1、第五章第五章 复杂控制系统复杂控制系统一一.串级控制系统串级控制系统2 2均匀控制系统均匀控制系统3 3比值控制系统比值控制系统4 4前馈控制系统前馈控制系统 定义定义:通常复杂控制系统是多变量的通常复杂控制系统是多变量的，具有具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上控两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上控制阀所组成的多个回路的控制系统制阀所组成的多个回路的控制系统，所以又称为所以又称为多回路控制系统。多回路控制系统。常见的复杂控制系统有常见的复杂控制系统有串级、均匀、比值、串级、均匀、比值、分程、三冲量、前馈、选择性分程、三冲量、前馈、选择性等系统等系统。复杂控制系统复杂控制系统 定
2、义定义:通常复杂控制系统是多变量的通常复杂控制系统是多变量的，具具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上控制阀所组成的多个回路的控制系统控制阀所组成的多个回路的控制系统，所以又称所以又称为多回路控制系统。为多回路控制系统。常见的复杂控制系统有常见的复杂控制系统有串级、均匀、比值、串级、均匀、比值、分程、三冲量、前馈、选择性分程、三冲量、前馈、选择性等系统等系统。复杂控制系统复杂控制系统第一节第一节 串级控制系统串级控制系统 一、串级控制系统概述一、串级控制系统概述 目的：目的：可延长炉子寿命可延长炉子寿命，防止炉管烧坏防止炉管烧坏；可保证后面精可保
3、证后面精馏馏分分离的质量。离的质量。串级控制系统串级控制系统1.1.串级控制系统的组成串级控制系统的组成串级控制系统定义串级控制系统定义:由两个测量变送器、两个控制器其中一个由两个测量变送器、两个控制器其中一个控制器的输出是另一个控制器的给定、一个控制阀组成的控制器的输出是另一个控制器的给定、一个控制阀组成的2.2.串级控制系统中常用的名词串级控制系统中常用的名词 主被控变量（主被控变量（YlYl)：是工艺控制指标或与工艺控制指标有直接：是工艺控制指标或与工艺控制指标有直接关系，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。关系，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。副被控变量（副被控变量（Y2Y2）
4、：大多为影响主被控变量的重要参数。：大多为影响主被控变量的重要参数。主控制器主控制器：在系统中起主导作用，按主被控变量和其设定值之：在系统中起主导作用，按主被控变量和其设定值之差进行控制运算，并将其输出作为副控制器给定值。差进行控制运算，并将其输出作为副控制器给定值。副控制器副控制器：在系统中起辅助作用，按所测得的副被控变量和主：在系统中起辅助作用，按所测得的副被控变量和主控输出之差来进行控制运算，其输出直接作用于控制阀的控制器，控输出之差来进行控制运算，其输出直接作用于控制阀的控制器，简称为简称为“副控副控”。主变送器主变送器：测量并转换主被控变量的变送器。：测量并转换主被控变量的变送器。副
5、变送器副变送器：测量并转换副被控变量的变送器。：测量并转换副被控变量的变送器。主对象主对象：大多为工业过程中所要控制的、由主被控：大多为工业过程中所要控制的、由主被控 变量表变量表征其主要特性的生产设备或过程。征其主要特性的生产设备或过程。副对象副对象：大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变：大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程。量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程。副回路副回路:由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的闭环回路闭环回路 ,又称为又称为“副环副环”或或“内环内环”。主回路主回路：由
6、主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象：由主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象所构成的闭环回路，又称为所构成的闭环回路，又称为“主环主环”或或“外环外环”。副回路副回路3.3.串级控制系统的典型的方框图串级控制系统的典型的方框图 4.4.串级控制系统的特点串级控制系统的特点1)1)对于进入副回路的干扰具有较强的抗干扰能力。对于进入副回路的干扰具有较强的抗干扰能力。2)2)改善了对象特性，使控制过程加快，提高了控制质量。改善了对象特性，使控制过程加快，提高了控制质量。3)3)串级控制系统的自适应能力串级控制系统的自适应能力第二节均匀控制系统第二节均匀控制系统一一.均匀控制的目的和特点均
7、匀控制的目的和特点解决矛盾的方解决矛盾的方法，可在两塔法，可在两塔之间设置一个之间设置一个中间贮罐中间贮罐 解决供求之间解决供求之间的矛盾，只有的矛盾，只有冲突的双方各冲突的双方各自降低要求自降低要求 为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使前后供求矛盾的两个变量在一定范围内变化，为此组成的使前后供求矛盾的两个变量在一定范围内变化，为此组成的系统称为均匀控制系统。系统称为均匀控制系统。均匀控制通常是对两个矛盾变量同时兼顾，均匀控制通常是对两个矛盾变量同时兼顾，使两个互相矛盾的变量达到下列要求使两个互相矛盾的变量达到下列要求(特点特点)。
8、(2)(2)前后互相联系又互相矛盾前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的两个变量应保持在所允许的范围内波动。的范围内波动。(1)(1)两个变量在控制过程中都两个变量在控制过程中都应该是变化的应该是变化的,且变化缓慢。且变化缓慢。1.1.简单均匀控制简单均匀控制 如何能够满足均如何能够满足均匀控制的要求呢匀控制的要求呢?是是通过控制器的参数通过控制器的参数整定来实现的。整定来实现的。有时为了克服连续发生的同一方向干扰所造成的有时为了克服连续发生的同一方向干扰所造成的过大偏差，防止液位超出规定范围，则引人积分作过大偏差，防止液位超出规定范围，则引人积分作用，这时比例度一般大于用，这时比例
9、度一般大于100100，积分时间也要放得，积分时间也要放得大一些。大一些。2.2.串级均匀控制串级均匀控制 串级均匀控制系统串级均匀控制系统的主、副控制器一般都的主、副控制器一般都采用纯比例作用的。只采用纯比例作用的。只在要求较高时，为了防在要求较高时，为了防止偏差过大而超过允许止偏差过大而超过允许范围，才引入适当的积范围，才引入适当的积分作用。分作用。串级均匀控制系统之所以能够使两个变量间的关串级均匀控制系统之所以能够使两个变量间的关系得到协调，是通过控制器参数整定来实现的。系得到协调，是通过控制器参数整定来实现的。第三节第三节 比值控制系统比值控制系统 实现两个或两个以上物料符合一定比例关
10、系的控制系统，实现两个或两个以上物料符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统称为比值控制系统 .K=F2/F1K=F2/F1式中式中K K为从动流量与主动流量的工艺流量比值。为从动流量与主动流量的工艺流量比值。F1-F1-主动流量主动流量(其物料处于主导地位既主物料其物料处于主导地位既主物料 )F2-F2-从动流量从动流量(其物料其物料在控制过程中随主物料而变化在控制过程中随主物料而变化)燃料与空气成比例燃料与空气成比例,什么是主动物料什么是主动物料?什么是从动物料什么是从动物料?氢氧化钠浓溶液与水成比例氢氧化钠浓溶液与水成比例,什么是主动物料什么是主动物料?什么是从动什么是从动物料物料?
11、一一.比值控制系统的类型比值控制系统的类型 1.1.开环比值控制系统开环比值控制系统 这种方案的优点这种方案的优点是结构简单，只需是结构简单，只需一台纯比例控制器，一台纯比例控制器，其比例度可以根据其比例度可以根据比值要求来设定。比值要求来设定。缺点是如主物料缺点是如主物料FlFl稳定不变，从物料的流量稳定不变，从物料的流量F2F2将受控制阀将受控制阀前后压差变化影响而改变前后压差变化影响而改变。F1F2FTFCF1F2FTFCFTFC2.2.单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统 此时从动流量控制系统为一个随动控制系统，从而此时从动流量控制系统为一个随动控制系统，从而F2F2跟跟随随F1F1变
12、化，使流量比值变化，使流量比值K K保持不变。保持不变。F1F2FTFCFTFC3.双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统 双闭环比值控制系双闭环比值控制系统的优点是提降负荷比统的优点是提降负荷比较方便，只要缓慢地改较方便，只要缓慢地改变主动流量控制器的给变主动流量控制器的给定值，就可以提降主动定值，就可以提降主动流量，同时从动流量也流量，同时从动流量也就自动跟踪提降，并保就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。持两者比值不变。双闭环比值控制系统主要适用于主流量干扰频繁、上经常需双闭环比值控制系统主要适用于主流量干扰频繁、上经常需要提降负荷的场合。要提降负荷的场合。FY第四节第四节 前馈控制系统前馈
13、控制系统 例如在右图所示的换热器例如在右图所示的换热器出口温度的出口温度的反馈反馈控制中，控控制中，控制信号总是要在干扰已经造制信号总是要在干扰已经造成影响后，被控变量偏离给成影响后，被控变量偏离给定值以后才能产生，控制作定值以后才能产生，控制作用总是不及时的。用总是不及时的。如果已知主要干扰是进口如果已知主要干扰是进口物料流量的变化，为了及时物料流量的变化，为了及时克服此干扰对被控变量的影克服此干扰对被控变量的影响，可以测量进料流量，根响，可以测量进料流量，根据进料流量大小的变化直接据进料流量大小的变化直接去改变加热蒸汽量的大小，去改变加热蒸汽量的大小，这就是所谓的这就是所谓的“前馈前馈”控
14、制。控制。反馈控制反馈控制前馈控制前馈控制 由于前馈控制作用是按干扰进行工作的，而且整个系由于前馈控制作用是按干扰进行工作的，而且整个系统是开环的，因此根据一种干扰设置的前馈控制就只能统是开环的，因此根据一种干扰设置的前馈控制就只能克服这一干扰对被控变量的影响克服这一干扰对被控变量的影响 .前馈与反馈控制的优缺点是相对应的，若把其组合前馈与反馈控制的优缺点是相对应的，若把其组合起来，取长补短，组成起来，取长补短，组成“复合复合”的前馈的前馈反馈控制系统，反馈控制系统，取长补短，使前馈控制用来克服主要干扰，反馈控制用取长补短，使前馈控制用来克服主要干扰，反馈控制用来克服其他的多种干扰，两者协同工作，一定能提高控来克服其他的多种干扰，两者协同工作，一定能提高控制质量制质量.因此，往往用因此，往往用“前馈前馈”来克服主要干扰，再用来克服主要干扰，再用“反反馈馈”来克服其他干扰，组成来克服其他干扰，组成前馈前馈反馈反馈控制系统。控制系统。
