第八章特殊控制概要

1、第八章特殊控制概要l 重点：重点：n 均匀控制系统n选择控制n分程控制系统本章重点内容 为满足不同生产工艺、操作方式为满足不同生产工艺、操作方式和特殊性能而开发的控制系统。和特殊性能而开发的控制系统。特殊控制系统具体包括特殊控制系统具体包括: :均匀控制;选择控制;分程控制。特殊控制系统的含义8.1 均匀控制系统n均匀控制的由来n均匀控制的特点n常见的均匀控制系统n控制器的控制规律与参数整定均匀控制的由来LCh(t)qo(t)qi(t)塔甲塔乙 当塔甲的进料量变化时，希当塔甲的进料量变化时，希望塔甲的液位望塔甲的液位h(t)与出料与出料 qo(t)同同时平稳，以确保后续设备进料波时平稳，以确保

2、后续设备进料波动的减少。动的减少。解决问题的方法：解决问题的方法：一是增加缓冲罐二是利用原有设备的容量作为缓冲罐（均匀控制）均匀控制的由来（续） 这完全不同于单纯的液位控制系统（那里只关心液位的平稳，而不关注控制变量的变化情况），而要求液位与出料同时“均匀均匀”地变化。 均匀控制是针对协调前后工序的物料流量提出的。均匀控制系统的特点n不同于常规的定值控制系统，而对被控变量(CV)与控制变量(MV)都有平稳的要求；n为解决CV与MV都希望平稳这一对矛盾，只能要求CV与MV都渐变。均匀控制通常要求在最大干扰下，液位在贮罐的上下限内波动，而流量应在一定范围内平缓渐变。均匀控制系统的特点（续）n均匀控

3、制指的是控制目的控制目的，而不是控制系统结构控制系统结构n利用一个控制器使两个被控变量都得到控制n均匀控制的目标：流量变化平稳，在最大扰动下液位能在允许范围内波动。常用的均匀控制方案-单回路均匀控制系统LC塔甲塔乙常用的均匀控制方案-串级均匀控制系统LCh(t)qo(t)塔甲FC塔乙均匀控制系统的分析LCH(t)Qo(t)精馏塔FCQi(t)A假设流量回路调节迅速，对液位对象而言其动态滞后可忽略；并不考虑液位测量滞后。则广义对象特性可表示成)()()(tQtQdttdHAoiA为塔底截面积均匀控制系统的分析(续)假设液位测量范围为Hmax，进出流量的测量范围均为Qmax，则广义对象特性可表示成

4、maxmax),()()(QAHTtqtqdttdhThoih其中h(t)、 qi(t)、 qo(t)分别为液位与进出流量的归一化值。均匀控制系统的分析(续)Gcqi(s)sTh1qo(s)H(s)Hsp(s)对于纯比例控制器Gc = Kc，可得到的闭环特性为：,111)()(sKTKKsTsQsHchcchi,11)()(sKTKsTKsQsQchchcio纯比例均匀控制系统的特点n可实现进出物料的自动平衡；n当物料的平均停留时间Th一定时，控制器增益Kc的减少可使出料更加平缓，但使液位的波动范围与余差同时增大；n为减少液位的调节余差，主控制器需要引入少量的积分作用。均匀控制与液位控制的区别

5、n应用场合应用场合不同（液位与流量都要兼顾）n液位测量与变送器的量程范围大量程范围大n控制器一般为大比例度大比例度的P控制，在需要减小静差时，可采用PI控制，但积分积分时间常数大时间常数大。控制器控制规律的选择n简单均匀控制简单均匀控制 一般选用P控制， 对静差有要求时选用PI控制n串级均匀控制串级均匀控制 主控制器按简单均匀控制确定 副控制器一般选用PI控制均匀控制系统的PID参数整定n对于串级均匀控制系统的副调节器，按单回路工程整定法确定其PI参数。n对于主调节器，一般应选择纯比例规律，即积分时间足够大。通过调整增益Kc以使出料尽可能地平缓，而同时确保液位不超出允许范围。有时为减少液位的调

6、节余差，可引入少量的积分作用。n当液位测量噪声较大时，为避免出料流量的同频率波动，可对液位测量信号进行低通滤波。利用经验法进行参数整定Tc (min)40（%）100150150200200250Ti (min)51015 停留时间Tc=V/Q Q是额定体积流量体积流量 V是容器的有效容积有效容积8.2 选择控制系统n定义:在控制回路中引入选择器的系统n主要内容选择性控制的分类选择性控制的设计方法与应用场合选择性控制的分类1、被控变量选择控制被控变量选择控制（Selective Control）特点：被控变量类型相同，通常只有一个控制器，与单回路控制相近，只是控制器输入由多个测量信号选择得到。

7、2、超驰控制超驰控制（Override Control），也称约束控制约束控制（Constraint Control）特点：被控变量类型不同，通常有两个以上的控制器，主要用于设备软保护。放热反应器热点温度选择控制放热反应器HSTC冷却液产品进料Tsp超驰控制概念超驰控制属于极限控制，目的是保证生产安全。它的受控变量受控变量往往包括：n一个常规受控变量一个常规受控变量，需要进行定值控制；n一个区间约束变量一个区间约束变量，正常工况下无需控制，但一旦超出允许范围就需要及时加以调节，以防止事故的发生。 超驰控制的操作变量操作变量往往只有一个，因此，控制系统需要随时针对实际情况，选择选择某一个受控变量

8、加以控制。举例：液氨蒸发器的单回路控制TC气氨气开阀液氨待冷却物料液氨蒸发器的选择控制系统TC气氨气开阀液氨LSTspLspLC问题：（1）调节阀调节阀气开气关特性的选择；（2）控制器控制器正反作用的选择；（3）选择器选择器（低选器LS或高选器HS）的选择。调节阀、控制器、选择器的确定n调节阀：气开n温度控制器：正作用n液位控制器：反作用n选择器：LS液氨蒸发器选择控制方块图LC阀液位对象温度测量Tsp液位测量LmaxLSTC温度对象TmLmu(t)8.3 8.3 分程控制分程控制实例：间歇聚合反应器的控制问题实例：间歇聚合反应器的控制问题 反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需的温度；当反

9、应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度？反应器温度分程控制系统反应器温度分程控制系统问题：（1）选择两调节阀的气开气关属性；（2）温度控制器的正反作用；（3）协调两调节阀的动作；分程控制的定义多只调节阀受一个控制器控制，并且这些阀是按控制信号在不同的区间操作，称为分程控制。分程控制的目的n不同的工况需有不同的控制手段不同的工况需有不同的控制手段n扩大调节阀的可调范围扩大调节阀的可调范围 minmaxCCR =（阀的最大流量系数/阀的最大流量系数）国产调节阀一般R=30 , 对于两个并联的阀：100, 4maxmaxBACC33. 330100,133. 0304minminBACC