中国石油大学过程控制课件09 非线性补偿

1、对象非线性增益的补偿对象增益非线性补偿方法对象增益非线性补偿方法n调节阀特性补偿，调节阀特性补偿，以使广义对象为近似线性；n串级控制方式，串级控制方式，以克服副回路的非线性；n引入比值等中间参数，引入比值等中间参数，以主回路广义对象的增益为近似线性；n变增益控制器变增益控制器：通过引入对象增益的反函数以使系统的回路增益为线性；n自适应控制器自适应控制器：根据控制系统的性能自动调整控制器的增益，以使系统的回路增益为近似线性。调节阀特性补偿调节阀特性补偿100806040200204060801003.3f 100l 1001243( )myf duTC蒸汽凝液进料TspTmTG2G1, T1u(

2、t)假设主要干扰为进料流量。可写出热平衡方程:2111)(GTTGC11121GGCGTKp控制通道静态增益:补偿方法补偿方法：通过合理选择调节阀的流量特性，实现广义对象增益的近似线性。调节阀特性补偿调节阀特性补偿TC蒸汽凝液进料TspTmTG2G1, T1u(t)11121GGCGTKp调节阀特性补偿（续调节阀特性补偿（续1）G1G2即控制阀开度KpKv选等百分比阀从静态增益补偿的角度考虑：TC蒸汽凝液进料TspTmTG2G1, T1u(t)热平衡方程:2111)(GTTGC11121GGCGTKp控制通道静态增益:调节阀特性补偿（续调节阀特性补偿（续2）从动态特性变化的角度考虑：G1G2即

3、控制阀开度TpKv选快开阀稳定性变差补偿方法补偿方法：通过引入串级控制方式，克服副回路中的非线性。FCTC进料出料燃料油Fspv(t)P1P2Fm串级控制的内回路补偿串级控制的内回路补偿对于内环等效对象的稳态增益：1222mpvcKKKK221mpKK2222221mpvcpvcpKKKKKKKK补偿方法补偿方法：通过引入中间变量（本例中为蒸汽量与工艺物料量的比值），实现主对象增益的近似线性。蒸汽凝液工艺介质T2RVRFFCT2spRVspTCu(t)比值器实现非线性补偿比值器实现非线性补偿121()FVC RTTR21VFTRRVFRRu21FFTRuRAC被调液体生成液中和液SP中和剂量/

4、升溶液pH0102030405076543891011pH中和过程的单回路控制pH中和过程的滴定曲线pH中和过程中和过程的非线性的非线性仿真实验过程:(1) t = 60 min，pH设定值从6.5提高至7.0;(2) t = 110 min，被调酸性液体的流量F1从30 L/min下降至15 L/min;(3) t = 160 min，被调液体pH值从5下降至4.5;(4) t = 210 min，中和液pH值从11下降至10.5.PH中和过程的单回路控制中和过程的单回路控制pH中和过程的非线性变比值串级控制方案被调液体生成液中和液FCpHCyspFuRsp比值控制仿真结果比值控制仿真结果仿

5、真实验过程:(1) t = 60 min，pH设定值从6.5提高至7.0;(2) t = 110 min，被调酸性液体的流量F1从30 L/min下降至15 L/min;(3) t = 160 min，被调液体pH值从5下降至4.5;(4) t = 210 min，中和液pH值从11下降至10.5.调节阀中和反应槽pH测量变送Dyspy非线性增益补偿uymPIDe1e0讨论讨论：由于pH中和过程非线性的特殊性，作为最常用的补偿对象非线性的方法，通过选择调节阀流量特性以实现广义对象的近似线性难以奏效。而采用直接引入“非线性增益补偿”环节的方法可自由地实现控制系统开环增益的线性化。引入不灵敏区，在不灵敏区内，控制器增益很小，超出不灵敏区，控制器增益增加数倍非线性增益补偿非线性增益补偿中和剂量/升溶液pH0102030405076543891011控制点非线性控制器增益线性化增益pH非线性增益补偿器非线性增益补偿器引入不灵敏区，在不灵敏区内，控制器增益很小，超出不灵敏区，控制器增益增加数倍。控制器整定：非线性控制器的不灵敏区宽度和不灵敏区的内增益PID控制器整定非线性增益补偿仿真非线性增益补偿仿真单回路非线性变换控制单回路非线性变换控制 p