分析复杂控制系统(化工仪表与自动控制课件)

1.课程导入管式加热炉简单控制系统一情景导入二课程内容三课程总结目录课程安排一主要结构二工作机理三实际应用目录课程内容2.1主要结构管式加热炉串级控制系统一主要结构二工作机理三实际应用目录课程内容2.2工作机理1.干扰作用于副回路燃料油热值

θ2e2p阀开度2.干扰作用于主对象原料油流量θ1

e1p阀开度3.干扰同时作用于副回路和主对象(1)在干扰作用下，主、副变量的变化方向相同燃料油热值θ2e2p

阀开度原料油流量θ1

e1p阀开度(2)在干扰作用下，主、副变量的变化方向相反燃料油热值θ2e2p阀开度原料油流量θ1

e1p阀开度一基本原理二主要结构三实际应用目录课程内容实际应用1:串级控制系统中副回路的确定

1.主副变量间应有一定的内在联系一类情况是选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量。如前面讲过的管式加热炉的例子。

另一类选择的副变量就是操纵变量本身,这样能及时克服它的波动,减小对主变量的影响。见下例。

通过这套串级控制系统，能够在塔釜温度稳定不变时，蒸汽流量能保持恒定值，而当温度在外来干扰作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，以使能量的需要与供给之间得到平衡，从而保持釜温在要求的数值上。例：

选择的副变量就是操纵变量（加热蒸汽量）本身。这样，当干扰来自蒸汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，使塔釜温度的控制质量得以提高。加热炉出口温度与燃料油压力串级控制系统如果燃料油的压力比较稳定,而燃料油的组分波动较大,那么,该图串级控制系统的副回路作用就不大。2.要使主要干扰包围在副回路内实际应用2:串级控制系统中正反作用的选择

串级控制系统中的副控制器作用方向的选择，根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照简单控制系统的选择使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。1.副控制器作用方向的选择管式加热炉出口温度串级控制系统

当主、副变量增加（或减小）时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小（或增加），要求控制阀的动作方向一致的时候，主控制器应选“反”作用；反之，应选“正”作用2.主控制器作用方向的选择管式加热炉出口温度串级控制系统一情景导入二课程内容三课程总结目录课程内容3.课程总结1.串级控制系统的主要结构和工作机理。2.确定串级控制系统副回路的方法。3.选择串级控制系统正反作用。1.课程导入一情景导入二课程内容三课程总结目录课程安排一主要结构二工作机理三实际应用目录课程内容2.1主要结构氮封分程控制系统一主要结构二工作机理三实际应用目录课程内容2.2工作机理一基本原理二主要结构三实际应用目录课程内容实际应用热交换器温度分程控制

1.用于控制两种不同介质以满足工艺生产的要求阀门动作示意图采用热水与蒸汽两种不同物料作为调节介质,在一般控制系统中难于实现,但在分程控制系统中,不仅充分利用了热水,而且节省了蒸汽。2.用来控制阀的可调范围，改善控制品质

有时生产过程负荷变化很大,要求有较大范围的流量变化。若用一个控制阀,由于控制阀的可调范围R是有限的,当最大流量和最小流量相差太悬殊时,就会降低控制系统的控制质量,这时可采用分程控制系统。3.用作生产安全的防护措施

有些生产过程在接近事故状态或某个参数达到极限值时,应当改变正常的控制手段,采用补充手段或放空来维持安全生产。一般控制系统很难兼顾正常与事故两种不同状态。一情景导入二课程内容三课程总结目录课程内容3.课程总结1.分程控制系统的主要结构和工作机理。2.分程控制系统应用场所。1.课程导入图1前后精馏塔的供求关系阀1阀2一情景导入二课程内容三课程总结目录课程安排一均匀控制原理二简单均匀控制三串级均匀控制目录课程内容2.1均匀控制原理1.两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。2.前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。图2前一设备的液位和后一设备的进料量之关系1—液位变化曲线；2—流量变化曲线一均匀控制原理二简单均匀控制三串级均匀控制目录课程内容2.2简单均匀控制图3简单均匀控制目的

为了协调液位与排出流量之间的关系，允许它们都在各自许可的范围内作缓慢的变化。满足均匀控制要求的方法通过控制器的参数整定来实现。一均匀控制原理二简单均匀控制三串级均匀控制目录课程内容2.3串级均匀控制图4串级均匀控制

可在简单均匀控制方案基础上增加一个流量副回路，即构成串级均匀控制。特点

由于增加了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改变所引起的流量变化。

串级均匀控制系统协调两个变量间的关系是通过控制器参数整定来实现的。

在串级均匀控制系统中，参数整定的目的不是使变量尽快地回到给定值，而是要求变量在允许的范围内作缓慢的变化。参数整定的方法

由小到大地进行调整。

串级均匀控制系统的主、副控制器一般都采用纯比例作用的。只在要求较高时，为了防止偏差过大而超过允许范围，才引入适当的积分作用。一情景导入二课程内容三课程总结目录课程内容3.课程总结1.均匀控制原理。2.简单均匀控制系统。3.复杂均匀控制系统。

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统。几个概念主物料、主动量（Q1

、主流量）从物料、从动量（Q2

、副流量）副流量Q2与主流量Q1的比值关系为一情景导入二课程内容三课程总结目录课程安排一开环比值控制系统二单闭环比值控制系统三双闭环比值控制系统目录课程内容1.开环比值控制系统图1开环比值控制图2开环比值控制方块图

结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值要求来设定。主、副流量均开环；这种比值控制方案对副流量Q2本身无抗干扰能力。所以这种系统只能适用于副流量较平稳且比值要求不高的场合。

一开环比值控制系统二单闭环比值控制系统三双闭环比值控制系统目录课程内容2.单闭环比值控制系统

单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的不足，在开环比值控制系统的基础上，通过增加一个副流量的闭环控制系统而组成的。

图3单闭环比值控制图4单闭环比值控制系统方块图

它能实现副流量随主流量的变化而变化，还可以克服副流量本身干扰对比值的影响。结构简单，实施方便，尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合。虽然能保持两物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，当主流量变化时，总的物料量就会跟着变化。一开环比值控制系统二单闭环比值控制系统三双闭环比值控制系统目录课程内容3.双闭环比值控制系统

它是在单闭环比值控制的基础上，增加了主流量控制回路而构成的。

图5双闭环比值控制图6双闭环比值控制系统方块图

实现了比较精确的流量比值，也确保了两物料总量基本不变。提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器的给定值，就可以提降主流量，同时副流量也就自动跟