过程控制课件资料PPT课件

1、17:181 调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈偏差偏差控制器控制器执行器执行器对象对象变送器变送器给定值给定值被控参数被控参数干扰干扰测量值测量值反作用反作用正作用正作用正作用正作用正作用正作用简单的判定方法：闭合回路中有奇数个反作用环节。简单的判定方法：闭合回路中有奇数个反作用环节。PIDPID控制率及参数整定控制率及参数整定第1页/共27页17:182解决办法：串级控制解决办法：串级控制第2页/共27页17:183串级控制串级控制第3页/共27页17:184n系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副变量是系统有两

2、个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。n主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出作为副调节器的给定值。主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出作为副调节器的给定值。结构特点：结构特点：第4页/共27页17:1856.1.2 6.1.2 串级控制系统的控制效果串级控制系统的控制效果1.1.能迅速克服二次干扰能迅速克服二次干扰 202*02220221cvmYsGsGsFsGs Gs Gs Gs 202*02220221cvmYsGsGsFsGs Gs Gs Gs第5页/共27页17:186 *102

3、01*212020111ccvmY sGs GsFsGs Gs Gs Gs Gs Gs 1120201112020111ccvccvmY sGs Gs Gs Gs GsXsGs Gs Gs Gs Gs Gs *10201*212020111ccvmY sGs GsFsGs Gs Gs Gs Gs Gs 1120201112020111ccvccvmY sGs Gs Gs Gs GsXsGs Gs Gs Gs Gs Gs第6页/共27页17:187 111212ccvYsXsKKKYsFs 控制能力和抗干扰能力综合定义为：控制能力和抗干扰能力综合定义为： sGsGsGsFsYsXsYvcc212

4、11122( )CCGsK( )VVGsK11)(ccKsG第7页/共27页17:188 sGsGsGsGsGsGsGsGsGsXsYmvcvc101020102111 sGsGsGsGsGsGsFsYmvc1020102211 控制能力和抗干扰能力综合为：控制能力和抗干扰能力综合为： sGsGsFsYsXsYvc2111( )CCG sK( )VVG sK sGsGsGsGsGsGsGsGsGsXsYmvcvc101020102111 sGsGsGsGsGsGsGsFsYmvc101020102211 sGsGsFsYsXsYvc2111第8页/共27页17:189 1112cvY sXsK

5、 KY sFs12CCCK KK一般情况下有：一般情况下有：结论：提高了控制质量结论：提高了控制质量 111212ccvY sXsK K KY sFs单回路系统单回路系统串级控制系统串级控制系统第9页/共27页17:18102.2.能改善控制通道的动态特性，提高工作频率能改善控制通道的动态特性，提高工作频率（1 1）等效时间常数减小，响应速度加快；）等效时间常数减小，响应速度加快； 22020220222022( )( )( )1cvcvcvmYsGs Gs GsGsGs G s GsXsGs Gs Gs Gs单回路系统单回路系统串级控制系统串级控制系统 22020220222022( )(

6、)( )1cvcvcvmYsGs Gs GsGsGs G s GsXsGs Gs Gs Gs第10页/共27页17:18110202022222( )1 ,( ),( ),( )ccvvmmG sKT sGsKG sKGsK2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT sKK KKK KKKTT ssKK KK0202TT 22020220222022( )( )( )1cvcvcvmY sGs G s GsGsG s G s G sX sGs G s Gs Gs 22020220222022( )(

7、)( )1cvcvcvmYsGs Gs GsGsGs G s GsXsGs Gs Gs Gs2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT sKK KKK KKKTT ssKK KK第11页/共27页17:1812串级系统的特征方程为：串级系统的特征方程为： 10201110cmGs Gs Gs Gs 010101111102/1 ,( )ccmmGsKT sGsKGsKGs10201102011/110cmK K K KT sT s(2)(2)提高了系统的工作频率提高了系统的工作频率2020202220

8、202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmK K KT sGsK K K KT sK K KK K K KKTT ssK K K K2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmK K KT sGsK K K KT sK K KK K K KKTT ssK K K K第12页/共27页17:181320102120110102010210ccmTTK KK KssT TT T01020010221020110010221cmTTT TKKKKT T220020ss串级控制系统的工作频率为：串

9、级控制系统的工作频率为：02100201220211TTTT串第13页/共27页17:181402100201220211TTTT 串用同样的分析方法，可得：用同样的分析方法，可得：020102012 2 0211TTTT 单 sGsGsGsGsGsGsGsGsGsXsYmvcvc101020102111 sGsGsGsGsGsGsGsGsGsXsYmvcvc101020102111 串级控制系统：串级控制系统：第14页/共27页17:1815若两种方案的阻尼系数相同，则有：若两种方案的阻尼系数相同，则有：02010201020102010201020111TTTTTTTTTTTT单串0201

10、0201TTTT单串副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越高；当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越高；同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也越高。同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。结论：结论：2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT

11、 sKK KKK KKKTT ssKK KK2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmK K KT sGsK K KKT sK K KK K KKKTT ssK K KK第15页/共27页17:18163 3 能适应负荷和操作条件的剧烈变化能适应负荷和操作条件的剧烈变化副回路的等效放大系数为：副回路的等效放大系数为：2020220221cvcvmKK KKKK KK2022021cvmK k K KK几乎不变2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGs

12、KK KKT sKK KKK KKKTT ssKK KK2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT sKK KKK KKKTT ssKK KK第16页/共27页17:18172 2）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；3 3）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。综上所述，串级控制系统的主要特点有：综上所述，串级控制系统的主要特点有：1 1）对进入副回路的干扰有很强

13、的抑制能力；）对进入副回路的干扰有很强的抑制能力； 调节效果比较调节效果比较串级控制串级控制单回路控制单回路控制ty第17页/共27页17:18186.1.3 6.1.3 串级控制系统的适用范围串级控制系统的适用范围1. 1. 适用于容量滞后较大的过程：适用于容量滞后较大的过程：选容量滞后较小的辅助变量，减小选容量滞后较小的辅助变量，减小时常，提高频率。时常，提高频率。2.2. 适用于纯滞后较大的过程适用于纯滞后较大的过程 工艺要求：过滤前的压力稳定工艺要求：过滤前的压力稳定在在250KPa;250KPa;特点：距离长，纯特点：距离长，纯滞后时间长。仿丝胶液压力与滞后时间长。仿丝胶液压力与压力

14、串级控制。压力串级控制。第18页/共27页17:18193.3. 适用于干扰变化剧烈、幅度大的适用于干扰变化剧烈、幅度大的过程过程 4. 4. 适用于非线性过程适用于非线性过程特点：负荷或操作条件改变导致过特点：负荷或操作条件改变导致过程特性改变。程特性改变。若：单回路控制，需随时改变调节若：单回路控制，需随时改变调节器整定参数以保证系统的衰减率不器整定参数以保证系统的衰减率不变变换热器呈非线性特性换热器呈非线性特性工艺要求：汽包液位控制，特点：工艺要求：汽包液位控制，特点：快装锅炉容量小，蒸汽流量与水快装锅炉容量小，蒸汽流量与水压变化频繁、激烈压变化频繁、激烈三冲量液位三冲量液位串级控制。串

15、级控制。第19页/共27页17:18201. 1. 副回路的设计与副参数的选择副回路的设计与副参数的选择选择原则：选择原则：（1 1）副参数要物理可测、副对象的时间常）副参数要物理可测、副对象的时间常数要小、纯滞后时间要尽可能短。数要小、纯滞后时间要尽可能短。第20页/共27页17:1821a a）：燃料油压力为主要干扰；）：燃料油压力为主要干扰；b b）：燃料油粘度、成分、热值、处理量为）：燃料油粘度、成分、热值、处理量为主要干扰主要干扰（2 2） 副回路要尽可能多地包含变化频繁、幅度大的干扰，但也不是越多越好。副回路要尽可能多地包含变化频繁、幅度大的干扰，但也不是越多越好。第21页/共27

16、页17:1822假设假设 20221cvmK K K K为常量为常量主、副被控过程时常不能太大也主、副被控过程时常不能太大也不能太小不能太小频率的比值大于频率的比值大于3 3，时常的比值在，时常的比值在3 31010范围内选择范围内选择（3 3）主、副过程的时间常数要适当匹配）主、副过程的时间常数要适当匹配. .2022010201020102010211/1/1/1/cvmK K K KTTTTTTTT串单当串级控制与单回路控制的阻尼当串级控制与单回路控制的阻尼系数相等时，有系数相等时，有2022010201020102010211/1/1/1/cvmK K K KTTTTTTTT串单第22

17、页/共27页17:1823（4 4）应综合考虑控制质量和经济性要求）应综合考虑控制质量和经济性要求b) b) 冷剂蒸发压力为副参数，投资多，控冷剂蒸发压力为副参数，投资多，控制质量较高。选择应视具体情况而定。制质量较高。选择应视具体情况而定。a) a) 冷剂液位为副参数，投资少，控冷剂液位为副参数，投资少，控制质量不高；制质量不高；第23页/共27页17:18242 2 主、副调节器调节规律的选择主、副调节器调节规律的选择主调：定值控制；主调：定值控制；主被控参数要无静差主被控参数要无静差PI,PIDPI,PID调节；调节；副被控参数允许有静差副被控参数允许有静差P,P,不引入不引入PIPI；流量为副参数，为保稳定可引入积分；流量为副参数，为保稳定可引入积分；不引入微分。不引入微分。副调：随动控制。副调：随动控制。第24页/共27页17:18253 3 主、副调节器正、反作用方式的选择（开环放大系数为正）主、副调节器正、反作用方式的选择（开环放大系数为正）选择步骤：工艺要求选择