第四章复杂控制系统

第四章复杂控制系统第一页，共七十二页，2022年，8月28日2第四章复杂控制系统单回路控制系统

简单控制系统，最基本、最广泛复杂控制系统

串级、比值、前馈、均匀、分程、选择控制等第二页，共七十二页，2022年，8月28日34.1串级控制系统结构与原理

由两个或两个以上的控制器串联连接组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。第四章复杂控制系统第三页，共七十二页，2022年，8月28日44.1串级控制系统结构与原理

第四章复杂控制系统被控变量——加热炉出口温度燃料气压力扰动时？第四页，共七十二页，2022年，8月28日54.1串级控制系统结构与原理

第四章复杂控制系统加热炉出口温度进料负荷扰动时？第五页，共七十二页，2022年，8月28日64.1串级控制系统结构与原理

第四章复杂控制系统进料负荷扰动时？燃料气压力扰动时？被控变量——加热炉出口温度第六页，共七十二页，2022年，8月28日74.1串级控制系统结构与原理

主被控变量副被控变量副控制器主控制器副被控对象主被控对象副控制回路主控制回路第四章复杂控制系统第七页，共七十二页，2022年，8月28日第四章复杂控制系统84.1串级控制系统仿真与分析

第八页，共七十二页，2022年，8月28日94.1串级控制系统仿真与分析

第四章复杂控制系统第九页，共七十二页，2022年，8月28日104.1串级控制系统特点

1）主控制器的输出是副控制器的设定；

2）由两个控制器、两个检测变送器、一个执行器组成；

3）主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统。第四章复杂控制系统第十页，共七十二页，2022年，8月28日114.1串级控制系统特点

4）能迅速克服进入副回路干扰的影响，在设计串级控制系统时，应使主要扰动进入副回路，使尽量多的扰动进入副回路。第四章复杂控制系统第十一页，共七十二页，2022年，8月28日124.1串级控制系统应用实例

时间常数较大的过程（污水厌氧处理）：

主被控变量T1（去反应器温度）副被控变量T2（热水仓温度）进厌氧反应器的废水温度串级控制第四章复杂控制系统第十二页，共七十二页，2022年，8月28日134.1串级控制系统应用实例

纯滞后时间较大的过程（物料浸取过程）：

浸取过程网前箱温度串级控制第四章复杂控制系统第十三页，共七十二页，2022年，8月28日144.1串级控制系统应用实例

扰动幅度大且变化大的过程（石灰石-石膏湿法脱硫）：

主被控变量D（浆液密度）副被控变量W（给料机速率）石灰石浆液密度串级控制系统第四章复杂控制系统第十四页，共七十二页，2022年，8月28日154.1串级控制系统应用实例

参数互相关联的过程（精馏塔温度）：

主被控变量T1（塔中温度）副被控变量T2（塔顶温度）塔顶温度和塔中温度的串级控制第四章复杂控制系统第十五页，共七十二页，2022年，8月28日164.1串级控制系统主、副控制器的选择

主控制器：PI或PID；

副控制器：P或PI。

主控制器要采用PI，才能保证系统无余差。

第四章复杂控制系统第十六页，共七十二页，2022年，8月28日174.1串级控制系统主、副控制器正反作用的选择

副环可近似为1：1环节

第四章复杂控制系统第十七页，共七十二页，2022年，8月28日184.1串级控制系统主、副控制器正反作用的选择

1）根据副回路负反馈原则，判断副控制器的正反作用；

2）将副回路看作1：1环节，根据主回路负反馈原则，判断主控制器的正反作用。

第四章复杂控制系统第十八页，共七十二页，2022年，8月28日194.1串级控制系统主、副控制器正反作用的选择

1）根据副回路负反馈原则，判断副控制器的正反作用；

2）将副回路看作1：1环节，根据主回路负反馈原则，判断主控制器的正反作用。

第四章复杂控制系统第十九页，共七十二页，2022年，8月28日第四章复杂控制系统204.1串级控制系统

画出串级控制系统的控制框图；

主控制器LC应为

作用

副控制器FC应为

作用第二十页，共七十二页，2022年，8月28日214.1串级控制系统溶解氧DO浓度和鼓风机风量串级控制

第四章复杂控制系统第二十一页，共七十二页，2022年，8月28日224.2前馈控制系统结构与原理

反馈：只有出现偏差时才进行调节；

前馈：在偏差还未出现之前把扰动的影响消除。第四章复杂控制系统第二十二页，共七十二页，2022年，8月28日234.2前馈控制系统结构与原理

第四章复杂控制系统第二十三页，共七十二页，2022年，8月28日244.2前馈控制系统结构与原理

第四章复杂控制系统第二十四页，共七十二页，2022年，8月28日254.2前馈控制系统结构与原理

前馈：

（开环）

第四章复杂控制系统第二十五页，共七十二页，2022年，8月28日264.2前馈控制系统结构与原理

前馈—反馈（闭环）

第四章复杂控制系统第二十六页，共七十二页，2022年，8月28日第四章复杂控制系统274.2前馈控制系统仿真与分析

物料蒸汽物料蒸汽第二十七页，共七十二页，2022年，8月28日284.2前馈控制系统适用情况

1）扰动变量可测不可控；

2）扰动变化频繁，幅度变化大；

3）扰动变量对被控变量影响大。第四章复杂控制系统第二十八页，共七十二页，2022年，8月28日294.2前馈控制系统

比较反馈控制前馈控制被测变量被控变量扰动量控制器输入偏差被测的扰动量控制规律的实现可精确控制有时只能近似控制回路闭环开环克服干扰可克服多个干扰克服特定干扰典型控制器P、PI、PID超前——滞后环节控制作用在过程受扰动影响之后在过程受扰动影响之前第四章复杂控制系统第二十九页，共七十二页，2022年，8月28日304.2前馈控制系统应用实例——液位控制（锅炉汽包液位）

锅炉汽包液位三冲量控制系统示意图主被控变量（汽包液位）副被控变量（给水流量）前馈（蒸汽流量）第四章复杂控制系统第三十页，共七十二页，2022年，8月28日314.2前馈控制系统应用实例——浓度控制（蒸发过程）

蒸发过程前馈－反馈控制系统示意图主被控变量（溶液沸点与水沸点之差，与溶质含量相关）前馈（蒸汽流量）第四章复杂控制系统第三十一页，共七十二页，2022年，8月28日324.2前馈控制系统应用实例——温度控制（连续消毒塔温度）

连续消毒塔温度前馈－反馈控制系统示意图主被控变量（消毒塔出口温度）前馈（蒸汽压力）第四章复杂控制系统第三十二页，共七十二页，2022年，8月28日334.2前馈控制系统原油污水处理装置污水浓度前馈—串级反馈控制

第四章复杂控制系统第三十三页，共七十二页，2022年，8月28日344.3比值控制系统结构与原理

控制两个物料比值的控制系统；

一个物料流量（从动量）跟随另一各物料流量（主动量）变化。第四章复杂控制系统第三十四页，共七十二页，2022年，8月28日354.3比值控制系统结构与原理

开环比值控制系统第四章复杂控制系统第三十五页，共七十二页，2022年，8月28日364.3比值控制系统结构与原理

单闭环比值控制系统第四章复杂控制系统第三十六页，共七十二页，2022年，8月28日第四章复杂控制系统374.3比值控制系统结构与原理

双闭环比值控制系统

（变比值控制系统）第三十七页，共七十二页，2022年，8月28日384.3比值控制系统分类情况

按结构分类：开环、闭环（单闭环，双闭环）；

按实施方案分类：乘法、除法；

按比值分类：定比值、变比值。第四章复杂控制系统第三十八页，共七十二页，2022年，8月28日394.3比值控制系统主动量与从动量的选择

1）主动量通常可测不可控；

2）主动量可能会供应不足；

3）从安全角度出发选择主与从；

4）从动量通常可测可控；

5）从动量一般供应有余。第四章复杂控制系统第三十九页，共七十二页，2022年，8月28日404.3比值控制系统自来水消毒装置的水氯比值控制

主动量从动量第四章复杂控制系统第四十页，共七十二页，2022年，8月28日414.3比值控制系统硫磺回收装置的燃料气/酸性气/空气比值控制

主动量（开车）主动量（正常）从动量第四章复杂控制系统第四十一页，共七十二页，2022年，8月28日424.4均匀控制系统结构与原理

均匀控制是指对两个被控变量的兼顾。

第四章复杂控制系统第四十二页，共七十二页，2022年，8月28日434.4均匀控制系统单回路控制

控制器选用较大比例度，较大的积分时间，使液位和流量均缓慢无振荡变化。

第四章复杂控制系统第四十三页，共七十二页，2022年，8月28日444.4均匀控制系统串级均匀控制

主控：较大比例度，较大的积分时间。

第四章复杂控制系统第四十四页，共七十二页，2022年，8月28日454.4均匀控制系统控制效果比较

单纯的液位控制

单纯的流量控制

均匀控制

第四章复杂控制系统第四十五页，共七十二页，2022年，8月28日464.4均匀控制系统特点

1）用一个控制器使两个被控变量都得到控制；

2）通过控制器参数合理整定实现均匀的目的；

第四章复杂控制系统第四十六页，共七十二页，2022年，8月28日474.4均匀控制系统特点

3）控制目标：流量平稳或缓慢变化；在最大干扰下，液位仍在工艺操作允许范围内波动；

4）参数整定原则：P大，I大。第四章复杂控制系统第四十七页，共七十二页，2022年，8月28日484.5分程控制系统结构与原理

一个控制器的输出同时送往两个或两个以上的执行器，各执行器的工作范围不同。

第四章复杂控制系统第四十八页，共七十二页，2022年，8月28日494.5分程控制系统分程控制的目的

（1）不同工况需要不同的控制手段；

（2）扩大控制阀的可调范围。

国产控制阀的可调比R=30；小阀C小MAX=4，则C小MIN=4/30=0.133，大阀C大MAX=100，则C大MIN=100/30=3.33；两阀合用，CMIN=0.133，CMAX=104，因此，可调比R’=104/0.133=780。第四章复杂控制系统第四十九页，共七十二页，2022年，8月28日504.5分程控制系统分程控制的结构

第四章复杂控制系统第五十页，共七十二页，2022年，8月28日514.5分程控制系统工业废液PH值分程控制

根据工艺安全性，选择控制阀的气开和气关方式：

小加碱阀V1和大加碱阀V2选气开型；

第四章复杂控制系统第五十一页，共七十二页，2022年，8月28日524.5分程控制系统工业废液PH值分程控制

根据负反馈的要求，选择控制器的正反作用方式：

小加碱阀V1开大，PH上升，对象Kp1为正，阀V2同上；

控制器选反作用；第四章复杂控制系统第五十二页，共七十二页，2022年，8月28日534.5分程控制系统工业废液PH值分程控制

确定分程控制类型：

PH高，控制器测量值大，反作用控制器输出小，应关小阀V1；

第四章复杂控制系统第五十三页，共七十二页，2022年，8月28日第四章复杂控制系统544.5分程控制系统工业废液PH值分程控制

PH低，控制器测量值小，反作用控制器输出大，阀V1已全开，开大阀V2；

选气开气开的同向分程控制。第五十四页，共七十二页，2022年，8月28日554.5分程控制系统洁净室温湿度分程控制

温度变化的方向与冷/热水阀的动作方向相反，在控制冷、热水阀时选用分程控制。第四章复杂控制系统第五十五页，共七十二页，2022年，8月28日564.5分程控制系统洁净室温湿度分程控制

为了实现湿度控制，在控制冷水阀和加湿阀时选用分程控制。第四章复杂控制系统第五十六页，共七十二页，2022年，8月28日574.6选择控制系统结构与原理

控制回路中有选择器，选择器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两类。

第四章复杂控制系统第五十七页，共七十二页，2022年，8月28日584.6选择控制系统结构与原理

控制回路中有选择器，选择器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两类。

第四章复杂控制系统第五十八页，共七十二页，2022年，8月28日594.6选择控制系统选择器位于两个控制器和一个执行器之间

“超驰控制”

overridecontrol

TCLCTY<u1u2控制阀第四章复杂控制系统第五十九页，共七十二页，2022年，8月28日604.6选择控制系统选择器位于两个控制器和一个执行器之间

“超驰控制”

overridecontrol

第四章复杂控制系统第六十页，共七十二页，2022年，8月28日614.6选择控制系统选择器位于几个检测变送器和一个控制器之间

（1）竞争控制系统

（2）冗余控制系统

第四章复杂控制系统第六十一页，共七十二页，2022年，8月28日624.6选择控制系统选择器位于几个检测变送器和一个控制器之间

（1）竞争控制系统

（2）冗余控制系统

第四章复杂控制系统第六十二页，共七十二页，2022年，8月28日第四章复杂控制系统634.6选择控制系统选择器位于几个检测变送器和一个控制器之间

为了控制反应温度，选择其中最高点温度用于控制。称为竞争控制系统。第六十三页，共七十二页，2022年，8月28日第四章复杂控制系统644.6选择控制系统选择器位于几个检测变送器和一个控制器之间

为防止因仪表故障造成事故，对同一检测点采用多个仪表测量，选择中间值或多数值作为该检测点的测量值，这类系统称为冗余系统。第六十四页，共七十二页，2022年，8月28日654.6选择控制系统实现逻辑提量和逻辑降量

燃烧时始终维持低过剩空气系数，保证较高的燃烧效率。

控制要求：

1）提负荷时，先提空气，后提燃料气；

2）减负荷时，先减燃料气，后减空气。第四章复杂控制系统第六十五页，共七十二页，2022年，8月28日第四章复杂控制系统664.6选择控制系统实现逻辑提量和逻辑降量

提量时：TRC1输出↑→被FY2（HS）选中→空气FRC3设定值↑→空气先提→经FT3→被FY1（LS）选中→FRC2