复杂控制系统

复杂控制系统教学要求：掌握串级控制系统的基本概念、特点了解串级控制系统的设计方法、应用场合掌握比值控制系统的基本概念、特点和设计掌握前馈控制的基本概念，几种结构形式、应用场合掌握均匀控制的基本概念和控制方案掌握分程控制的基本概念和应用中的几个问题掌握选择性控制的基本概念，选择性控制的应用，了解积分饱和及其防止重点：串级控制系统的结构特点及应用场合，比值控制系统的三种形式的特点前馈控制的基本概念分程控制的基本概念选择性控制的应用难点：串级控制系统的结构特点，主、副控制器正反作用的选择动态前馈控制控制阀分程动作关系本章着重介绍各种复杂控制系统的组成、特点、工作过程与工程设计原则。§6.1串级控制系统6.1.1串级控制系统的基本概念串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），所以有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。流量对象流量对象设定值控制阀流量控制器干扰测量变送温度控制器温度对象干扰测量变送二、串级控制系统的特点1.改善了对象特征，起了超前控制的作用2.改善了对象动态特性，提高了工作频率3.提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力4.具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化6.1.3串级控制系统的设计设计原则。1.在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。2.选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。3.方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。6.1.4串级控制系统的应用场合1.被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。4.被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。6.1.51.主、副控制器控制规律的选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。2.主、副控制器正、反作用方式的确定。副控制器作用方式的确定，与简单控制系统相同。主控制器的作用方向只与工艺条件有关。3.串级控制系统控制器参数整定⑴在主回路闭合的情况下，主、副控制器都为纯比例作用，并将主控制器的比例度置于100%，用4：1衰减曲线法整定副控制器，求取副回路4：1衰减过程的副控制器比例度(δ2p)以及操作周期(T2P)。⑵将副控制器的比例度置于所求的数值δ2p上，把副回路作为主回路的一个环节，用同样的方法整定主控制器，求取主回路4：1衰减过程的δ1p和T1P。⑶根据求得的(δ1p)和(T1P)、(δ2p)和(T2P)数值，按经验公式求出主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。⑷按先副后主、先比例后积分再微分的程序，设置主、副控制器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达到最佳为止。6.2比值控制系统6.2.1概述在生产过程中经常需要两种或两种以上的物料以一定的比例进行混合或参加化学反应。在需要保持比例关系的两种物料中，往往其中一种物料处于主导地位，称为主物料或主动量F1，而另一种物料随主物料的变化呈比例的变化，称为从物料或从动量F2。例如在稀硝酸生产例6.1图6-24所示是间歇反应器的温度分程控制系统。当冷水冷水TC蒸汽“B”气开阀“A”气关阀例6.2罐顶氮封分程控制系统。在有些生产过程中，有许多存放各种油品或石油化工产品的贮罐都建在室外，为使这些油品或产品不与空气接触，被氧化变质，或引起爆炸，常采用罐顶充氮气的方法与外界隔绝。采用氮封技术的要求是，要始终保持贮罐内的氮气压呈微量正压。当贮罐内贮存物料量增减时，将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否则将使贮罐变形，甚至破裂，造成浪费或引起燃烧、爆炸危险。因此，当贮罐内液面上升时，应停止继续补充氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，当液面下降时，应停止放出氮气而需补充氮气。为满足工艺这种要求，设计了图6.26所示的分程控制系统。PCPC排空气关阀“B”“A”气开阀N2N21001000.020.060.1“B”“A”0MPa气关阀气开阀阀开度(%)分程控制本