大学精品课件：制药工程自动化第九讲-复杂控制系统.ppt

1、复杂控制系统复杂控制系统蔡小燕串级控制系统串级控制系统TCTT被加热被加热原料原料燃料燃料出口出口温度温度TmCTmT被加热被加热原料原料燃料燃料出口出口温度温度TsCTsT组成原理组成原理TmCTmT被加热被加热原料原料燃料燃料出口温度出口温度TsCTsTTmTmCTsC调节阀调节阀炉膛炉膛 TsT加热炉出口加热炉出口TmT_出口出口温度温度TsQPTm给定值给定值RsRmZmZsf1f2串级控制系统串级控制系统术语术语主给定值主给定值主调主调节器节器副调副调节器节器调节阀调节阀副对副对象象 副检测副检测 变送变送主对象主对象主检测变主检测变送送_主被控变主被控变量量副被控变副被控变量量调节

2、调节变量变量副给定副给定值值副测量值副测量值f1f2副调节系统或副环副调节系统或副环主测量值主测量值调节过程 1 1干扰作用于副对象干扰作用于副对象 由于副环的出现，使调节作用变得更快、更强。使干扰在进入主环时大大减小。调节过程调节过程如燃料的性燃料的性质发生改变质发生改变TmCTsC调节阀调节阀炉膛炉膛 TsT加热炉出口加热炉出口TmT_出口出口温度温度TsQPTm给定值给定值RsRmZmZsf1f2 2干扰作用于主对象 串级控制也能有效地去克服干扰调节过程调节过程如被加热原料的性质改变TmCTsC调节阀调节阀炉膛炉膛 TsT加热炉出口加热炉出口TmT_出口出口温度温度TsQPTm给定值给定

3、值RsRmZmZsf1f2 3干扰同时作用于主、副对象（1）受干扰作用，主、副变量变化方向相同 由于有副回路的存在，系统能更早、更快、更强地克服干扰由于有副回路的存在，系统能更早、更快、更强地克服干扰。调节过程调节过程TmCTsC调节阀调节阀炉膛炉膛 TsT加热炉出口加热炉出口TmT_出口出口温度温度TsQPTm给定值给定值RsRmZmZsf1f2如燃料压力升高，燃料压力升高，同时同时被加热原料流被加热原料流量下降量下降 3干扰同时作用于主、副对象（2 2）受干扰作用，主、副变量变化方向相反）受干扰作用，主、副变量变化方向相反 主、副变量变化方向相反的情况下，串级系统比较稳定主、副变量变化方向

4、相反的情况下，串级系统比较稳定。调节过程调节过程TmCTsC调节阀调节阀炉膛炉膛 TsT加热炉出口加热炉出口TmT_出口出口温度温度TsQPTm给定值给定值RsRmZmZsf1f2如燃料压力升高，燃料压力升高，同时同时被加热原料被加热原料流量上升流量上升 在串级控制系统中，由于从对象提取出副变量并在串级控制系统中，由于从对象提取出副变量并增加一个副环，整个系统克服干扰的能力更强，增加一个副环，整个系统克服干扰的能力更强，克服干扰的作用更及时，控制性能明显提高克服干扰的作用更及时，控制性能明显提高。调节过程调节过程主给定值主给定值主调主调节器节器副调副调节器节器调节阀调节阀副对副对象象 副检测副

5、检测 变送变送主对象主对象主检测变主检测变送送_主被控变主被控变量量副被控变副被控变量量调节调节变量变量副给定副给定值值副测量值副测量值f1f2副调节系统或副环副调节系统或副环主测量值主测量值 1 1分级控制思想分级控制思想 将一个调节通道较长的对象分为两级将一个调节通道较长的对象分为两级 2 2串级系统结构组成串级系统结构组成 3 3系统工作方式系统工作方式 副环：副环：随动随动；主环：；主环：定值定值 4 4控制性能控制性能 引入副环，系统对于干扰反应更及时，克服干扰引入副环，系统对于干扰反应更及时，克服干扰的速度更快，能有效地克服系统滞后，改善控制的速度更快，能有效地克服系统滞后，改善控

6、制精度和提高控制质量。精度和提高控制质量。串级系统特点串级系统特点 主、副被控变量的选择主、副被控变量的选择串级系统设计串级系统设计主、副被控变量的选择主、副被控变量的选择（1）使主要干扰作用在副对象。）使主要干扰作用在副对象。（2）使副对象包含适当多的干扰。）使副对象包含适当多的干扰。（3 3）主、副对象的时间常数不能太接近，）主、副对象的时间常数不能太接近，通常使副对象的时间常数通常使副对象的时间常数T Ts s明显小于主对象明显小于主对象的时间常数的时间常数T T。主、副被控变量的选择主、副被控变量的选择调节器调节规律的选择调节器调节规律的选择调节器作用方向的选择调节器作用方向的选择 例

7、：调节阀选调节阀选气开阀气开阀调节器作用方向的选择调节器作用方向的选择 主被控变量：副被控变量：主被控对象：副被控对象：调节器作用方向的选择调节器作用方向的选择LC+FC-调节阀调节阀-+FT+LT+_出口出口温度温度TsQPTm给定值给定值RsRmZmZsf1f2正作用正作用反作用反作用4.2 均匀控制均匀控制LCFC在理想状态不能实现的情况下，只有冲突的双方各自降低要求，在理想状态不能实现的情况下，只有冲突的双方各自降低要求，以求共存。均匀控制思想就是在这样的应用背景下提出来的。以求共存。均匀控制思想就是在这样的应用背景下提出来的。4.2 4.2 均匀控制均匀控制 均匀控制均匀控制 均匀控

8、制均匀控制 控制目标控制目标不同：简单控制系统控制目标更严格；不同：简单控制系统控制目标更严格；系统结构系统结构相同：相同：均匀控制均匀控制 均匀控制均匀控制 均匀控制均匀控制 均匀控制均匀控制l杜绝微分作用杜绝微分作用 均匀控制均匀控制 均匀控制均匀控制 均匀控制均匀控制 基本原理、结构和性能分析基本原理、结构和性能分析 比值控制系统比值控制系统是控制是控制两个物料流量比值两个物料流量比值的控制系统。的控制系统。一个物料流量需要跟随另一个物料流量变一个物料流量需要跟随另一个物料流量变化，前者称为化，前者称为从动量从动量，后者称为，后者称为主动量主动量。主动量主动量：主要物料或关键物料流量，是

9、可主要物料或关键物料流量，是可测不可控；测不可控；从动量从动量：可测可控，一般供应有余；可测可控，一般供应有余；4.3 4.3 比值控制比值控制Rate control system FCQ1Q2 4.3 4.3 比值控制比值控制RateRate 调节调节器器调节阀调节阀对象对象 检测检测 变送变送_从变量从变量Q2调节调节变量变量给定给定值值测量值测量值f1主变量主变量Q11.1.开环比值系统开环比值系统 比值控制比值控制RateRate control system2.单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统TCTCF1TF1TF2CF2TF1Y主动量主动量从动量从动量*从动量从动量F2C调节阀调节阀对象对象 F2T_调节调节变量变量给定给定值值测量值测量值F1Y F1T主流量主流量3、双闭环比值系统、双闭环比值系统 比值控制比值控制RateRate control systemF2C调节阀调节阀副对副对象象 F2T_调节调节变量变量给定给定值值测量值测量值F1Y从流量从流量F1C调节阀调节阀主对主对象象 F1T_调节调节变量变量给定给定值值测量值测量值主流量主流量TCTCF1TF1TF2CF2TF1Y主动量主动量从动量从动量*F1C 比值控制比值控制RateRate control system 4、变比值控制系统变比值控制系统