第5章-复杂过程控制系统

１.了解串级控制系统的组成和结构特点，掌握其设计原则和参数整定方法。２.了解前馈控制系统。３.了解其他复杂控制系统。４.理解均匀控制系统的概念和特点，掌握其控制规律选择和参数整定原则和方法。５.能进行比值控制系统比值系数的计算、方案设计和参数整定。学习目标第5章复杂过程控制系统§５—１串级控制系统一、串级控制系统的引入第5章复杂过程控制系统二、串级控制系统的组成第5章复杂过程控制系统第5章复杂过程控制系统三、串级控制系统副回路的性质第5章复杂过程控制系统四、串级控制系统的工作原理１.干扰作用于副对象２.干扰作用于主对象３.干扰同时作用于主、副对象(１)受干扰作用影响，主、副对象的变化方向相同(２)受干扰作用影响，主、副对象变化方向相反第5章复杂过程控制系统五、串级控制系统的设计１.主、副变量选择的原则(１)副参数的选择应使副回路的时间常数小，调节通道短，反应灵敏。(２)副回路应包含被控对象所受到的主要干扰。２.主、副控制器控制规律的选择(１)主控制器(２)副控制器３.主、副控制器正反作用的选择控制器正反作用选择的顺序应该是先副后主。当主对象为正作用单元时，主控制器应选反作用，反之亦然，主控制器的正反作用与控制阀的正反作用无关。第5章复杂过程控制系统六、串级控制系统的整定１.逐步逼近法逐步逼近法就是在主回路断开的情况下，求取副控制器的整定参数，然后将副控制器的参数设置在求取的数值上，使串级控制系统主回路闭合求取主控制器的整定参数，再将控制器的参数设置在所求的数值上，进行整定，求出第二次副控制器的整定参数值。２.两步法两步整定法是一种先整定副环，后整定主环的方法。３.一步法根据经验先将副控制器参数设定好，然后按照一般单回路系统的整定方法直接整定主控制器参数。第5章复杂过程控制系统§５—２比值控制系统一、比值控制基本概念把两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例的控制系统，称为比值控制系统。第5章复杂过程控制系统二、比值控制方案１.定比值控制系统(１)开环比值控制系统第5章复杂过程控制系统(２)单闭环比值控制系统第5章复杂过程控制系统(３)双闭环比值控制系统第5章复杂过程控制系统２.变比值控制系统第5章复杂过程控制系统三、比值系数的计算１.流量与测量信号之间呈线性关系第5章复杂过程控制系统２.流量与测量信号之间呈非线性关系第5章复杂过程控制系统四、比值控制方案的设计１.主、副物料流量的确定在设计比值控制系统时，需要先确定主、副物料流量。２.控制方案的选择在具体选用时应分析各种方案的特点，根据不同的生产工艺情况、负荷变化、扰动性质、控制要求等选择合适的比值控制方案。３.控制器控制规律的确定由不同的控制方案和控制要求而定的。４.流量计、变送器及其量程的选择各种流量计都是有一定的使用范围的（一般正常流量选在满量程的70%左右）。第5章复杂过程控制系统五、比值控制系统的参数整定整定的步骤:(１)进行比值系数计算及现场整定。(２)积分时间置于最大，由大到小调整比例度，直到找到系统处于振荡与不振荡的临界过程为止。(３)适当放宽比例度，一般放宽20%左右，然后把积分时间慢慢减少，直到找到系统处于振荡与不振荡的临界过程或微振荡的过程为止。第5章复杂过程控制系统§５—３均匀控制系统一、均匀控制基本概念指其所具有的能使被控变量与操纵变量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功能。第5章复杂过程控制系统二、均匀控制系统的结构形式１.简单均匀控制２.串级均匀控制第5章复杂过程控制系统３.双冲量均匀控制第5章复杂过程控制系统三、均匀控制系统的特点１.结构上无特殊性２.参数应缓慢地变化３.参数应限定在允许范围内变化第5章复杂过程控制系统四、均匀控制系统控制规律的选择简单均匀系统的控制器及串级均匀系统的主控制器一般采用纯比例作用，有时也可采用比例积分控制。串级均匀的副控制器一般用纯比例作用，如果为了照顾流量副参数，使其变化更稳定，也可选用比例积分控制规律。双冲量均匀控制器一般应采用比例积分控制规律。第5章复杂过程控制系统五、均匀控制系统的参数整定１.整定原则(１)以保证液位不超过允许的波动范围为前提，先设置好控制器参数。(２)修正控制器参数，使液位在最大允许的范围内波动，输出流量尽量的平稳。(３)根据工艺对流量和液位两个参数的要求，适当调整控制器的参数。２.方法步骤(１)纯比例控制１)先将比例度放置在估计液位不会越限的数值。第5章复杂过程控制系统２)观察记录曲线，若液位的最大波动小于允许范围，则可增加比例度，比例度的增加必将使液位质量降低，而使流量过程曲线变好。３)如发现液位将超过允许的波动范围，则应减小比例度。４)反复调整比例度，直到液位、流量的曲线都满足工艺提出的均匀要求为止。(２)比例积分控制１)按纯比例控制进行整定，得到合适的比例度。２)在适当加大比例度值后，加入积分作用，逐步减小积分时间，直到流量曲线将要出现缓慢的周期性衰减振荡过程为止，而液位又恢复到设定值的趋势。３)根据工艺要求调整参数，直到液位、流量的曲线都符合要求为止。第5章复杂过程控制系统§５—４分程控制系统一、分程控制基本概念第5章复杂过程控制系统第5章复杂过程控制系统二、分程控制实施中分程信号的确定在分程控制中，控制器输出信号分段是由生产工艺要求决定的。控制器输出信号需要分成几个区段，哪一区段信号控制哪一个控制阀工作，完全取决于工艺要求。第5章复杂过程控制系统三、分程控制实施中分程控制阀特性的选择１.控制阀类型的选择２.控制阀流量特性的选择３.控制阀的泄漏量第5章复杂过程控制系统四、分程控制中控制回路分析第5章复杂过程控制系统第5章复杂过程控制系统§５—５前馈控制系统一、前馈控制基本概念所谓不变性原理就是指控制系统的被控变量和扰动量绝对无关或在一定准确度下无关，也就是被控变量完全或基本独立。(１)绝对不变性(２)误差不变性(３)稳态不变性(４)选择不变性第5章复杂过程控制系统基于不变性原理实现的控制系统称为前馈控制系统，它具有以下特点：(１)前馈控制系统是开环控制系统(２)前馈控制系统按照扰动作用的大小进行控制(３)前馈控制系统需要专用的控制器进行控制(４)前馈控制系统理论上可以实现无差控制第5章复杂过程控制系统二、典型前馈控制系统第5章复杂过程控制系统三、静态前馈控制所谓静态前馈，就是不考虑干扰作用后被控变量的过渡过程，只保证在稳态下的补偿作用。第5章复杂过程控制系统四、动态前馈控制所谓动态前馈控制，是指通过选择合适的前馈控制作用，使干扰经过前馈控制器至被控变量通道的动态特性完全复制对象干扰通道的动态特性，并使它们的符号相反，便可达到控制的作用，完全补偿干扰对被控变量的影响，从而使系统不仅保证了静态偏差等于或接近于零，而且也保证了动态偏差等于或接近于零。第5章复杂过程控制系统五、前馈—反馈控制第5章复杂过程控制系统六、多冲量前馈控制１.双冲量控制系统第5章复杂过程控制系统２.三冲量控制系统第5章复杂过程控制系统七、前馈控制系统的参数整定１.Ｋｆ的整定(１)开环整定法开环整定是在前馈—反馈系统中将反馈回路断开，使系统处于单纯静态前馈状态下,施加干扰，Ｋｆ值由小逐渐增大，直到被控变量回到给定值。此时对应的Ｋｆ值为最佳整定值。第5章复杂过程控制系统(２)闭环整定法１)前馈—反馈运行状态下的整定。２)反馈运行状态下的整定。第5章复杂过程控制系统２.Ｔ１、Ｔ２的整定前馈控制器动态的整定较静态参数的整定要复杂得多，在事先未经过动态测定求取这两个时间常数时，至今尚无完整的工程整定法和定量计算公式，主要还是经验的或定性的分析，通过在线运行曲线来判断与整定参数Ｔ１、Ｔ２。第5章复杂过程控制系统八、前馈控制系统应用举例１.汽包锅炉中的水位控制第5章复杂过程控制系统２.铜苯塔进料温度控制第5章复杂过程控制系统３.铜液氨冷器出口温度控制第5章复杂过程控制系统§５—６自动选择性控制系统一、选择性控制基本概念选择性控制系统就是把生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系叠加到正常的自动控制系统上去的一种组合控制方法，即在一个过程控制系统中，设有两个控制器（或两个以上的变送器），通过高、低值选择器选出能适应生产安全状况的控制信号，实现对生产过程的自动控制。第5章复杂过程控制系统二、常见选择性控制系统(１)选择器位于控制器的输出端，对控制器输出信号进行选择的系统。第5章复杂过程控制系统(２)选择器位于控制器之前，对变送器输出信号进行选择的系统。第5章复杂过程控制系统１.开关型选择性控制系统第5章复杂过程控制系统２.连续型选择性控制系统第5章复杂过程控制系统３.混合型选择性控制系统第5章复杂过程控制系统三、抗积分饱和第5章复杂过程控制系统四、选择性控制系统的设计一般控制系统的设计流程是：首先，根据生产安全要求，选择控制阀的开、关形式；其次，根据对象的特性和控制的要求，选择控制器的控制规律及正、反作用；最后，根据控制器的正、反作用和选择性控制系统设置的目的，确定选择器的类型。以下通过一个具体例子进行说明。第5章复杂过程控制系统１.选择性控制系统控制阀气开、气关形式的选择２.选择性控制系统控控制规律及其正、反作用方式制器的确定３.选择性控制系统选择器的选型第5章复杂过程控制系统五、选择性控制系统控制参数的整定因为选择性控制系统的两个控制器是轮换工作的，所以控制器的参数整定完全可以按照单回路控制系统的整定方法进行。第5章复杂过程控制系统六、选择性控制系统应用举例１.温度与液位选择性控制系统第5章复杂过程控制系统２.流量与温度选择性控制系统第5章复杂过程控制系统§５—７控制系统的投运控制系统的投运就是把控制系统由手动切换到自动工作状态。这一过程一般是通过控制器上的手动—自动切换开关来实现的。一、准备工作二、手动操作三、自动运行第5章复杂过程控制系统实验１双容（串联）水箱液位定值控制系统实验目的１.通过实验进一步了解双容(串联)水箱液位的特性。２.研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。３.研究P、PI、PD和PID四种调节器对液位系统的控制作用。４.掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。５.能进行双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运。第5章复杂过程控制系统实验原理第5章复杂过程控制系统实验２双容（并联）水箱液位定值控制系统实验目的１.了解双容（并联）水箱液位定值控制系统的结构和组成。２.研究调节器相关参数的改变对系统动、静态性能的影响。３.研究P、PI、PD和PID四种调节器对液位系统的控制作用。４.综合分析多种控制方案的实验效果。５.能进行二阶系统调节器参数的整定与投运。第5章复杂过程控制系统实验原理第5章复杂过程控制系统实验３温度定值控制系统实验目的１.了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。２.研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。３.了解PID参数自整定的方法及其参数整定在整个系统中的重要性。