制是按照干擾作用的大小進(jìn)行控制的，一般比反饋控制及時。

當(dāng)干擾產(chǎn)生后，被控變量還未發(fā)生變化時，前饋控制器已產(chǎn)生了控制作用，在理論上可以把偏差徹底消除。復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）前饋控制屬于“開環(huán)”控制系統(tǒng)。反饋前饋（3）前饋控制器可視為“專用”控制器。隨不同干擾通道的特性，其算法形式或參數(shù)也是不同的。缺點(diǎn)：前饋只能克服所測量的擾動。復(fù)雜控制系統(tǒng)框圖：反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)

溫度控制器調(diào)節(jié)閥換熱器溫度測量變速器反饋控制系統(tǒng)框圖－溫度控制器調(diào)節(jié)閥換熱器溫度測量變速器冷物料流量前饋控制系統(tǒng)框圖復(fù)雜控制系統(tǒng)2.前饋調(diào)節(jié)器的算法形式GPD(s)GPC(s)Gff(s)FT式中，GPD(s)和GPC(s)分別為干擾通道與控制通道的傳遞函數(shù)。溫度控制器調(diào)節(jié)閥換熱器溫度測量變速器冷物料流量前饋控制系統(tǒng)框圖

當(dāng)前饋控制對擾動實(shí)現(xiàn)了全補(bǔ)償，則有以下等式成立：前饋控制器的數(shù)學(xué)模型前饋算法與干擾和控制通道的動態(tài)特性密切相關(guān)復(fù)雜控制系統(tǒng)3.前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式(1)單純動態(tài)前饋控制前饋控制系統(tǒng)特點(diǎn)：無反饋環(huán)算法：在任何時刻均實(shí)現(xiàn)對干擾的全補(bǔ)償復(fù)雜控制系統(tǒng)(2)單純靜態(tài)前饋控制只需要在穩(wěn)定下實(shí)現(xiàn)對干擾量的補(bǔ)償。被控過程的干擾通道與控制通道的動態(tài)響應(yīng)相接近，那么只要靜態(tài)補(bǔ)償即可。靜態(tài)前饋調(diào)節(jié)器由比例器實(shí)現(xiàn)。復(fù)雜控制系統(tǒng)例：求換熱器靜態(tài)前饋控制器的動作規(guī)律。換熱器的熱量平衡式為：式中，Cp為物料熱容；Hs為蒸汽的汽化潛熱；T1i為控制系統(tǒng)出口溫度的設(shè)定值。

物料流量F與進(jìn)料溫度T2為系統(tǒng)的主要干擾。換熱器前饋控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)換熱器的靜態(tài)前饋控制的信號流程圖靜態(tài)前饋控制算法復(fù)雜控制系統(tǒng)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，不可能針對每一個干擾設(shè)計(jì)和應(yīng)用一套獨(dú)立的前饋控制器。（2）決定前饋控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律的是過程的動態(tài)特性，而很難精確得到控制通道和干擾通道的動態(tài)特性，既使能夠得到，有時也很難實(shí)現(xiàn)。（3）對不可測的干擾無法實(shí)現(xiàn)前饋控制。復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）前饋-反饋控制系統(tǒng)換熱器前饋-反饋控制系統(tǒng)

只需要對主要干擾實(shí)行前饋控制，而其他擾動還是由反饋修正。因?yàn)榉答伩刂瓶梢园輰η梆伈荒芡耆a(bǔ)償?shù)哪遣糠謹(jǐn)_動的抑制，所以使得在建立前饋數(shù)學(xué)模型時的精度要求可以不那么嚴(yán)格，允許在實(shí)施前饋控制時采用通用模塊。同時也“自適應(yīng)”了工況變化時前饋模型特性的變化，而反饋控制也由于前饋控制對干擾所作及時的抑制，而大大減小了自身的負(fù)擔(dān)復(fù)雜控制系統(tǒng)Gff(s)GPD(s)GPC(s)GC(s)T1iT1F前饋－反饋系統(tǒng)控制框圖

當(dāng)換熱器負(fù)荷量F發(fā)生變化時，前饋調(diào)節(jié)器Gff按一定的控制規(guī)律改變加熱蒸汽流量Fs以補(bǔ)償F對被控變量T1的影響。其他干擾，如物料入口溫度、蒸汽壓力的波動引起的T1變化以及由于前饋模型誤差引起的還未消除的偏差，由溫度控制器GPD克服。兩種控制作用在加法器中迭加，得到比較滿意的控制結(jié)果。復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋控制器的動作規(guī)律Gff(s)GPD(s)GPC(s)GC(s)T1iT1F前饋－反饋系統(tǒng)控制框圖應(yīng)用前饋原理，即GPD(s)+Gff(s)GPC(s)=0，有前饋-反饋與單純前饋實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件是相同的。復(fù)雜控制系統(tǒng)

當(dāng)物料流量F發(fā)生變化時，前饋控制器Gff(s)按一定的控制規(guī)律改變加熱流量Fs，補(bǔ)償F對被控變量T1的影響。工作過程Gff(s)GPD(s)GPC(s)GC(s)T1iT1F前饋－反饋系統(tǒng)控制框圖

當(dāng)物料入口溫度、蒸氣壓力的波動時，溫度控制器Gc(s)按一定的控制規(guī)律改變加熱流量Fs，補(bǔ)償被控變量T1的變化。復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋－反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（1）由于在前饋系統(tǒng)中增加了反饋控制回路，這就大大地簡化了原有前饋控制系統(tǒng)，只需對最主要的且是反饋控制不易克服的干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償，而其它干擾均可由反饋控制予以校正。（2）由于反饋控制回路的存在，這就降低了對前饋調(diào)節(jié)器模型的精度要求，這為工程上實(shí)現(xiàn)比較簡單的前饋補(bǔ)償創(chuàng)造條件。（3）在反饋控制系統(tǒng)中，控制精度與其穩(wěn)定性是矛盾的，因而為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性而無法進(jìn)一步提高控制精度。復(fù)雜控制系統(tǒng)（4）前饋-串級控制系統(tǒng)換熱器前饋－串級控制系統(tǒng)Gff(s)GPD(s)GC2(s)GC(s)T1iT1FGO2(s)GO2(s)復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋控制器的動作規(guī)律Gff(s)GPD(s)GC2(s)GC(s)T1iT1FGO2(s)GO2(s)

當(dāng)副回路的工作頻率高于主回路的工作頻率時，這時副回路是一個很好的隨動系統(tǒng)，其動態(tài)特性近似為1。應(yīng)用前饋原理，即GPD(s)+Gff(s)GPC(s)=0，有即前饋控制器復(fù)雜控制系統(tǒng)（5）前饋－反饋與串級控制系統(tǒng)比較Gc1(s)Gc2(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm2(s)Gm1(s)Gd2(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)--D2(s)串級控制前饋－反饋控制Gff(s)GPD(s)GPC(s)GC(s)R(s)Y(s)D(s)復(fù)雜控制系統(tǒng)4.前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用條件1、對象的滯后或純滯后較大，反饋控制難以滿足工藝要求時。把主要干擾引入前饋控制，構(gòu)成前饋－反饋控制系統(tǒng)。2、系統(tǒng)中存在著可測、不可控、變化頻繁、幅值大且對被控變量影響顯著的干擾。3、當(dāng)工藝上要求實(shí)現(xiàn)變量間的某種特殊關(guān)系，需要通過建立數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)控制。復(fù)雜控制系統(tǒng)5.前饋控制系統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用實(shí)例（1）葡萄糖濃度前饋－反饋控制系統(tǒng)50％73％葡萄糖濃度前饋－反饋控制系統(tǒng)

由蒸發(fā)工藝可知：在給定壓力下，溶液的濃度同溶液的沸點(diǎn)與水的沸點(diǎn)之差（即溫差）有單值對應(yīng)關(guān)系，故選溫差為被控參數(shù)。影響葡萄糖濃度的因素：（1）進(jìn)料溶液濃度、溫度和流量（2）加熱蒸氣的壓力和流量復(fù)雜控制系統(tǒng)50％73％葡萄糖濃度前饋－反饋控制系統(tǒng)工作過程：將初蒸濃度為50％的葡萄糖液，用泵送入升降膜式蒸發(fā)器，經(jīng)蒸氣加熱蒸發(fā)至73％的葡萄糖液，然后送至后道工序結(jié)晶。

加熱蒸氣流量為前饋信號、溫度為被控參數(shù)、進(jìn)料溶液流量為控制參數(shù)的前饋－反饋控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)(2)鍋爐給水控制系統(tǒng)鍋爐三沖量前饋串級控制系統(tǒng)被控參數(shù)：汽包水位主要干擾：蒸氣流量給水量工藝要求：當(dāng)氣包水位過高時，會造成蒸氣帶液，其結(jié)果不僅降低了蒸氣的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且會損壞汽輪機(jī)葉片；當(dāng)水位過低時，輕則影響汽水平衡，重則會燒干鍋爐，甚至?xí)疱仩t爆炸。所以必須控制水位在規(guī)定的工藝范圍內(nèi)。負(fù)荷：蒸氣流量控制變量：給水量復(fù)雜控制系統(tǒng)鍋爐三沖量前饋串級控制系統(tǒng)

采用蒸氣流量位前饋信號，汽包水位（主參數(shù)）和給水流量（副參數(shù)）串級，構(gòu)成前饋－反饋串級控制系統(tǒng)。虛假水位：在進(jìn)水量不變的情況下，當(dāng)蒸氣用量（即負(fù)荷）突燃然增加時，會使汽包內(nèi)的水位突然降低，水的沸騰加劇，加速汽化，汽泡量也突然增加，由于汽泡的體積比水的體積大很多倍，結(jié)果形成了汽包內(nèi)水位升高的假象。反之，當(dāng)蒸氣量突然減少時，汽包內(nèi)蒸氣原理急劇上升，水的沸騰暫時停止，結(jié)果造成水位瞬時下降的假象。復(fù)雜控制系統(tǒng)三、比值控制系統(tǒng)比值控制的目的

為了實(shí)現(xiàn)使幾種物料混合符合一定的比例關(guān)系，使生產(chǎn)能安全正常進(jìn)行。比值控制系統(tǒng)的定義

實(shí)現(xiàn)使兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。1.比值控制概述復(fù)雜控制系統(tǒng)主物料（主動量、主流量）Q1(QM)

在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，處于主導(dǎo)地位的物料。從物料（從動量、副流量）Q2(QS)

按主物料進(jìn)行配比，也即在控制過程中隨主物料而變化。復(fù)雜控制系統(tǒng)比值控制原理

實(shí)現(xiàn)副流量Q2(QS)與主流量Q1(QM)成一定的比關(guān)系。復(fù)雜控制系統(tǒng)2.比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型(1)開環(huán)比值控制系統(tǒng)設(shè)定值比值器控制閥測量變送器Q2Q1-+√方框圖復(fù)雜控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)：Q2=KQ1。動態(tài)：當(dāng)主動量Q1在某一時刻由于干擾作用而發(fā)生變化時，比值控制器按Q1對設(shè)定值的偏差動作，按一定的規(guī)律發(fā)出控制信號去改變調(diào)節(jié)閥的開度，從而使從動量Q2重新與變化后的Q1保持原來的比例關(guān)系。√工作過程設(shè)定值比值器控制閥測量變送器Q2Q1-+

當(dāng)從動量Q2受到外界干擾而發(fā)生波動時，系統(tǒng)如何工作？復(fù)雜控制系統(tǒng)(2)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)√方框圖控制器控制閥副測量變送器Q2Q1-+比值器主測量變送器副流量對象復(fù)雜控制系統(tǒng)√工作過程控制器控制閥副測量變送器Q2Q1-+比值器主測量變送器副流量對象穩(wěn)態(tài)：Q2=KQ1。動態(tài)：主動量Q1不變，從動量Q2變化比值器輸出保持不變，此時從動量回路是一個定值控制系統(tǒng)，經(jīng)過從動量回路的控制作用，把變化了的Q2再調(diào)回到穩(wěn)定值，維持Q1與Q2的比值關(guān)系不變。主動量Q1變化，從動量Q2不變比值器經(jīng)過比值運(yùn)算后其輸出也相應(yīng)發(fā)生變化。此時，從動量回路是一個隨動控制系統(tǒng)，它將使從動量Q2隨著主動量Q1的變化而成比例的變化，使變化后的Q1和Q2仍維持原來的比值關(guān)系不變。復(fù)雜控制系統(tǒng)主動量Q1和從動量Q2同時變化從動量回路的控制過程是上述兩種情況的疊加，不過從動量回路首先應(yīng)滿足Q2隨Q1成比值關(guān)系的變化?？刂破骺刂崎y副測量變送器Q2Q1-+比值器主測量變送器副流量對象缺點(diǎn)主動量波動大時，難以保證Q1與Q2的動態(tài)比值。主動量、從動量是可變的，不能保證總的物料兩固定不變。復(fù)雜控制系統(tǒng)總結(jié)：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，能克服副流量的波動，能隨著主流量的變化而變化，使Q1與Q2保持比值關(guān)系。但是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)不能克服主流量的變化，當(dāng)希望主流量也穩(wěn)定時，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)就無法勝任良。因此它應(yīng)用于主流量不允許被控制的場合和主流量沒有必要進(jìn)行控制的場合。復(fù)雜控制系統(tǒng)例：鍋爐燃燒過程的比值控制系統(tǒng)燃料空氣畫出系統(tǒng)的方框圖復(fù)雜控制系統(tǒng)(3)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)√方框圖控制器控制閥副測量變送器Q1-+比值器主流量對象控制器控制閥副測量變送器Q2-+副流量對象設(shè)定值復(fù)雜控制系統(tǒng)√工作過程1、主動量回路對其進(jìn)行定值控制，使主動量始終穩(wěn)定在設(shè)定值附近。2、使從動量回路的設(shè)定值發(fā)生變化，使從動量Q2隨著主動量Q1的變化而成比例地變化。

和單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)一樣，經(jīng)過從動量回路的調(diào)節(jié)，使從動量穩(wěn)定在比值器輸出值上。主動量受到干擾發(fā)生變化從動量受到干擾發(fā)生變化復(fù)雜控制系統(tǒng)√優(yōu)點(diǎn)主動量平穩(wěn)，從動量也比較平穩(wěn)，系統(tǒng)總的物料量是穩(wěn)定的。升降負(fù)荷時，只需改變主動量回路控制器的設(shè)定值，就可以使從動量同步升降，保持兩種物料的比值不變。復(fù)雜控制系統(tǒng)√應(yīng)用場合主動量干擾比較頻繁的場合需要升降負(fù)荷的場合工藝上不允許負(fù)荷有較大波動的場合√注意防止從動量回路產(chǎn)生“共振”主、從控制器應(yīng)選擇PI控制作用，不宜采用微分作用。復(fù)雜控制系統(tǒng)例：烷基化裝置中的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)工藝要求：進(jìn)入反應(yīng)器的異丁烷－丁烯要求按比例配以催化劑硫酸，同時又要求各自的流量比較穩(wěn)定。復(fù)雜控制系統(tǒng)(4)變比值控制系統(tǒng)√方框圖

進(jìn)料的燃料和空氣要保持一定的比值關(guān)系，以維持正常的燃燒，燃燒的實(shí)際情況要從加熱爐出煙的氧含量來加以判斷。復(fù)雜控制系統(tǒng)√工作過程主、副動量受到干擾發(fā)生變化

副回路是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，其工作過程與單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)相同。主變量受到干擾發(fā)生變化

其工作過程與串級控制系統(tǒng)中一次干擾對主變量的影響相同。復(fù)雜控制系統(tǒng)3.比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）主、從動量的選擇分析兩種物料的供應(yīng)情況，將有可能供應(yīng)不足的物料流量作為主動量，供應(yīng)充足的物料流量作為從動量。把對生產(chǎn)負(fù)荷起關(guān)鍵作用的物料作為主動量。從安全角度出發(fā)，分析兩種物料流量分別在失控情況下，看哪一種情況必須保持比值一定，就將這種情況下的那種物料流量作為主動量。復(fù)雜控制系統(tǒng)（2）比值系數(shù)的折算實(shí)際流量比值儀表的比值系數(shù)◆流量變送器的輸出信號與流量成線性關(guān)系

當(dāng)流量由零變至最大值Qmax時,儀表對應(yīng)的輸出信號由4mA變到20mA，則流量的任意中間值Q所對應(yīng)的輸出電流為復(fù)雜控制系統(tǒng)◆流量變送器的輸出信號與流量成非線性關(guān)系

流量檢測信號未經(jīng)開方處理時，流量與壓差的關(guān)系為，當(dāng)壓差信號由零變到最大值pmax時,變送器的輸出電流由4mA變到20mA。復(fù)雜控制系統(tǒng)例：一比值控制系統(tǒng)如圖所示。其比值用DDZ-Ⅲ型乘法器來實(shí)現(xiàn)。已知Q1max＝7000kg/h，Q2max=4000kg/h。要求:1.畫出該系統(tǒng)框圖。2.若已知I0=16mA，求該比值系統(tǒng)的比值K=?比值系數(shù)K’=?3.待該比值系統(tǒng)穩(wěn)定時，測得I1=12mA，試計(jì)算此時的I2＝？解：1.復(fù)雜控制系統(tǒng)2.由得由題可知，測量值與實(shí)際值成線性關(guān)系3.系統(tǒng)穩(wěn)定時，乘法器的輸出為復(fù)雜控制系統(tǒng)3.比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定（1）變比值控制系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)上是串級控制系統(tǒng)，因此其主控制器的參數(shù)整定可按串級控制系統(tǒng)進(jìn)行。（2）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)從動量回路與變比值控制系統(tǒng)的變比值回路的整定方法和要求基本相同。復(fù)雜控制系統(tǒng)

整定步驟根據(jù)工藝要求的流量比值K換算出儀表信號比值K’，按K’進(jìn)行投入運(yùn)行將積分時間置于最大，由大到小逐步改變比例帶直到在階躍干擾下過渡過程處于振蕩與不振蕩的臨界過程為止。如果有積分作用，則適當(dāng)放寬比例帶的情況下，逐步緩慢的減小積分時間，直到出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程或稍有一點(diǎn)過調(diào)情況為止。復(fù)雜控制系統(tǒng)（3）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主動量回路主動量回路是定值控制系統(tǒng)，原則上按單回路定值控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。復(fù)雜控制系統(tǒng)四、均勻控制的概念工藝要求：為了保證精餾塔的生產(chǎn)過程穩(wěn)定進(jìn)行，要求每個塔的塔底液位穩(wěn)定，進(jìn)料量保持平衡。石油裂解分離塔

為了將石油裂解氣分離成甲烷、乙炔、丙烷、丁烷、乙烯、丙稀等，前后串聯(lián)了八個塔，除了保證產(chǎn)品塔將產(chǎn)品送至儲罐外，其余各塔都是將物料連續(xù)送往下一個塔進(jìn)行分離。復(fù)雜控制系統(tǒng)塔底液位穩(wěn)定液位定值控制系統(tǒng)液位定值控制系統(tǒng)進(jìn)料量保持平衡流量定值控制系統(tǒng)流量定值控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)√A塔要實(shí)現(xiàn)其液位穩(wěn)定，是通過控制它的出料量來實(shí)現(xiàn)的其要保證液位穩(wěn)定，它的出料量必然不穩(wěn)定。√A塔的出料量恰恰又是B塔的進(jìn)料量。B塔的流量控制系統(tǒng)要保證其進(jìn)料量的穩(wěn)定，勢必造成A塔的液位不穩(wěn)定；√A塔的液位控制系統(tǒng)勢必造成B塔的進(jìn)料量不穩(wěn)定。分析：存在的問題：進(jìn)料平穩(wěn)和液位穩(wěn)定是相互矛盾的。復(fù)雜控制系統(tǒng)解決的方法：在兩塔之間增設(shè)一個有一定容量的緩沖罐。采用均勻控制系統(tǒng)。條件－工藝應(yīng)該允許前一塔的液位和后一塔的進(jìn)料在一定范圍內(nèi)可以緩慢變化。復(fù)雜控制系統(tǒng)工作過程:A塔的液位受到干擾偏離設(shè)定值時，并不采取很強(qiáng)的控制作用，立即改變閥門的開度，以使出料量大幅波動，換取液位的穩(wěn)定；而是采取比較弱的控制作用，緩慢地調(diào)節(jié)控制閥的開度，以使出料量緩慢變化來克服液位所受到的干擾。在這個調(diào)節(jié)過程種中，允許液位適當(dāng)偏離設(shè)定值。從而使A塔的液位和B塔的進(jìn)料量都被控制在允許的范圍內(nèi)。復(fù)雜控制系統(tǒng)定義：使兩個有關(guān)聯(lián)的被控變量在規(guī)定范圍內(nèi)緩慢地均勻地變化，使前后設(shè)備在物料的供求關(guān)系上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)稱之為均勻控制系統(tǒng)。特點(diǎn)：兩被控變量都應(yīng)該是變化的。復(fù)雜控制系統(tǒng)兩個被控變量的調(diào)節(jié)過程應(yīng)該是緩慢的。兩個被控變量的變化范圍應(yīng)在工藝允許的操作范圍內(nèi)。復(fù)雜控制系統(tǒng)2.均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式(1)簡單均勻控制系統(tǒng)與純液位定值控制系統(tǒng)相同控制規(guī)律：PI參數(shù)整定：比例帶要寬，積分時間要長。（＝100％－200％；TI為幾分鐘到幾十分)適用范圍：干擾較小、對流量的均勻程度要求較低的場合。復(fù)雜控制系統(tǒng)2、串級均勻控制系統(tǒng)主控制器：PI控制器動作規(guī)律副控制器：P或PI典型串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定：主控制器：比例帶要寬，積分時間要長（與簡單均勻控制系統(tǒng)系統(tǒng)）。副控制器：比例帶要寬，積分時間要短。（＝100％－200％；TI＝0.1－1min)復(fù)雜控制系統(tǒng)