过程控制系统教学课件

过程控制系统教学课件第一页，共237页。§0-1课程的性质和教学安排

凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。(另有运动控制方向)

1、过程控制的概念第0章绪论1.2

1.31.4

1.51.6第二页，共237页。3、教学安排4、主要参考书(1)、过程控制工程，孙洪程，化学化工出版社(1)、学时、实验情况(2)、内容安排(2)、从实际应用看(1)、从专业特点看2、过程控制是自动化专业的主要内容之一第三页，共237页。§0-2过程控制的发展概况生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全和提高劳动生产率重要手段，一直起着极其重要的作用。其发展经历了以下几个方面第四页，共237页。过程控制系统在控制结构上经历了三个发展阶段：分散控制阶段,集中控制阶段和集散控制阶段。从过程控制采用的理论与技术手段来看，可以粗略地把它划为三个阶段：第一阶段70年代之前初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论为主要基础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系统中，以单回路结构、PID策略为主，同时针对不同的对象与要求，创造了一些专门的控制系统，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滞后的Smith预估器，克服干扰的前馈控制和串级控制等等，这阶段的主要任务是稳定系统，实现定值控制。这与当时生产水平是相适应的。第五页，共237页。第二阶段（70年代——90年代初）发展阶段，以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的工艺要求，提高控制质量。1975年，世界上第一台分散控制系统在美国Honeywell公司问世，从而揭开了过程控制崭新的一页。分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式,按总体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、监视、控制。由于采用了分散的结构和冗余等技术，使系统的可靠性极高，再加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式，使得它组态、扩展极为方便，还有众多的控制算法(几十至上百种)、较好的人—机界面和故障检测报告功能。经过20多年的发展，它已日臻完善，在众多的控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此，可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里程碑。第六页，共237页。第三阶段90年代后。高级阶段。目前，过程控制正朝高级阶段走来，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。它表现的最大特征是仿人脑功能，这一点在某种程度上是回复到初级阶段的人工控制，但更多的是在人工控制基础上的进步与飞跃。第七页，共237页。§0-3过程控制的特点

过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一定值或按一定规律变化。1、被空对象的多样性

2、对象特性的难辨性

白色系统、黑色系统、灰色系统的概念

3、普遍存在滞后

4、特性往往具有非线性：

如间歇式加温、齿轮运动等。第八页，共237页。1-1典型单回路控制系统§0-4过程控制的组成及术语一、系统组成1、控制原理(如下图)以液体储槽的水位控制为例进行说明。液位变送器液位控制器执行器第九页，共237页。2、系统方块图第十页，共237页。3、主要组成部分

(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。

(2)、检测变送单元：仪表课中已做介绍。

(3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。

(4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的有气动和电动两种。

(5)、控制阀：控制进料量。有气开式和气关式之别。

1、被控对象

(简称对象或过程)：前已述及。

2、被控参数：按照生产过程要求，某些变量应该维持在稳定的变化范围内，如果对其施加控制作用，就称其为被控参数。如温度、压力、流量、液位、成分等。二、常用术语第十一页，共237页。

3、干扰:

凡是影响被控量的各种作用均叫做干扰或扰动。分内干扰和外干扰。(内干扰如原料成分变化等。)

4、操纵量：即调节介质。如储水槽液位控制系统的给水量。

5、测量值：被控变量经检测变送后即是测量值。

6、给定值：即被控变量的设定值。

7、偏差值：准确地说，应是被控量的给定值与实际值之差。但能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把测量值与给定值之差称作为偏差。对于控制系统而言，外部输入为给定值，故偏差定义为：

给定值-测量值（sp-pv）对于控制器而言，外部输入为测量值，故偏差定义为：

给定值-测量值（pv-sp）8、调节器输出：根据偏差值、经一定算法得到的输出值。调节器输出亦称控制作用。第十二页，共237页。一、一般分类1、按工艺参数分类：有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、成分控制系统、物位控制系统等。2、按系统的任务分类：有比例控制、均匀控制、前馈控制等。§0-5过程控制系统的分类第十三页，共237页。二、按设定值形式分类5、按是否形成闭合回路分类：是工业生产过程中应用最大的一种过程控制系统。在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据生产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围附近波动。

4、按控制器的动作分类：有1、定值控制系统PPIPID位式开环闭环、。第十四页，共237页。2、随动控制系统其给定值按预定的时间程序来变化。如机械工业中的退火炉的温度控制系统，其给定值是按升温、保温、逐次降温等程序变化的。家用电器中应用定值控制系统的也很多，如电脑控制的洗衣机、电饭煲等。是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随时跟踪给定值。3、程序控制系统第十五页，共237页。

1、衰减比见图一般认为，n:1=4:1时稳定性好，但温度等慢变化过程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。

2、衰减率

是衡量过度过程稳定性的一个动态指标(于递减比含义相同).一般取=0.75～0.9。§0-6控制系统的质量指标见图第十六页，共237页。3、动态偏差（亦即超调量）

为被控量偏离稳定值或设定值的最大偏差值。其它课程已做介绍，不再详述。4、调节时间、静态偏差（即余差）

见以下两图中的C。第十七页，共237页。超调量上升时间调节时间第十八页，共237页。数学模型的有关概念 数学模型:指过程在各输入量的作用下，其相应输出量变化的函数关系数学表达式。 干扰:内干扰---调节器的输出量u(t)；

外干扰---其余非控制的输入量。 通道:输入量与输出量间的信号联系。

控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；

扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。0-7过程控制对象的特性第十九页，共237页。一。自衡过程的数学模型自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏，无须外加任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为平衡能力。(一)、单容过程的数学模型1、单容过程的定义：只有一个储蓄容量的过程。如下页图所示。0-8有自平衡能力对象特性第二十页，共237页。过程演示2-1返回第二十一页，共237页。2、参量关系分析讨论：(1)、静态时，q1=q2=dh/dt=0;(2)、当q1变化时h变化q2变化。经线性化处理，有其中，R2为阀门2的阻力，称为液阻或流阻。第二十二页，共237页。3、建立数学模型由式(*)可画出框图如图所示。即

AsR2H(s)+H(s)=R2Q1(s),故式中，时间常数TO=AR2=R2C

,C为容量系数(或容量)。由式(2-6)和式(2-7)，有第二十三页，共237页。

(1)、容量C含义：生产设备和传输管路都具有一定的储蓄物质或能量的能力。被控对象储存能力的大小，称为容量或容量系数，其意义是：引起单位被控量变化时，被控过程储存量变化量。种类：有电容、热容、气容、液容等等。(2)、阻力概念：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力，阻力的大小决定于不同的势头和流率。种类：电阻、热阻、气阻、流(液)阻。4、容量和阻力的概念返回第二十四页，共237页。(二)、具有纯滞后单容过程的数学模型1、纯滞后的概念纯滞后是普遍存在的，如下页图所示。2、数学模型第二十五页，共237页。纯滞后单容过程及其响应曲线2-3无纯滞后有纯滞后第二十六页，共237页。(三)、多容过程的数学模型

1、多容过程是工业生产中常见的，如下两图。第二十七页，共237页。2-5h1h2第二十八页，共237页。2、三容过程的微分方程模型:

如式(2-10)第二十九页，共237页。3、三容过程的方框图由式(2-10)的拉氏变换，可得图2-6。4、三容过程的数学模型由图2-6，应用自控理论即可获得其模型。第三十页，共237页。无自衡过程的概念：如下图。§2-3无自平衡能力对象特性第三十一页，共237页。(一)、单容过程的数学模型

1、参量关系分析

在自衡过程(图2-7)下，有返回而在无自衡过程(图2-8)下，因q2=0，故

2、传递函数第三十二页，共237页。二容、三容过程形式：如图2-9、图2-10所示。(二)、多容过程的数学模型图2-8第三十三页，共237页。第三十四页，共237页。2-10第三十五页，共237页。第一章单回路控制系统§1-1概述

1、典型例子：见下图一、单回路控制系统的结构组成

单回路控制系统又称为简单控制系统。虽然简单，但应用较广；过程控制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。第三十六页，共237页。液位变送器液位控制器执行器控制器选择反作用，分两种情况讨论该控制系统：情况1：流入量突然增大情况2：流出量突然增大气闭第三十七页，共237页。

2、系统方框图第三十八页，共237页。3、特点最简单、最基本；应用最广泛、最成熟。是各种复杂控制系统设计和参数整定的基础。适用于被控对象滞后时间较小，负载和干扰不大，控制质量要求不很高的场合。二、过程控制系统设计的要求1、安全性2、稳定性3、经济性三、过程控制系统的设计步骤1、建立被控过程的数学模型2、选择控制方案3、选择控制设备型号规格4、实验（与仿真）第三十九页，共237页。四、控制系统的工程考虑包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。(2)、对象信息的获取和变送(3)、执行器的选择(4)、控制器的选择3、工程安装4、仪表调试

5、参数整定2、工程设计

1、方案设计是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意：(1)、合理选择被控量(被控参数)和操纵量(控制参数)第四十页，共237页。是控制系统方案设计的一个至关重要的问题。恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、改善劳动条件有很大的作用。若选择不当，则不论组成什么样的控制系统，选择多么先进的过程检测控制仪表，都不能达到良好的控制效果。影响正常操作的因素很多，但并非都需加以控制。只有根据工艺要求，深入分析工艺过程，才能选择出合适、可测的工艺参数。

1.选择的意义§1-2被控变量的选择第四十一页，共237页。2.选择方法

(2).选间接参数当选直接参数（如密度、粘度、成分含量）有困难时采用。(如用反应釜的温度控制间接实现化学反应的质量控制。)(1).选直接参数即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全运行的参数。多为温度、压力、流量、液位为直接参数指标的。第四十二页，共237页。3.选间接参数的原则

必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。

间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。

间接参数要有足够的灵敏度。

P3精馏例子第四十三页，共237页。当生产过程中有多个因素能影响被控变量变化时，应分析过程扰动通道特性与控制通道特性对控制质量的影响，正确地选择可控性良好的变量作为操纵(控制)量。一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应应比扰动通道快。通道的概念：某个参数影响另一个参数的通路。F1~Fn为系统的输入，在F1~Fn中选取某一个作为操纵变量，那么其他的则称为干扰。§1-3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择第四十四页，共237页。1.3.1干扰通道特性对控制质量的影响第四十五页，共237页。突出干扰作用:

框图如下图所示

(1)干扰通道放大倍数Kf的影响第四十六页，共237页。运用终值定理KC——控制器放大倍数K0——被控对象放大倍数即系统残差，越小Kf越小第四十七页，共237页。(2)干扰通道时间常数Tf的影响结论：Tf越大，信号被衰减的越多，即滤波作用越强，那么干扰信号对被控变量的影响越弱第四十八页，共237页。结论：干扰通道时间常数越大，个数越多，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量越高。(2-1)干扰进入位置的影响第四十九页，共237页。(3)干扰通道纯滞后的影响结论：干扰通道的纯滞后时间仅使被控参数对其反应在时间上平移了一段时间，理论上无影响。第五十页，共237页。1.3.2控制通道动态特性对控制质量的影响(1)控制通道放大倍数K0的影响第五十一页，共237页。ξ一定时，必有KCK0=常数。即K0越大则需要调整KC越小。整体系统由干扰产生的误差也不改变。结论：系统余差y(∞)与K0无关，但K0大表示操纵量对控制变量的影响大，更为有效。当该通道不选做控制通道（不选择此干扰为操纵量），则该通道为干扰通道，此干扰对被控变量影响大，对系统不利。第五十二页，共237页。(2)控制通道时间常数T0的影响ξ不变的情况下，T01或者T02的增大导致ωβ的下降，会导致系统控制速度变慢。但是T01或者T02的增大势必导致ξ的改变。调节速度和稳定性不可兼得。第五十三页，共237页。(3)控制通道纯滞后的影响C：无控制作用时的反应曲线A：控制及时控制作用曲线D：控制及时反应曲线B：控制不及时控制作用曲线E：控制不及时反应曲线第五十四页，共237页。纯滞后的存在会使控制不及时，动态偏差（超调量）增大，稳定性下降第五十五页，共237页。1.3.3操纵变量的选择1、所选的操纵变量必须是可控的；2、所选的操纵变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数；3、所选的操纵变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不宜过小；4、所选的操纵变量其通道纯滞后时间应越小越好；5、所选的操纵变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀；6、注意工艺操作的合理性、经济性。（不宜选用生产负荷作为操纵量）1.控制通道的放大系数K0要适当选大一些；时间常数T0要适当小一些；纯滞后时间0越小越好，0与T0之比应小于1.2.扰动通道的放大系数Kf应尽可能小；时间常数Tf要大；扰动引入系统的位置要远离控制过程(即靠近调节阀)；容量滞后愈大，愈有利于控制。3.注意工艺操作的合理性、经济性。第五十六页，共237页。实例讨论例1：喷雾式乳粉干燥设备的控制。

第五十七页，共237页。

1.工艺流程：以乳化物的干燥过程为例来设计干燥器。由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的办法。浓缩的乳液由高位槽流经过滤器A或B，虑去凝结块和其他杂质，并从干燥器顶部由喷嘴喷下。有鼓风机将一部分空气送至换热器，用蒸汽进行加热，并将与来自鼓风机的另一部分空气混合，经风管送往干燥器，由下而上吹，以便蒸发掉乳液中的水分，使之成为粉状物，并随湿空气一起由底部送出进行分离。生产工艺对干燥后的产品质量要求很高，水分含量不能波动太大，因而需要对干燥的温度进行严格控制。2.被控参数选择：干燥器里的温度

3.控制参数的选择(三种方案如图所示)

乳液流量f1；空气流量f2；蒸汽流量f3第五十八页，共237页。第五十九页，共237页。1、图a乳液直接进入干燥器，控制通道的滞后最小，对被控温度的校正作用最灵敏，而且干扰进入系统的位置远离被控量，所以将乳液流量作为控制参数应该是最佳的控制方案；但是，由于乳液流量是生产负荷，工艺要求必须稳定，若作为控制参数则很难满足工艺要求。所以，将乳液流量作为控制参数的控制方案应尽可能避免。2、旁路空气量与热风量混合，经风管进入干燥器，它与图b控制方案相比，控制通道存在一定的纯滞后，对干燥温度校正作用的灵敏度虽然差一些，但可通过缩短传输管道的长度而减小纯滞后时间。3、对图c所示的控制方案分析可知，蒸汽需经过换热器的热交换，才能改变空气温度。由于换热器的时间常数较大，而且该方案的控制通道既存在容量滞后又存在纯滞后，因而对干燥温度校正作用的灵敏度最差。第六十页，共237页。讨论后知，以风量作控制参数为最佳选择。第六十一页，共237页。§1.4控制阀的选择§1.4.1控制阀口径的选择略§1.4.2控制阀开、闭形式的选择1、生产安全出发2、保证产品质量3、降低原料、成品、动力耗损来考虑4、介质的特点考虑。第六十二页，共237页。§1.4.2控制阀流量特性的选择直线对数快开生产负荷流量第六十三页，共237页。为保证衰减比n=4:1，有不变，则假设第六十四页，共237页。K0和F的平方根成正比，

和F的平方根成反比，故选择线性的阀门。第六十五页，共237页。第六十六页，共237页。生产负荷G发生变化时：第六十七页，共237页。利用消去线性阀门第六十八页，共237页。§1.4.4控制阀结构形式的选择第六十九页，共237页。§1.4.5阀门定位器的选用第七十页，共237页。

§1-5测量传送滞后对控制质量的影响及克服办法§1.5.1测量滞后的影响测量滞后包括：测量环节的容量滞后和信号测量过程的纯滞后（1）容量滞后第七十一页，共237页。第七十二页，共237页。（2）测量环节的纯滞后测量环节的纯滞后和控制通道的纯滞后的影响相同。温度参数和物性参数的测量很容易引入纯滞后，且一般比较大。流量参数的测量滞后一般都比较小。§1.5.2信号传送滞后的影响信号的传送滞后包括：测量信号传送滞后

控制信号传送滞后对于电号滞后时间常数=0对于气动信号φ48×1：纯滞后时间ι=K1

×L时间常数T=K2×L第七十三页，共237页。§1.5.3克服测量、传送滞后的方法（1）克服测量滞后的办法1、选择惰性小的快速测量元件，以减小时间常数。2、选择合适的测量点，以减少纯滞后。3、使用微分单元，以克服测量环节的容量滞后。通过调整使Tm=TD就可完全克服容量滞后。第七十四页，共237页。微分环节加入位置分析：两种加入位置第七十五页，共237页。1、克服干扰效果对比由方框图有传递函数均为：2、设定值变化效果对比1-28结构1-29结构对比两种结构，后一种较前一种多了一个微分单元。微分单元的引入可以提高系统调节速度，但是会对系统稳定性产生影响。尤其是对设定值的改变较为敏感。因此常使用不理想微分环节或者微分先行或者比利先行控制器代替。第七十六页，共237页。第七十七页，共237页。

§1-6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择被控对象、被控变量、操纵变量、变送装置和控制阀确

定之后控制其参数是决定控制系统质量唯一因素。根据对象特性和控制质量要求选择控制器的控制作用确

定控制器的类型。§1.6.1控制器参数对系统静态误差的影响系统稳态性能指标=稳态误差=静态误差=余差第七十八页，共237页。利用终值定理彻底消除静差就需要引入积分环节：第七十九页，共237页。§1.6.2控制器参数对系统动态误差的影响（1）比例放大倍数Kc第八十页，共237页。随着控制器放大系数Kc的增大，控制系统的稳定性降低。随着Kc的增大，余差将减少，但不能消除。第八十一页，共237页。（2）积分时间Ti积分控制作用能消除余差，但降低了系统的稳定性。Ti愈小，稳定性愈差。第八十二页，共237页。（3）微分时间TD微分具有超前相角，可缩短过渡过程时间，提高系统的稳定性，减小动态偏差。但微分作用过大会使系统变得敏感，系统趋于发散。一般用于惯性较大或容量滞后较大的对象。第八十三页，共237页。§1.6.3控制规律的选择第八十四页，共237页。

(1)、特点：抗干扰能力强，过渡过程时间短，但有余差。

(2)、适用：控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统。控制器的选型应由对象的特性和工艺要求确定。

1、P控制器的选择

2、PI控制器的选择

(1)、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的稳定性降低。(2)、适用：滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统。第八十五页，共237页。(1)、特点：对克服对象的容量滞后有显著的效果。(2)、适用：负荷变化大，容量滞后大，控制质量要求很高的系统。3、PID控制器的选择第八十六页，共237页。

§1-8单回路系统的投运和整定控制系统按照设计的要求连好后，检查线路无误，所有仪表经过检查符合精度要求并运行正常，则可着手进行控制系统的投运和控制器参数的整定工作。§1.8.0控制器正、反作用的选择(1)方框图的“+”、“-”号的判断：a）环节输入增加输出增加，则此环节方框图为“+”。b）对于测量环节，输出总是随着测量量的增大而增加，故测量环节一般为“+”。c）气开阀符号为“+”，气闭阀为“-”。d)控制器正作用符号为“+”，发作用为“-”。第八十七页，共237页。控制器正、反作用的选择

原则：使整个单回路构成负反馈系统---乘积为“-”。控制器正、反作用选择的判别式：(控制器“±”)(控制阀“±”)(对象“±”)=“-”第八十八页，共237页。第八十九页，共237页。§1.8.1控制系统的投运手动—自动状态的无扰动切换。§1.8.2控制系统的整定比例度的概念：对于比例作用大小，工业控制器常用δ表示，其义为：对于单元组合仪表:

第九十页，共237页。（1）系统整定的目的如果控制方案已经确定，则过程各通道的静态和动态特性就已确定，系统的控制质量就取决于控制器各个参数值的设置。控制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程中控制器的比例度δ、积分时间TI、微分时间TD的具体数值。所谓最佳过渡过程，就是在某种质量指标下，系统达到最佳调整状态。4：1递减比为最佳参数整定的常用依据。第九十一页，共237页。参数整定的方法:1、理论整定法:对数频率特性法、根轨迹法等。例要求实现4:1衰减比，求Kp。第九十二页，共237页。第九十三页，共237页。第九十四页，共237页。第九十五页，共237页。(2)工程整定法：经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法等。一、经验凑试法第九十六页，共237页。整定步骤(1)在纯比例作用下(TI=、TD=0) 系统闭环情况下，在比例度按表的取值下，将系统投入运行； 若曲线振荡频繁，则加大比例度； 若趋于非周期，则减少，求得满意的4：1过渡过

程曲线。(2)引入积分作用(此时应将上述加大1.2倍)

将积分时间TI由大到小进行整定；若曲线波动较大，则应增大TI；若曲线偏离给定值后长时间回不来，则需减少TI，

以求得较好的过渡过程曲线。第九十七页，共237页。(3)若需引入微分作用将TD按经验值或按TD=(1/3--1/4)TI设置，并由小到大加入；若曲线超调量大而衰减慢，则需增大TD；若曲线振荡厉害，则应减小TD；观察曲线，再适当调节和TI，反复调试直到获得满意的过

渡过程曲线。第九十八页，共237页。(3)根据K和TK值，采用表1-5中的经验公式，计算、TI、TD的值。2、整定步骤(1)系统在闭环情况下，纯比例作用下投入(TI=,TD=0),比例度适当(一般=100%);(2)改变观察输出y，每次改变需要用设定值重新施加阶跃干扰。若y呈现衰减振荡，则减小继续观察；若y呈现发散振荡，则增大；直到出现等幅振荡过程，记下临界比例度K和临界振荡周期TK值。

二、稳定边界法（临界比例度法）1、特点:是目前工程上应用较广泛的一种控制器参数的整定方法。第九十九页，共237页。(4)按“先P后I最后D”的操作程序，将控制器整定参数调整到计算值上。缺点是：1、只能用于2阶以上系统或者1阶带有纯滞后的系统（能够产生等幅振荡）。2、对于严格控制系统等幅时间等幅时间的系统无法应用。1.70.13Tk0.85Tkminmin%第一百页，共237页。例3-1

用临界比例度法整定某过程控制系统所得的比例度K=20%,临界振荡周期TK=1min，当控制器分别采用比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，求其最佳整定参数值。解：应用表1-5经验公式，可得(1)比例控制器=2K=2×20%=40%(2)比例积分控制器

=2.2K=2.2×20%=44%TI=TK/1.2=1/1.2=0.83min(3)比例积分微分控制器

=1.6K=1.620%=32%TI=0.5TK=0.51=0.5minTD=0.25TI=0.250.5=0.125min第一百零一页，共237页。解：应用表1-5经验公式，可得(1)比例控制器=2K=2×20%=40%(2)比例积分控制器

=2.2K=2.2×20%=44%TI=TK/1.2=1/1.2=0.83min(3)比例积分微分控制器

=1.6K=1.620%=32%TI=0.5TK=0.51=0.5minTD=0.25TI=0.250.5=0.125min第一百零二页，共237页。三、衰减曲线法1.在系统闭环条件下，把参数置成纯比例作用(TI=,TD=0)，比例度适当(一般=100%)；2.改变观察输出y，每次改变需要用设定值重新施加阶跃干扰。若衰减比大于4:1，则减小继续观察；若衰减比小于4:1，则增大；直到出现4:1振荡过程，记下此时的比例s和振荡周期Ts值。3.根据s和Ts，使用表1-6计算出控制器的各个整定参数值。1、特点：是在总结稳定边界法的基础上，经过反复实验提出来的。2、整定步骤：对于要求系统过渡过程达到4：1衰减的步骤如下。缺点是：1、只能用于2阶以上系统或者1阶带有纯滞后的系统（能够产生等幅振荡）。第一百零三页，共237页。第一百零四页，共237页。例3-2某温度控制系统，采用4：1衰减曲线法整定控制器参数，得S=20%，TS=10min，当控制器分别为比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，试求其整定参数值。

解应用表1-6中的经验公式，可得(1)比例控制器

=S=20%(2)比例积分控制器

=1.2S=1.220%=24%TI=0.5TS=0.510=5min(3)比例积分微分控制器

=0.8S=0.820%=16%TI=0.3TS=0.310=3minTD=0.1TS=0.110=1min

第一百零五页，共237页。四、响应曲线法2、整定步骤(1)系统处于开环稳定情况下，手动施加控制器输出一阶跃信号Δp，获取对象的响应曲线，如下图所示。1、特点：依据对象的响应曲线---飞升曲线整定参数，精度更高。第一百零六页，共237页。(2)求取广义对象的放大系数Ko

(3)根据对象的K0、T0、0，按下表3-4所给公式求出4：1衰减过程控制器的参数、TI和TD。

式中Δy---被控参数测量值的变化量；

Δp---控制器输出的变化量；

ymax-ymin---测量仪表的刻度范围；

pmax-pmin---控制器输出变化范围。第一百零七页，共237页。第一百零八页，共237页。解：本例中，p=7-6=1mA

pmax-pmin=10-0=10mA

y=87.8-85.0=2.8℃

ymax-ymin=100-50=50℃

所以例在某一蒸汽加热器的控制系统中，当电动单元组合控制器的输出从6mA改变到7mA时，温度记录仪的指针从85℃升到87.8℃，从原来的稳定状态达到新的稳定状态。仪表的刻度为50100℃，并测出O=1.2min,TO=2.5min。如采用PI和PID控制规律，试确定出整定参数。第一百零九页，共237页。因此，在PI控制器时：=1.127%=30%TI=3.31.2=4min在PID控制器时：=0.8527%=23%TI=21.2=2.4min

TD=0.51.2=0.6min解毕。第一百一十页，共237页。引申：1、由阶跃响应曲线确定过程的传递函数1、确定一阶惯性环节的参数(1)放大系数(2)时间常数:切线法：如右图。图2-12阶跃响应曲线第一百一十一页，共237页。(3)原理：第一百一十二页，共237页。2、确定有时滞的一阶惯性环节的参数切线法：如下图第一百一十三页，共237页。对正常生产影响小。转换成阶跃响应的方法如下。3、阶跃扰动法测定对象的响应曲线实验时往往会对正常生产造成影响。4、矩形脉冲法测定对象的响应曲线第一百一十四页，共237页。转换的思路是：将矩形脉冲看成正负两个等幅的阶跃信号，据此而得到输出的阶跃响应。即

x(t)=x1(t)+

x2(t)(见图2-11上)=x1(t)-

x1(t-a)(2-20)则

y*(t)=y(t)-y(t-a)或

y(t)=y*(t)＋y(t-a)(2-21)

x2a第一百一十五页，共237页。ys=[0.451.73.791926.43637.533.527.22110.45.12.81.10.5];y=[0.451.73.791926.4

36+937.5+2033.5+26.427.2+36+921+33.5+26.410.4+21+33.5+26.45.1+10.4+21+33.5+26.42.8+5.1+10.4+21+33.5+26.41.1+2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.40.5+1.1+2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.4];t=1:16;plot(t,ys,t,y,'r')第一百一十六页，共237页。第一百一十七页，共237页。第二章串级控制系统§4-1概述 单回路控制系统：结构简单，但难于适应工艺参数间关系比较复杂的控制，特别是现代大规模工业生产。复杂控制系统：具有两个以上的检测变送单元、或控制器、或执行器，能完成一些复杂或特殊的任务串级控制系统：对改善控制品质有独到之处，故而在过程控制系统中应用很广泛。4.24.34.44.5第一百一十八页，共237页。一.串级控制系统的组成

以炼油厂管式加热炉的出口温度控制为例。(1)、采用直接控制方案：如图4-1所示。优点：所有对温度的干扰都包括在控制回路之中。缺点：对燃油流量变化等干扰控制不及时，总滞后较大。(2)、采用间接控制方案：如图4-2所示。优点：能及时而有效地克服来自燃料油压力方面的干扰。缺点：燃料油控制只起辅助作用；放弃炉出口温度控制将无法克服来自原料流量和温度、炉膛压力变化等方面的干扰。1、问题的提出第一百一十九页，共237页。

(1)、结构图：将图4-1、图4-2方案综合起来，即得串级控制系统如图4-4所示。

2、系统组成

加热流量测量温度测量第一百二十页，共237页。(2)、方框图：如图4-3所示。(3)、特征：两台控制器串联在一起，控制一个调节阀。第一百二十一页，共237页。(4)、另一实例第一百二十二页，共237页。(5)、常见名词术语:主、副变量，主、副控制器，主、副对象，主、副变送器，主、副回路等，如图4-5.4-5第一百二十三页，共237页。二、二次干扰作用在主、副对象上的干扰分别为一、二次干扰。图4-5为串级控制系统的通用方框图。三、串级控制系统的工作过程仍以管式加热炉出口温度控制为例，分析克服干扰的过程。1、干扰来自燃料油流量初始阶段，出口温度不变，温度控制器的输出不变。出口温度变化时，温度控制器不断改变着流量控制器的设定值。第一百二十四页，共237页。2、干扰来自原料油(1)、使主、副变量同向变化(2)、使主、副变量反向变化分析可知：副控制器具有“粗调”作用，主控制器具有“细调”作用；两者配合，控制质量必高于单回路控制系统。出口温度温度控制器输出流量控制器设定值。3、一、二次干扰同时出现燃料油流量为适应温度控制的需要而不断变化。第一百二十五页，共237页。§4-2串级控制系统的特点

串级控制系统能使等效副对象的时间常数变小，放大系数增大，从而显著提高控制质量。将整个副回路看成一个副对象，则简化图如图4-5所示（或下张两图）。一、时间常数由P181分析，可得式(4-3)T‘02<T02意味着控制通道的缩短。第一百二十六页，共237页。第一百二十七页，共237页。二、工作频率设干扰从阀前进入。进一步等效,图4-6。由于等效副回路时间常数的缩短，系统的工作频率提高了（可使振荡周期缩短）。通过对串级和单回路控制系统特征方程的分析(P181～2)，可知:串>单。三、抗干扰能力分析可得式:

K1*K2越大，抗干扰能力越强。进一步分析可知单回路比串级抗干扰能力差。第一百二十八页，共237页。四、有一定的自适应能力 单回路控制系统只有一个控制器，设定值一般不变，难以适应负荷非线性的变化。 串级控制系统中，副回路是一个随动系统，设定值随主控制器的输出而变化，适应负荷变化的能力较强。 由式(5-22)(P172)可知，K02变化对等效K‘02影响很小，亦可说明副回路能自动地克服对象非线性特性的影响。第一百二十九页，共237页。§4-3串级控制系统的应用当被控对象纯滞后时间较长时，在离控制阀较近、纯滞后时间较小的地方选择一个副变量，把干扰拉入副回路。利用副回路的超前作用来克服对象的纯滞后仅仅是对二次干扰而言的，一次干扰不直接影响副变量。例如下图所示：坚持一个设计原则：凡是用单回路控制系统能满足控制要求的，就不再用串级控制系统。一、用于克服对象的纯滞后第一百三十页，共237页。副变量：过热蒸汽温度，位于滞后较小的B点。被控参数：A点温度控制参数：减温水流量主要干扰：减温水压力波动。第一百三十一页，共237页。二、用于克服对象的容量滞后 容量滞后会使被控对象反应迟钝，超调大，过渡过程长。 以温度或质量作为被控量的控制对象，其容量滞后往往比较大，致使控制质量变差。 对象容量滞后大、干扰复杂的情况下，串级控制系统的使用最为普遍，效果较好。 此时应选择一个滞后较小的辅助变量组成副回路。 副环的时间常数不能过大，以防共振；也不能过小，力求多包含一些干扰。 例如下张图：第一百三十二页，共237页。燃料油热值变化后，炉膛反应滞后3分钟，而出口温度则需15分钟。第一百三十三页，共237页。三、用于克服变化剧烈和幅值大的干扰

串级控制系统对二次干扰具有很强的克服能力。

设计时应把变化剧烈、幅值大的干扰包含在副回路中。

副回路放大系数应大些，会使抗干扰能力大大提高。

例如下图4-13，脱气塔的压力对主控指标(液位)影响很大，甚至造成溢出或打干的事故，是主干扰，串级控制后效果很好。第一百三十四页，共237页。四、用于克服对象的非线性负荷变化会引起工作点的移动。当负荷变化大且频繁时，只有高级控制系统才有重整参数以适应控制要求的能力。

一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。

例在图4-14中，其中部温度要严控，则将具有非线性特性的换热器包含在副回路。第一百三十五页，共237页。§4-4串级控制系统的设计

主变量(操纵量)的选择原则主要有：(1)、条件允许时选质量指标作为主变量。正确合理地设计，才能使串级控制系统发挥其特点。设计包括主、副回路选择，主、副控制器控制规律选型和正、反作用的确定。一、主、副回路的选择(一)、主回路是一个定值控制系统，可以按单回路控制系统的设计原则进行。第一百三十六页，共237页。(二)、副回路应包括尽可能多的扰动。前已述及，应将变化最剧烈、幅度最大、最频繁的扰动包括在副回路中。研究系统的干扰来源是十分重要的。如前述的管式加热炉，主扰动为然油压力还是然油热值，则副回路的选择大不相同。(2)、其次考虑选择与质量有单值关系的参数作为主变量。(3)、所选主变量应有足够的灵敏度，且工艺合理、易实现。并非包括的干扰越大越好。干扰包括得越大，副变量的位置会越靠近主变量，灵敏度会降低。第一百三十七页，共237页。(三)、主、副对象的时间常数要匹配。前已分析得到串与单的关系如P182所示。绘出分析曲线，如右图所示。第一百三十八页，共237页。分析可知(1)、当T01/T02>10时，则T02很小，副回路包括的干扰很少，作用未发挥。(2)、当T01/T02<3时，说明T02过大，副回路的控制作用不及时。(3)、当T01/T021时，主、副回路易出现“共振效应”。

一般认为：T01/T02=310较合适。究竟T02取多大为好，应按具体情况确定。若欲快速克服主干扰，则小一点为好；若欲克服对象的大滞后，可取大点；若欲克服对象的非线性，则T01/T02宜取大一些。第一百三十九页，共237页。(四)、选副回路应考虑工艺上的合理性只有满足工艺要求，才具有实用性。先考虑工艺要求，再考虑其他要求。(五)、副回路设计应考虑经济性原则技术与经济指标应综合考虑，如下两图。第一百四十页，共237页。二、主、副控制器的选择

1、对主变量控制质量要求高主变量宜采用PI规律；欲克服容量滞后，应引进微分作用，采用PID规律。副变量一般采用P规律就可以了。2、对副变量控制要求也较高主、副变量均采用PI控制规律。3、对主变量控制要求不高，甚至允许小波动主变量采用P规律，副回路对主回路的跟随要求快而准时采用PI控制规律。(一)、控制规律的选择第一百四十一页，共237页。(二)、正、反作用方式的选择副控制器按单回路方式选择，具体见P154。主控制器按下式确定:

4、对主、副变量控制要求均不高可均采用P规律；必要时对主变量控制引进微分作用。(主控制器+/-)(副对象+/-)(主对象+/-)=(-)

主、副控制器正、反作用方式的确定是否正确，可进行验证，如图。第一百四十二页，共237页。§4-5串级控制系统

控制器参数的整定所谓投运，就是通过适当的步骤，使主、副控制器从手动工作状态转到自动工作状态。两种投运方法：①、先投副环后投主环(常用)；②、先投主环后投副环(很少用)。一、串级控制系统的投运第一百四十三页，共237页。二、串级控制系统控制器参数的整定串级控制系统的方案正确设计后，为了使系统运行在最佳状态，按照自控理论，必须对系统进行校正，这在过程控制中称为参数整定。在工程实践中，串级控制系统中常用的整定方法有：逐步逼近法、两步整定法、一步整定法等。第一百四十四页，共237页。(一)、逐步逼近法逐步逼近法是先副后主，逐步逼近。该方法较繁琐。具体步骤为：先断开主回路，整定副控制器。后闭合主回路，整定主控制器。重新调整副控制器参数。若未达到控制要求，再调整主控制器参数。以上步骤循环进行，直到满足(逼近)控制指标为止。对于不同的控制系统和不同的品质指标要求，逐步逼近法逼近的循环次数是不同的，所以往往费时较多。第一百四十五页，共237页。(二)、两步整定法(应用最广泛)第一步，整定副控制器；第二步，整定主控制器。具体步骤:见教材P186。

应用举例

在硝酸生产过程中，有一个氧化炉温度与氨气流量的串级控制系统。温度为主参数，工艺要求较高，温度最大偏差不能超过5℃，氨气流量为副参数，允许在一定范围内变化，要求不高。系统控制器参数采用两步整定法，过程如下。第一百四十六页，共237页。①、在系统设计时，主控制器选用PI控制规律，副控制器选用P控制规律。在系统稳定允许条件下，主、副控制器均置于纯比例作用，主控制器的比例度置于100%，用4：1衰减曲线法(见右图)整定副控制器的参数，得

第一百四十七页，共237页。②将副控制器的比例度置于32%上，用相同的方法整定，将主控制器的比例度由大到小逐渐调节，取得主控制器的1S=50%,T1S=7min。

2S=32%,T2S=15s。第一百四十八页，共237页。③根据上述求得的各参数，运用4：1衰减曲线法整定计算公式(见上表4-1)，计算主、副控制器的整定参数为：主控制器(温度控制器)：比例度1=1.21S=60%，积分时间T1=0.5T1S=3.5min副控制器(流量控制器)：比例度2=2S=32%④把上述计算的参数，按先P后I的次序，分别设置在主、副控制器上，并使串级控制系统在该参数下运行。实际运行，氧化炉温度稳定，完全满足生产工艺的要求。第一百四十九页，共237页。1、与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？2、为什么说串级控制系统具有改善过程动态特性的特点？T’02和K’02减小与提高控制质量有何关系？3、为什么提高系统工作频率也算是串级控制系统的一大特点？思考题下一章第一百五十页，共237页。

加热温度测量返回第一百五十一页，共237页。

加热流量测量返回第一百五十二页，共237页。第五章比值控制系统234

§5-1基本概念

在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛。制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。一、概述1、方法的产生第一百五十三页，共237页。2、比值控制的含义凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。3、变量及关系主动量---起主导作用而又不可控的物料流量；从动量---跟随主动量而变化的物料流量；比例系数:K=Q1/

Q2造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例。

水泥配料系统……第一百五十四页，共237页。二、比值控制系统的类型1、系统组成:如下图所示。

(一)、开环比值控制第一百五十五页，共237页。(二)、单闭环比值控制

简单、成本低；

只有当Q1变化时才起控制作用；

Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。

3、适用场合副流量没有干扰的情况。

2、系统组成：如下图所示。1、特点:能克服开环比值方案的不足。2、特点第一百五十六页，共237页。3、工作过程稳定状态下……主流量变化时……副变量由于干扰而变化时……

第一百五十七页，共237页。7-3丁烯洗涤塔进料量与洗涤水量的比值控制系统

如右图所示。4、应用实例:第一百五十八页，共237页。(三)、双闭环比值控制优点：不但能实现流量的副量跟主量变化，而且能克服流量干扰等。缺点：主流量不受控。6、应用场合在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。5、优缺点能克服单闭环主流量不受控的不足。1、特点2、系统组成：如下图所示。第一百五十九页，共237页。7-4a)双闭环比值控制给定(随动值)设定值(定值)第一百六十页，共237页。第一百六十一页，共237页。3、另一优点：常用在主流量干扰频繁或工艺上不允许负荷有较大的波动，或工艺上经常需要升降负荷的场合。升降负荷比较方便。4、适用场合5、应用实例：如图。设定值第一百六十二页，共237页。(四)、变比值控制在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三个变量的变化而变化。为了满足上述生产工艺要求，开发并应用变比值控制。1、方法的产生2、系统结构：如下图所示。第一百六十三页，共237页。3、变比值控制的含义比值只是一种手段，不是最终目的，而第三变量Y(s)往往是产品质量指标。变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质量指标)、以两个流量比为副变量的串级控制系统。4、工作过程系统稳定时……当Q1、Q2出现扰动时……当出现其他扰动(如温度、压力、成分等变化)时……5、该法特点第一百六十四页，共237页。7-7氧化炉温度与氨气/空气串级比值控制系统6、应用实例：见以下两图。第一百六十五页，共237页。第一百六十六页，共237页。第六章前馈控制系统

其他反馈控制的缺点：无法将干扰克服在被控制量偏离设计值之前。被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故限制了控制作用的充分发挥。§5-1基本原理

1、问题的提出5.2第一百六十七页，共237页。2、技术思路直接按扰动而不是按偏差进行控制。干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控制器就产生了控制作用。这种前馈控制系统对干扰的克服要比反馈控制系统及时得多。3、工作原理用右图针对反馈控制做比较说明。第一百六十八页，共237页。其中Ma为扰动量，T2为出口温度，WO(s)为控制通道的传递函数,Wf(s)为前馈通道的传递函数,Wd(s)为干扰通道的传递函数。补偿过程如下图所示。可实现对扰动的完全补偿，使被控量成为对扰动绝对不灵敏的系统。（不变性原理）第一百六十九页，共237页。4、前馈与反馈的比较(1)、检测：前馈控制测干扰；反馈控制测被控量。(2)、效果：克服干扰，前馈控制及时，理论上可实现完全补偿；反馈控制不及时。(3)、经济性：克服干扰，前馈控制只能一对一，不如反馈控制经济。(4)、稳定性：前馈为开环，不存在此问题；反馈则不同，稳定性与控制精度是矛盾的。第一百七十页，共237页。§5-2前馈控制系统的结构形式控制器的输出仅仅是输入F的函数，与时间t无关。在图4-12中，令前馈控制器传函满足下式即可：一、静态前馈控制静态前馈的含义第一百七十一页，共237页。二、动态前馈控制

静态前馈控制只能有效抑制静态偏差；动态前馈控制不但能有效抑制静态偏差；而且能有效抑制动态偏差。1、问题及办法2、原理：如右图，其中Wm(S)非纯比例环节。第一百七十二页，共237页。三、复合控制系统前馈控制是有局限性的：①对补偿结果无法检测；②难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置；③一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量。动态前馈控制能显著提高系统的控制质量，但结构和参数整定均比较复杂。只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈难于满足时。亦称为前馈--反馈控制系统。1、方法的提出3、特点及适用性第一百七十三页，共237页。

复合控制的好处：既发挥了前馈校正及时的优点，又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量始终给予检验的长处。2、组成原理及结构图:第一百七十四页，共237页。当负荷变化时……对于前馈控制未能完全消除的偏差，以及未能引入前馈控制的其他干扰(如物料进口温度、蒸汽压力等)……

第一百七十五页，共237页。3、特点①实现前馈控制作用的完全补偿的条件不变。（令Y(s)/F(s)=0即可。）②不会因引入前馈控制而影响反馈控制的稳定性。4、前馈--反馈控制的优点①只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化了原来的纯前馈控制系统。②降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实现简单的前馈补偿创造了条件。③比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快的特点。因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。第一百七十六页，共237页。四、前馈--串级控制系统为了保证前馈控制的精度，常希望控制阀灵敏、线性等；采用串级控制系统可满足以上要求。

1、方法的提出2、原理与结构图第一百七十七页，共237页。3、应用举例：

第一百七十八页，共237页。思考题1、前馈控制有哪几种主要型式？2、前馈控制与反馈控制各有什么特点？3、为什么一般不单独使用前馈控制方案？第一百七十九页，共237页。第七章均匀控制系统在连续生产过程中，一个装置或设备往往与前后的装置或设备紧密地联想着，前一装置或设备的出料量是后一装置或设备的进料量，而后一装置或设备的出料量又输送给其他的装置或设备。例如石油裂解气分离工艺，前后共串联了八个塔。前后有物料联系的精馏塔，前塔的液位与后塔的进料量的稳定要求会发生矛盾，如下图所示。

§7-1均匀控制的用途及特点1、问题的提出第一百八十页，共237页。

是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地、均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调的系统。两塔之间增设缓冲器(不适宜)。采用均匀控制系统(上策)。3、均匀控制的含义2、解决办法第一百八十一页，共237页。4、均匀控制的特点表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变化是缓慢的，是在允许范围内波动的。参见下图。前塔的液位变化不能超过规定的上、下限。后塔的进料量也不能超过最大和最小处理量。非均匀控制第一百八十二页，共237页。§7-2均匀控制系统的结构方案

1、方案示例：如下图(一)、简单均匀控制去下一精馏塔第一百八十三页，共237页。2、与液位定值控制相比5、适用场合

通常适用于扰动较小、对流量的均匀程度要求较低的场合。比例作用是基本的；不能引入微分；积分是否引入视情况而定。系统的结构和所使用的仪表是完全一样的，但控制目的不同。3、对控制参数应做适当选择4、特点简单均匀控制系统的最大优点是结构简单、操作方便、成本低；但控制效果差。第一百八十四页，共237页。(二)、串级

均匀控制

1、组成结构：

为了克服调节阀前后压力波动和被控过程的自衡特性对流量的影响，设计以流量为副变量的流量控制副回路，如右图所示。第一百八十五页，共237页。2、与典型串级的异同

不能加微分作用；液位宜采用PI规律；流量一般用P规律。

串级均匀控制系统能克服控制阀前后压力较大的扰动，使主、副变量变化均匀缓慢平稳，控制质量较高。结构方案相同，目的不同；均匀串级控制的目的是使液位与流量均匀协调。3、控制过程设干扰使1#塔液位上升…设2#塔因塔压变化使其入料量发生变化…4、控制作用选择(十分重要)5、特点第一百八十六页，共237页。(三)、双冲量均匀控制

所谓双冲量均匀控制系统，就是将两个变量的测量信号通过加法器后作为被控量的均匀控制系统。

图中PO=PH-PQ+Pr+C

1、含义2、应用示例：见下图。第一百八十七页，共237页。3、一般方块图：如下图所示。第一百八十八页，共237页。§7-3选择性控制系统1、问题的提出控制中往往会出现一些随机的特殊要求，如在故障情况下能保证安全生产；发出报警后改由人工操作或联锁保护不是最佳办法。

2、对选择性控制的要求

故障时自动起保护作用而又不停车--是一种取代控制系统。

一、基本概念二、选择性控制系统的类型(一)、对被控参数的选择性控制系统第一百八十九页，共237页。控制参数一个，被控参数却有温度和液位两个。b)图增设了液面超限控制系统。对比方案第一百九十页，共237页。(二)、对控制参数的选择性控制系统一般选择性控制方案如图4-58所示。被控参数（量）只有一个，而控制参数（操纵量）却有两个。第一百九十一页，共237页。多种燃料选择性控制方案如图7-17.第一百九十二页，共237页。三、应用举例第一百九十三页，共237页。§7-4分程控制系统多阀：一只控制器的输出信号去带动两个或两个以上的控制阀工作。分程：每一个控制阀仅在控制器输出信号整个范围的某段内工作。

控制阀同向动作：见下张图7-18。控制阀异向动作：见下张图7-19。

如有A、B两个控制阀；控制器输出信号压力为0.020.1MPa。当控制信号<0.06MPa时，A阀动作，B阀不动；当控制信号>0.06MPa时，A阀动至极限，B阀才动,如下图7-18a)。一、分程控制的概念1、特点2、实现3、分类第一百九十四页，共237页。第一百九十五页，共237页。第八章大滞后补偿控制1、预估补偿：原理上能消除纯滞后对控制系统的动态影响，但需被控过程的精确模型，工程上往往难以实现。8.28.3§8-1克服纯滞后的几种常见方案2、采样控制：成本较低，但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。3、改进型常规控制：具有通用性广等特点，目前较常用。4、其他：大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。第一百九十六页，共237页。§8-2改进型常规控制方案是一种比较简单、工程上易实现、又能满足一定控制质量要求的控制方案。对降低超调量更有显著的效果。一、微分先行控制方案1、特点2、组成结构一般常规PID控制方案：见下张图6-1。微分先行控制方案：见下张图6-2。第一百九十七页，共237页。第一百九十八页，共237页。3、传递函数（随动特性与抗扰动性能）一般常规

PI＋D：式(1)、式(2)。微分先行：式(3)、式(4)。第一百九十九页，共237页。区别：微分先行较常规PI＋D少了一个零点Z=1/TD,

故超调量要小一些。

4、过渡过程比较：第二百页，共237页。二、中间反馈控制方案

使控制系统闭环传递函数极点位置发生变化，从而使超调量大大下降，控