第7章 复杂调节系统(下)

1、7.6分程控制系统分程控制系统 在分程控制系统中，一个控制器的输出信号被分在分程控制系统中，一个控制器的输出信号被分 割成几个行程段，每一段行程各控制一个调节阀，故割成几个行程段，每一段行程各控制一个调节阀，故 取名为分程控制系统。取名为分程控制系统。 例如，例如，一个控制器的输出信号一个控制器的输出信号分程分程控制控制两个两个调节调节 阀阀A和和B ， A和和B的输入信号各占一半行程。的输入信号各占一半行程。 q可调整阀门定可调整阀门定 位器来缩小调节阀位器来缩小调节阀 的输入量程的输入量程 。 C A B M M 7.6.1分程控制系统工作原理及类型分程控制系统工作原理及类型 1分程控制系

2、统工作原理分程控制系统工作原理 如某一间歇式生产的化学反应过程中，每次投料如某一间歇式生产的化学反应过程中，每次投料 完毕后，需要先对其加热引发化学反应。完毕后，需要先对其加热引发化学反应。 TT 热水热水 冷却水冷却水 B TC A 一旦反应开始进行，一旦反应开始进行， 就会持续产生大量的反就会持续产生大量的反 应热，如果不及时降温，应热，如果不及时降温， 物料温度会越来越高，物料温度会越来越高， 有发生爆炸的危险。因有发生爆炸的危险。因 此，必须降温。此，必须降温。 为此，可设计以反应器内温度为被控参数、以热为此，可设计以反应器内温度为被控参数、以热 水流量和冷却水流量为控制变量的分程控制

3、系统，调水流量和冷却水流量为控制变量的分程控制系统，调 节阀节阀A、B分别控制冷却水和热水。分别控制冷却水和热水。 为保证安全，为保证安全， 热水阀采用气开热水阀采用气开 式，冷水阀采用式，冷水阀采用 气关式，则温度气关式，则温度 调节器设为反作调节器设为反作 用。用。 TT 热水热水 冷却水冷却水 B TC A 反反 反反 正正 图图7.29 调节阀分程关系曲线调节阀分程关系曲线 MPa 0 100% 0.020.060.10 A阀阀 B阀阀 TT 热水热水 冷却水冷却水 B TC A 正正 反反 反反 工作原理如下：工作原理如下： 当装料完成、化学反应开始前，温度测量值小于当装料完成、化学

4、反应开始前，温度测量值小于 设定值。调节器设定值。调节器TC输出气压大于输出气压大于0.06MPa，A（冷水）（冷水） 阀关闭，阀关闭，B（热水）阀开启，反应器夹套中进的热水使（热水）阀开启，反应器夹套中进的热水使 反应物料温度上升。反应物料温度上升。 反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出反应开始后，反应物温度逐渐升高，调节器输出 逐渐下降，热水阀逐渐关小；当反应物料温度达到并逐渐下降，热水阀逐渐关小；当反应物料温度达到并 高于设定值时，调节器输出气压将小于高于设定值时，调节器输出气压将小于0.06MPa，热，热 水阀完全关闭，冷水阀逐渐打开，冷水进入夹套将反水阀完全关闭，冷水阀逐渐打开

5、，冷水进入夹套将反 应热带走，使反应物料温度保持在设定值。应热带走，使反应物料温度保持在设定值。 图图7.29 调节阀分程关系曲线调节阀分程关系曲线 MPa 0 100% 0.020.060.10 A阀阀 B阀阀 TT 热水热水 冷却水冷却水 B TC A 正正 反反 反反 2分程控制系统的类型分程控制系统的类型 按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段按照调节阀的气开、气关形式和分程信号区段 不同，可分为以下两种类型：不同，可分为以下两种类型： 调节阀同向动作的分程控制系统调节阀同向动作的分程控制系统 例：两个调节阀同向动作例：两个调节阀同向动作 A、B均为正作用阀均为正作用阀A、B均为反作

6、用阀均为反作用阀 MPa 0 100% 0.020.060.10 A阀阀B阀阀 MPa 0 100% 0.020.060.10 A阀阀 B阀阀 MPa 0 100% 0.020.060.10 A阀阀B阀阀 MPa 0 100% 0.020.060.10 A阀阀B阀阀 调节阀异向动作的分程控制系统调节阀异向动作的分程控制系统 例：两个调节阀异向动作例：两个调节阀异向动作 在在0.020.06MPa区区 间，间，B阀全开、阀全开、A阀逐渐阀逐渐 开大；在开大；在0.060.10MPa 区间，区间，A阀全开、阀全开、B阀逐阀逐 渐关小。渐关小。 在在0.020.06MPa区区 间，间，B阀全关、阀全

7、关、A阀逐渐阀逐渐 关小；在关小；在0.060.10MPa 区间，区间，A阀全关、阀全关、B阀逐阀逐 渐开大。渐开大。 给定给定 执行器执行器1对象对象 变送器变送器 控制器控制器 干扰干扰 执行器执行器2 7.6.2 分程控制系统设计及工业应用分程控制系统设计及工业应用 分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者分程控制系统本质上属于单回路控制系统。二者 的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一的主要区别是：单回路控制系统中调节器输出控制一 个调节阀，分程控制系统中调节器输出控制多个调节个调节阀，分程控制系统中调节器输出控制多个调节 阀。因此，系统设计上有所不同。阀。因此，系统设计上有

8、所不同。 7.6.2.1 控制信号的分段控制信号的分段 在分程控制中，调节器输出信号分段是由生产工在分程控制中，调节器输出信号分段是由生产工 艺要求决定的。调节器输出信号需要分成几段，哪一艺要求决定的。调节器输出信号需要分成几段，哪一 段信号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。段信号控制哪一个调节阀，完全取决于工艺要求。 如在此例反应如在此例反应 器温度控制中，工器温度控制中，工 艺需要控制两个调艺需要控制两个调 节阀。因此，调节节阀。因此，调节 器输出信号需要分器输出信号需要分 成两段。成两段。 TT 热水热水 冷却水冷却水 B TC A 正正 反反 反反 7.6.2.2 调节阀特性的选择

9、与应注意的问题调节阀特性的选择与应注意的问题 1. 根据工艺要求选择同向或异向工作的调节阀根据工艺要求选择同向或异向工作的调节阀 如此例中，为保证安全，热水阀采用气开式，冷水如此例中，为保证安全，热水阀采用气开式，冷水 阀采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又阀采用气关式。这就决定了两个调节阀异向工作。又 因工艺要求一个阀打开时，另一个必须关闭。因此两因工艺要求一个阀打开时，另一个必须关闭。因此两 个阀的特性组合应是：个阀的特性组合应是： MPa 0 100% 0.020.060.10 A阀阀B阀阀 TT 热水热水 冷却水冷却水 B TC A 正正 反反 反反 2. 流量特性的平滑衔接流

10、量特性的平滑衔接 如图为蒸汽压力减压系统。小负荷时只有如图为蒸汽压力减压系统。小负荷时只有A阀控阀控 制、制、B阀阀不开；负荷较大时不开；负荷较大时A阀全开、阀全开、B阀阀控制。控制。 两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量两个同向特性的调节阀并联控制一种介质的流量 时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。时，总流量特性是两个阀流量特性的叠加组合。 PT MPa 0 100% 0.020.060.10 A阀阀B阀阀 如果两个调节阀的增益差距较大，如果两个调节阀的增益差距较大，组合后的总流组合后的总流 量量特性有突变点，会影响调节品质。特性有突变点，会影响调节品质。 P（MPa） （a）二

11、阀特性比较接近）二阀特性比较接近 0 流量流量 Q（%） 100 0.020.060.10 45 （b）二阀特性差距较大）二阀特性差距较大 0 100 0.020.060.10 45 P（MPa） 流量流量 Q（%） 如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量如果两个调节阀都用直线特性，组合后的总流量 特性有下列两种情况：特性有下列两种情况： （a）分程信号不重叠）分程信号不重叠 P（MPa） 流量流量 Q（%） 0 100 0.020.060.10 如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接如果调节阀是对数流量特性，其总流量特性衔接 处必有突变点。处必有突变点。 可以通过两个调节阀分程信号部

12、分重迭的办法，可以通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法， 使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作使调节阀流量特性实现平滑过渡。即将两个阀的工作 范围扩大，形成一段重迭区。范围扩大，形成一段重迭区。 （b）分程信号重叠）分程信号重叠 P（MPa） 0 100 0.020.060.10 流量流量 Q（%） 3）调节阀的泄漏量）调节阀的泄漏量 在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质在分程控制中，调节阀的泄漏量太大会影响控制质 量。尤其当大、小阀并联工作时，若大阀的泄漏量接量。尤其当大、小阀并联工作时，若大阀的泄漏量接 近或大于小阀的正常的调节量，则小阀的调节能力大近或大于小阀的正常的调

13、节量，则小阀的调节能力大 大降低。大降低。 因为大阀的泄漏量因为大阀的泄漏量 相当于存在一个不受控相当于存在一个不受控 制的旁路管道，所以要制的旁路管道，所以要 求大阀的泄漏量很小。求大阀的泄漏量很小。 PT 7.6.2.3 分程控制的实现分程控制的实现 分程控制要求调节阀的输入量程进行压缩。通过调分程控制要求调节阀的输入量程进行压缩。通过调 整阀门定位器的输入信号零点和量程，使调节阀在整阀门定位器的输入信号零点和量程，使调节阀在 规定的信号区段作全行程动作。规定的信号区段作全行程动作。 （b）分程信号重叠）分程信号重叠 P（MPa） 0 100 0.020.060.10 流量流量 Q（%）例

14、如，使调节阀例如，使调节阀A在在 0.020.07MPa范围内作全范围内作全 行程动作；使调节阀行程动作；使调节阀B在在 0.050.10MPa范围内作全范围内作全 行程动作。行程动作。 7.6.2.4 分程控制系统的工业应用分程控制系统的工业应用 分程控制系统的工业应用广泛，介绍应用比较多分程控制系统的工业应用广泛，介绍应用比较多 的两种形式：的两种形式： 1、用于扩大调节阀的可调范围、用于扩大调节阀的可调范围 有的生产工艺要求控制的流量变化范围较大，但有的生产工艺要求控制的流量变化范围较大，但 是调节阀的可调范围是有限的是调节阀的可调范围是有限的（国产统一设计柱塞调国产统一设计柱塞调 节阀

15、可调范围节阀可调范围R30）。若采用一个调节阀，能够控。若采用一个调节阀，能够控 制的最大流量和最小流量相差不可能太悬殊，满足不制的最大流量和最小流量相差不可能太悬殊，满足不 了生产上流量大范围变化的要求，这时可考虑采用两了生产上流量大范围变化的要求，这时可考虑采用两 个控制阀并联的分程控制方案。个控制阀并联的分程控制方案。 例例 某厂蒸汽压力减压系统某厂蒸汽压力减压系统 用节流减压的方法将用节流减压的方法将10MPa的高压蒸汽减压成的高压蒸汽减压成 4MPa的中压蒸汽。中压蒸汽的使用量变化很大。的中压蒸汽。中压蒸汽的使用量变化很大。 如果只用一个阀门控制，只能选择大口径阀。而如果只用一个阀门

16、控制，只能选择大口径阀。而 大口径阀在小开度下工作时，控制效果变差。大口径阀在小开度下工作时，控制效果变差。 如果用两个阀分程如果用两个阀分程 控制，小负荷时只开小控制，小负荷时只开小 阀，负荷增大时再开大阀，负荷增大时再开大 阀。则两个调节阀组合阀。则两个调节阀组合 后，可调范围扩大。后，可调范围扩大。 PT 设大小两个调节阀的最大流通能力分别为：设大小两个调节阀的最大流通能力分别为： CBmax=105 m3 、CAmax=4.2m3；可调范围均为；可调范围均为 R= 30 则两个阀的最小流通能力分别为：则两个阀的最小流通能力分别为： CBmin= CBmin / R=105/ 30=3.

17、5 m3 CAmin= CAmin / R=4.2/ 30=0.14 m3 两个调节阀并联使用时：两个调节阀并联使用时： 最小流通能力为：最小流通能力为：Cmin= CAmin =0.14 最大流通能力为：最大流通能力为： Cmax= CBmax+CAmax=107.2 m3 可调范围可调范围R并 并= Cmax / Cmin=107.2 / 0.14=780 并联使用后调节阀的可调范围增大了并联使用后调节阀的可调范围增大了26倍。倍。 2. 用于一个控制回路需要控制多个操纵量用于一个控制回路需要控制多个操纵量 例如在工业废液中和处理工艺中，需要根据废例如在工业废液中和处理工艺中，需要根据废

18、液的酸碱性（液的酸碱性（pH值），分别控制加酸量或加碱量。值），分别控制加酸量或加碱量。 MPa 0 100% 0.020.060.10 酸阀酸阀碱阀碱阀 pHT 反反 反反 正正 废液废液 pHC 正正 碱液碱液 酸液酸液 中和液中和液 7.7 选择性控制系统选择性控制系统 选择性控制是指由生产过程的控制条件所构成的逻辑关系叠加到正常选择性控制是指由生产过程的控制条件所构成的逻辑关系叠加到正常 自动控制系统上的一种控制方法。自动控制系统上的一种控制方法。 选择过程：选择过程： 有一套正常控制系统有一套正常控制系统 通过选择器，在非正常工况时，通过选择器，在非正常工况时， 另有一套备用（或叫取

19、代）控制系统另有一套备用（或叫取代）控制系统 自动实现由备用控制系统取代正常控制系统。待工况回复正常后自动通自动实现由备用控制系统取代正常控制系统。待工况回复正常后自动通 过选择器又回到正常控制系统。（取代过程是自动的过选择器又回到正常控制系统。（取代过程是自动的“软软”切换）切换） 7.7 选择性控制系统（续）选择性控制系统（续） 有关低选器和高选器有关低选器和高选器 低选器低选器 或画为或画为 输出输出c等于输入等于输入a和和b中较小者中较小者 高选器高选器 或画为或画为 输出输出c等于输入等于输入a和和b中较大者中较大者 7.7.1选择性控制系统的类型选择性控制系统的类型 选择性控制系统

20、通过选择器实现选择功能。选择选择性控制系统通过选择器实现选择功能。选择 器可以接在调节器的输出端，对控制信号进行选择；器可以接在调节器的输出端，对控制信号进行选择； 也可以接在变送器的输出端，对测量信号进行选择。也可以接在变送器的输出端，对测量信号进行选择。 1. 对调节器输出信号进行选择对调节器输出信号进行选择 给定给定2 变送器变送器2 执行器执行器 对象对象 被控量被控量2 给定给定1 变送器变送器1 控制器控制器1 选择器选择器 被控量被控量1 干扰干扰 控制器控制器2 正常控制正常控制 取代控制取代控制 7.7 选择性控制系统（续）选择性控制系统（续） 例：例： 锅炉系统，要求出口蒸

21、汽压力平稳。锅炉系统，要求出口蒸汽压力平稳。 为此，设计蒸汽压力控制系统：为此，设计蒸汽压力控制系统： 被控变量：蒸汽出口压力被控变量：蒸汽出口压力 控制变量：燃油量控制变量：燃油量 P1系统是正常的蒸汽压力单回路系统是正常的蒸汽压力单回路 反馈控制系统，根据安全考虑，反馈控制系统，根据安全考虑， 阀门选阀门选“气开气开”型。为保证负反馈，选型。为保证负反馈，选P1 C“反作用反作用” 问题：问题： 在燃油调节过程中，喷咀前油压过高时，有可能出现在燃油调节过程中，喷咀前油压过高时，有可能出现“脱火脱火” 喷咀前油压过低时，又可能出现喷咀前油压过低时，又可能出现“回火回火”。 7.7 选择性控制

22、系统（续）选择性控制系统（续） 例：例： 为防止喷咀前油压过高为防止喷咀前油压过高 出现出现“脱火脱火”事故，设计事故，设计 增加一个备用（取代）增加一个备用（取代） 系统（如图系统（如图P2系统）；系统）； 为防止喷咀前油压过低为防止喷咀前油压过低 出现出现“回火回火”事故，设计事故，设计 增加一个备用（取代）增加一个备用（取代） 系统（如图系统（如图P3系统）。系统）。 7.7 选择性控制系统（续）选择性控制系统（续） 例：例： 7.7 选择性控制系统（续）选择性控制系统（续） 例：例： 系统分析：系统分析： P2油压控制系统是为防止油压过高出现油压控制系统是为防止油压过高出现 “脱火脱火

23、”而设计的油压单回路反馈控制系统，而设计的油压单回路反馈控制系统， 通过通过“低选器低选器”叠加在正常的蒸汽压力系统叠加在正常的蒸汽压力系统 中。自身要满足负反馈控制，所以选中。自身要满足负反馈控制，所以选P2 C为为 “反作用反作用”。 一般地，一般地，P2 C的给定值的给定值x2设为接近设为接近P油 油允许的上限值，而 允许的上限值，而 P2 C用纯比例，且用纯比例，且K2取得很大，所以，正常工况时，取得很大，所以，正常工况时，P2 C 的输出的输出u2很大，基本处于高饱和状态，没机会输出。但当很大，基本处于高饱和状态，没机会输出。但当P 油油较大而接近 较大而接近x2时，时，u2急剧变小

24、，将取代急剧变小，将取代u1成为成为u，通过阀门，通过阀门 关小燃油，降低关小燃油，降低P油 油，防止 ，防止“脱火脱火”。P油 油下降后， 下降后，P2 C的输的输 出又进入高饱和，退出控制。出又进入高饱和，退出控制。 7.7 选择性控制系统（续）选择性控制系统（续） 例：例： 系统分析：系统分析： P3油压控制系统是为防止油压过低出现油压控制系统是为防止油压过低出现 “回火回火”而设计的油压单回路控制系统，通而设计的油压单回路控制系统，通 过过“高选器高选器”叠加在正常的蒸汽压力控制系叠加在正常的蒸汽压力控制系 统中。自身要满足负反馈控制，所以选统中。自身要满足负反馈控制，所以选P3 C

25、为为“反作用反作用”。 一般地，一般地，P3 C的给定值的给定值x3设为接近设为接近P油 油允许的下限值（但 允许的下限值（但 比其稍大些），比其稍大些），P3 C用纯比例且用纯比例且K3取得很大，所以，正常取得很大，所以，正常 工况时，由于工况时，由于P油 油大于 大于x3，而，而K3较大，较大，P3 C的输出的输出u3处于低处于低 输出饱和状态，在输出饱和状态，在“高选器高选器”里没有机会输出。但当里没有机会输出。但当P油 油低 低 到小于到小于x3时，时，P3 C的输出的输出u3迅速增大，取代迅速增大，取代u12输出，控制阀输出，控制阀 门迅速开大，使门迅速开大，使P油 油上升， 上升，

26、P油 油上升后， 上升后，P3 C的输出又进入低的输出又进入低 饱和，退出控制。饱和，退出控制。 7.7 选择性控制系统（续）选择性控制系统（续） 注意：注意： 上例中，上例中，取代控制系统（选择性控制系统）的设计除借用选择器取代控制系统（选择性控制系统）的设计除借用选择器 外，取代控制器的外，取代控制器的给定值给定值和和放大系数放大系数的设置也是至关重要的。的设置也是至关重要的。 （否则将难以实现正确的取代控制否则将难以实现正确的取代控制） 选择性控制系统作为安全保护系统经常应用于工业过程的其它领选择性控制系统作为安全保护系统经常应用于工业过程的其它领 域，特别在石油、化工等工业生产中。域，

27、特别在石油、化工等工业生产中。 2对变送器输出信号进行选择对变送器输出信号进行选择 这种系统的选择器装在控制器之前，对变送器输这种系统的选择器装在控制器之前，对变送器输 出信号进行选择。用于几个被控变量的给定值、控制出信号进行选择。用于几个被控变量的给定值、控制 规律都一样的场合。规律都一样的场合。 给定给定 变送器变送器2 执行器执行器对象对象 被控量被控量2 变送器变送器1 选择器选择器 被控量被控量1 干扰干扰 控制器控制器 正常控制正常控制 例例2 固定床反应器中热点温度的控制固定床反应器中热点温度的控制 反应器内固定床上装有催化剂以加速反应，而反反应器内固定床上装有催化剂以加速反应，

28、而反 应产生的热量若不及时被冷却液带走，温度过高会烧应产生的热量若不及时被冷却液带走，温度过高会烧 坏催化剂。因催化剂的老化、变质和流动等原因，固坏催化剂。因催化剂的老化、变质和流动等原因，固 定床不同位置的温度可能不同。定床不同位置的温度可能不同。 在不同位置分别在不同位置分别 安装温度传感器，由安装温度传感器，由 选择器选出热点温度选择器选出热点温度 信号，送入控制器进信号，送入控制器进 行控制。行控制。 冷却液冷却液 入料入料 T1T TC 反反 T2T T3T 反应器反应器 产品产品 反反 给定给定 变送器变送器2 执行器执行器对象对象3段段 变送器变送器1 选择器选择器 被控量被控量

29、1 控制器控制器对象对象2段段对象对象1段段 变送器变送器1 在此设备中，三在此设备中，三 点被控温度是串联关点被控温度是串联关 系。因此，控制系统系。因此，控制系统 方框图中对象特性可方框图中对象特性可 等效为串联的三段。等效为串联的三段。 冷却液冷却液 入料入料 T1T TC 反反 T2T T3T 反应器反应器 产品产品 反反 7.7.2选择性控制系统的设计原则选择性控制系统的设计原则 选择性控制系统是多个常规控制系统的组合。与选择性控制系统是多个常规控制系统的组合。与 常规控制系统的设计相比，主要不同点是选择器的设常规控制系统的设计相比，主要不同点是选择器的设 计选型和调节器调节规律的确

30、定。计选型和调节器调节规律的确定。 1选择器的选型选择器的选型 选择器有高值选择器选择器有高值选择器HS与低值选择器与低值选择器LS两种。两种。 选择器类型的确定，是根据执行器的作用方向和选择器类型的确定，是根据执行器的作用方向和 控制回路的切换条件决定的。控制回路的切换条件决定的。 例例1 蒸汽压力与燃气压力的自动选择控制蒸汽压力与燃气压力的自动选择控制 例例2 固定床反应器中热点温度的控制固定床反应器中热点温度的控制 燃气燃气 P2C 锅炉给水锅炉给水 蒸汽蒸汽 汽包汽包 炉膛炉膛 选择器选择器1 选择器选择器2 P3T P3C P2T P1T P1C 正正 反反 反反 反反 例例1 蒸汽

31、压力与燃气压力的自动选择控制蒸汽压力与燃气压力的自动选择控制 由于燃气阀是正作用阀，防止燃气压力过高的选由于燃气阀是正作用阀，防止燃气压力过高的选 择器择器1就应当是低选，防止燃气压力过低的选择器就应当是低选，防止燃气压力过低的选择器2就就 应当是高选。应当是高选。 冷却液冷却液 入料入料 T1T TC 反反 T2T T3T 反应器反应器 产品产品 反反 例例2 固定床反应器中热点温度的控制固定床反应器中热点温度的控制 控制思路就是按最高点温度控制，所有的点的控制思路就是按最高点温度控制，所有的点的 温度都不会超标，所以用高选器。温度都不会超标，所以用高选器。 2调节器调节规律的确定调节器调节

32、规律的确定 对于正常工况下运行的调节器，由于有较高的控对于正常工况下运行的调节器，由于有较高的控 制精度要求，可用制精度要求，可用PI调节或调节或PID调节；对于取代调节调节；对于取代调节 器，一般只要求其迅速发挥保护作用，可用器，一般只要求其迅速发挥保护作用，可用P调节。调节。 燃气燃气 P2C 锅炉给水锅炉给水 蒸汽蒸汽 汽包汽包 炉膛炉膛 选择器选择器1 选择器选择器2 P3T P3C P2T P1T P1C 正正 P P PID 3调节器参数整定调节器参数整定 正常工作调节器的整定要求与常规控制系统相同，正常工作调节器的整定要求与常规控制系统相同， 可按常规控制系统的整定方法进行整定。

33、对于取代调可按常规控制系统的整定方法进行整定。对于取代调 节器，要求能及时产生自动保护作用，其比例度节器，要求能及时产生自动保护作用，其比例度P应应 整定得小一些。整定得小一些。 燃气燃气 P2C 锅炉给水锅炉给水 蒸汽蒸汽 汽包汽包 炉膛炉膛 选择器选择器1 选择器选择器2 P3T P3C P2T P1T P1C 正正 P P PID 7.8 大滞后过程控制系统大滞后过程控制系统 一、纯滞后现象及其对控制质量的影响一、纯滞后现象及其对控制质量的影响 1、大滞后现象、大滞后现象 例例1： 一、纯滞后现象及其对控制质量的影响一、纯滞后现象及其对控制质量的影响 （续）（续） 例例2： 有测量纯滞后

34、有测量纯滞后 一、纯滞后现象及其对控制质量的影响一、纯滞后现象及其对控制质量的影响 （续）（续） 2.大纯滞后对控制质量的影响大纯滞后对控制质量的影响 （先可直接从反馈控制（先可直接从反馈控制 分析纯滞后的影响）分析纯滞后的影响） 如图，系统的特征方程为：如图，系统的特征方程为： 一、纯滞后现象及其对控制质量的影响一、纯滞后现象及其对控制质量的影响 （续）（续） （ 2.大纯滞后对控制质量的影响）大纯滞后对控制质量的影响） 二、大纯滞后的二、大纯滞后的SmithSmith预估补偿控制预估补偿控制 1、Smith预估补偿器的原理及结构预估补偿器的原理及结构 设如下广义对象含有纯滞后：设如下广义对

35、象含有纯滞后： 1、Smith预估补偿器的原理及结构预估补偿器的原理及结构 （续）（续） 引入预估补偿器引入预估补偿器Gb(s)，如下：，如下： 相应地，假设对象无纯滞后，相应地，假设对象无纯滞后， 其它条件一样，则：其它条件一样，则： 希望上述两系统希望上述两系统 在特征方程上能够等价在特征方程上能够等价 1、Smith预估补偿器的原理及结构预估补偿器的原理及结构 （续）（续） os bo G (s)G ( )(1 e)s Y(s) Gf(s) X(s) Gc(s)Go(s)e-oS oS _ _ U(s) + F(s) Go(s) + + + + Y(s) e-oS oS _ _ 根据根据

36、Smith预估器的传递函数预估器的传递函数Gb(s)表达式，就可表达式，就可 得到图得到图7.18的的Smith预估补偿控制系统实施框图。预估补偿控制系统实施框图。 Y(s) Gf(s) X(s) Gc(s)Go(s)e-oS oS _ _ U(s) + F(s) Go(s) + + + + Y(s) e-oS oS _ _ 可得到设定值可得到设定值X(s)与与Y(s)之间的闭环传递函数为之间的闭环传递函数为 os co co G (s)G ( )Y(s) e X(s)1+G (s)G ( ) s s 对比基本的单回路控制系统，对比基本的单回路控制系统， Smith预估补偿控预估补偿控 制系统的特征方程中已不包含制系统的特征方程中已不包含e oS项，即预估补偿消项，即预估补偿消 除了控制通道纯滞后对系统闭环稳定性的影响。除了控制通道纯滞后对系统闭环稳定性的影响。 os co co G (s)G ( )Y(s) e X(s)1+G (s)G ( ) s s o o s co s co G (s)G ( )eY(s) X(s)1+G (s)G ( )e s s 单回路控制单回路控制 预估