1、11/16/2022FC进料进料塔底采出塔底采出12蒸汽蒸汽方案方案2：控制蒸汽流量恒定：控制蒸汽流量恒定TC进料进料塔底采出塔底采出12蒸汽蒸汽方案方案1：控制塔釜温度恒定：控制塔釜温度恒定目标：控制塔釜温度稳定目标：控制塔釜温度稳定方案方案1 1优点：将所有对温度的干扰都概括在控优点：将所有对温度的干扰都概括在控制回路内。制回路内。缺点：当蒸汽压力波动较大时，由于温缺点：当蒸汽压力波动较大时，由于温度对象滞后较大，控制质量不理想。度对象滞后较大，控制质量不理想。方案方案2 2优点：能及时克服蒸汽压力的干扰对温优点：能及时克服蒸汽压力的干扰对温度的影响度的影响缺点：不能克服进料流量、物料温度
2、等缺点：不能克服进料流量、物料温度等其他因素对温度的影响。其他因素对温度的影响。11/16/2022蒸汽蒸汽TC进料进料塔底采出塔底采出12FC方案方案3：串级控制系统：串级控制系统FCTC进料进料塔底采出塔底采出12蒸汽蒸汽希望在塔釜温度不变时蒸汽流量能保希望在塔釜温度不变时蒸汽流量能保持设定持设定值，而当塔釜温度在外来干扰值，而当塔釜温度在外来干扰的作用下偏离给定值时，又要求蒸汽的作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，使塔釜温度保流量能作相应的变化，使塔釜温度保持在设定值上。持在设定值上。11/16/2022流量控流量控制器制器TC2执行器执行器 流量对象流量对象温度温度T设定
3、值设定值干扰干扰f1精馏塔控制系统方块图精馏塔控制系统方块图温度对象温度对象温度控温度控制器制器TC1+干扰干扰f2测量、变送测量、变送y1测量、变送测量、变送y2F副控副控制器制器执行器执行器 副对象副对象主变量主变量设定值设定值主干扰主干扰串级控制系统方块图串级控制系统方块图主对象主对象主控主控制器制器+副干扰副干扰主测量、变送主测量、变送副测量、变送副测量、变送副变量副变量副回路副回路主回路主回路常用的名词常用的名词主变量主变量副变量副变量主对象主对象副对象副对象主控制器主控制器副控制器副控制器主回路主回路 副回路副回路11/16/2022在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不仅
4、能迅速克服作在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服。用于副回路的干扰，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服。副副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。因因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。发挥了控制作
5、用，大大提高了控制质量。干扰作用于副对象干扰作用于副对象 由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干扰进入副回路时，可由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干扰进入副回路时，可以获得比单回路控制系统超前的控制作用，有效地克服蒸汽压力变化对以获得比单回路控制系统超前的控制作用，有效地克服蒸汽压力变化对塔釜温度的影响塔釜温度的影响 干扰作用于主对象干扰作用于主对象 由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到稳定主变量由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到稳定主变量的目的。的目的。11/16/2022(1)(1)从从系统结构系统结构来看，串级控制系统有主、副两个闭合回路；有主、
6、副来看，串级控制系统有主、副两个闭合回路；有主、副两个控制器；有分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。两个控制器；有分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。在串级控制系统中，在串级控制系统中，主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统。系统。(2)(2)在串级控制系统中，有两主、副两个变量。主变量是反映产品质量在串级控制系统中，有两主、副两个变量。主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。控制的目的在于使这一变量等于工或生产过程运行情况的主要工艺变量。控制的目的在于使这一变量等于工艺规定的给定值。艺规定的给定值。(3)(3)从系统特性来看
7、，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象的从系统特性来看，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象的特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。高了控制质量。适用范围：当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而且频繁、负荷变适用范围：当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而且频繁、负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，可采用串级控制系统。化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，可采用串级控制系统。11/16/2022主变量的选择主变量的选择 与单回路控制时被控变量的选择原则是一样的
8、，能直接或间接地表与单回路控制时被控变量的选择原则是一样的，能直接或间接地表征生产过程质量的参数都可以作为控制系统的被控变量。征生产过程质量的参数都可以作为控制系统的被控变量。副变量的选择副变量的选择 副变量的变化应在很大程度上影响主变量的变化副变量的变化应在很大程度上影响主变量的变化 副回路应将生产过程中的主要干扰包围在内副回路应将生产过程中的主要干扰包围在内 在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰 副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防发生副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防发生“共共振振”。当对象具有较大的纯滞后而影
9、响控制质量时，在选择副变量时应使副当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。11/16/2022 串级控制系统的串级控制系统的目的目的是为了高精度地稳定主变量。是为了高精度地稳定主变量。主变量是生产工艺的主要控制指标，它直接关系到产品的质量或生产主变量是生产工艺的主要控制指标，它直接关系到产品的质量或生产的正常，工艺上对它的要求比较严格。一般来说，主变量不允许有余差的正常，工艺上对它的要求比较严格。一般来说，主变量不允许有余差。所以，主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无余。所以，主控制器通常都
10、选用比例积分控制规律，以实现主变量的无余差控制。差控制。在串级控制系统中，稳定副变量并不是目的，设置副变量的目的就在于在串级控制系统中，稳定副变量并不是目的，设置副变量的目的就在于保证和提高主变量的控制质量。保证和提高主变量的控制质量。副变量的给定值是随主控制器输出变化而变化的。所以，在控制过程中副变量的给定值是随主控制器输出变化而变化的。所以，在控制过程中，对副变量的要求一般都不很严格，允许它有波动。因此，副控制器一，对副变量的要求一般都不很严格，允许它有波动。因此，副控制器一般采用比例控制规律。般采用比例控制规律。11/16/2022 选择副回路控制器的正反作用选择副回路控制器的正反作用与
11、简单控制系统中控制器与简单控制系统中控制器“正正”、“反反”作用的选择方式相同，先判断作用的选择方式相同，先判断副对象的正反作用，然后根据工艺安全等要求，选定执行器的副对象的正反作用，然后根据工艺安全等要求，选定执行器的“正正”、“反反”作用方式，并按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确作用方式，并按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定副回路控制器的正反作用。定副回路控制器的正反作用。选择主回路控制器的正反作用选择主回路控制器的正反作用确定原则：确定原则：当主、副变量在增加当主、副变量在增加(或减或减小小)时，如果由工艺分析得出，为使主时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小、
12、副变量减小(或增加或增加)，要求控制阀的，要求控制阀的动作方向是一致的，主控制器应选动作方向是一致的，主控制器应选“反反”作用，反之，则应选作用，反之，则应选“正正”作用。作用。物料进物料进 物料出物料出 冷却器流量温度串级控制系统冷却器流量温度串级控制系统 11/16/2022 两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器(1)在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用的条件下，将主控制器的在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用的条件下，将主控制器的比例度先固定在比例度先固定在100的刻度上，然后逐渐减小副控制器的比例度，求取的刻度上，然后逐渐减小副控制器
13、的比例度，求取副回路在满足某种衰减比副回路在满足某种衰减比(如如4：1)过渡过程下的副控制器比例度过渡过程下的副控制器比例度2S和操作和操作周期周期2S。(2)在副控制器比例度等于在副控制器比例度等于2S，的条件下，逐步减小主控制器的比例度，的条件下，逐步减小主控制器的比例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度1S。和操和操作周期作周期1S。(3)根据上面得到的根据上面得到的1S、1S、2S、2S按表按表7-2(或表或表7-3)的规定关系计算的规定关系计算主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。主、副控制器的比例度
14、、积分时间和微分时间。(4)按按“先副后主先副后主”、“先比例次积分后微分先比例次积分后微分”的整定方法，将计算出的的整定方法，将计算出的控制器参数加到控制器上。控制器参数加到控制器上。(5)观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。11/16/2022 一步整定法：即根据经验先将副控制器一次放好，不再变动，然后按一步整定法：即根据经验先将副控制器一次放好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。一般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。采用一步整定法副控制器参数选择范围采用一步整定法副控制器参数选择范围副
15、变量类型副变量类型副控制器比例度副控制器比例度2副控制器比例放大倍数副控制器比例放大倍数KP2温度温度20605.01.7压力压力30703.01.4流量流量40802.51.25液位液位20805.01.25一步整定法的整定步骤如下。一步整定法的整定步骤如下。(1)(1)在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照上表所列的数据，将在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照上表所列的数据，将副控制器比例度调到某一适当的数值。副控制器比例度调到某一适当的数值。(2)(2)利用简单控制系中任一种参数整定方法整定主控制器的参数。利用简单控制系中任一种参数整定方法整定主控制器的参数。(3)(3)如果出
16、现如果出现“共振共振”现象，可加大主控制器或减小副控制器的参数整定现象，可加大主控制器或减小副控制器的参数整定值，一般即能消除。值，一般即能消除。11/16/2022连续精馏的多塔分离过程连续精馏的多塔分离过程 对甲塔来说，塔釜液位是一个重要的工艺对甲塔来说，塔釜液位是一个重要的工艺参数，必须保持在一定范围之内，为此配备参数，必须保持在一定范围之内，为此配备了液位控制系统；了液位控制系统；对乙塔来说，从自身平稳操作的要求出发，对乙塔来说，从自身平稳操作的要求出发，希望进料量稳定，所以设置了流量控制系统；希望进料量稳定，所以设置了流量控制系统；这样，甲、乙两塔间的供求关系就出现了这样，甲、乙两塔
17、间的供求关系就出现了矛盾。矛盾。为解决这一前后工序供求矛盾，希望设计为解决这一前后工序供求矛盾，希望设计一种控制系统使液位与流量同时平稳；一种控制系统使液位与流量同时平稳；同时同时“均匀均匀”地变化。地变化。11/16/20221、表征前后供求矛盾的两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的、表征前后供求矛盾的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、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。1液位变化曲线液位变化曲线 2流量变化曲线流量变化曲线11/16/2022不同于常规的定值控制系统，而对被控变量不同于常规的定值
18、控制系统，而对被控变量(CV)CV)与控制变量与控制变量(MV)MV)都有都有平稳平稳的要求；的要求；为解决为解决CVCV与与MVMV都希望平稳这一对矛盾，只能要求都希望平稳这一对矛盾，只能要求CVCV与与MVMV都都渐变渐变。均匀控制通常要求在最大干扰下，均匀控制通常要求在最大干扰下，CVCV在上下限内波动，而在上下限内波动，而MVMV应应在一定范围内平缓渐变。在一定范围内平缓渐变。均匀控制指的是均匀控制指的是控制功能控制功能，而不是控制方案。因为就系统的结，而不是控制方案。因为就系统的结构来看，有时象简单控制系统，有时象串级控制系统。所以要构来看，有时象简单控制系统，有时象串级控制系统。所
19、以要识别控制方案是否起均匀控制作用，应从识别控制方案是否起均匀控制作用，应从控制的目的控制的目的进行确定。进行确定。11/16/2022LC塔甲塔乙单回路均匀控制系统LCh(t)qo(t)塔甲FC塔乙串级均匀控制系统11/16/2022通过控制器通过控制器参数参数的设置，而不是改变控制系统的结构，来实现的设置，而不是改变控制系统的结构，来实现前后两个变量间的相互协调的。前后两个变量间的相互协调的。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。在允许的范围内作缓慢的变化。控制器参数一般都采用纯比例作用，且控
20、制器比例度放的很大，控制器参数一般都采用纯比例作用，且控制器比例度放的很大，以使输出变化缓慢，只是在要求较高时，为了防止偏差超过允以使输出变化缓慢，只是在要求较高时，为了防止偏差超过允许范围，才引入适当的积分作用。许范围，才引入适当的积分作用。11/16/2022比值控制的目的是为了实现几种物料按一定比例混合，使生产比值控制的目的是为了实现几种物料按一定比例混合，使生产能安全、正常的进行。实现两个或两个以上参数符合一定比例能安全、正常的进行。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为关系的控制系统，称为比值控制系统比值控制系统。通常为流量比值控制。通常为流量比值控制。在需要保持比值
21、关系的两种物料中，必有一种物料处于主导地在需要保持比值关系的两种物料中，必有一种物料处于主导地位，成为主物料、主动量、位，成为主物料、主动量、主流量主流量，用，用Q1Q1表示；而另一种物料表示；而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料、从动量、从物料、从动量、副流量副流量，用，用Q2Q2表示；表示；副流量副流量Q Q2 2与主流量与主流量Q Q1 1的比值关系为的比值关系为 Q Q2 2KQKQ1 1 式中式中K K为副流量与主流量的流量比值系数。为副流量与主流量的流量比值系数。11/16/2022控制器控制
22、器执行器执行器对象对象测量、变送测量、变送给定给定Q2Q1开环比值控制系统方块图开环比值控制系统方块图 主、副流量均开环；主、副流量均开环；由于系统开环，该方案对副流量由于系统开环，该方案对副流量Q2Q2无克服干扰的能力，只适用无克服干扰的能力，只适用于副流量较平稳且比值要求不高的场合。于副流量较平稳且比值要求不高的场合。11/16/2022控制器控制器F2C执行器执行器对象对象副测量、变送副测量、变送控制器控制器F1C给定给定主测量、变送主测量、变送Q1Q2单闭环比值控制系统方块图单闭环比值控制系统方块图 副流量闭环控制副流量闭环控制主流量开环控制主流量开环控制适用于主物料在工艺上不允许适用
23、于主物料在工艺上不允许进行控制的场合进行控制的场合 11/16/2022给定给定K对象对象主流量控制器主流量控制器执行器执行器主测量、变送主测量、变送对象对象副流量控制器副流量控制器执行器执行器副测量、变送副测量、变送Q1Q2双闭环比值控制系统方块图双闭环比值控制系统方块图 主、副流量均闭环控制；主、副流量均闭环控制；该系统既实现了比较精确的流量比值控制，又确保了两物料总该系统既实现了比较精确的流量比值控制，又确保了两物料总量的基本不变量的基本不变主要适用于主流量干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或主要适用于主流量干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或工艺工艺 上经常需要提降负荷的场合。上经
24、常需要提降负荷的场合。11/16/2022Q2Q1喷射泵喷射泵 触媒层触媒层 变换炉变换炉 蒸汽蒸汽 煤气煤气 要求主、副流量的比值能跟随要求主、副流量的比值能跟随第三变量的需要而加以调整；第三变量的需要而加以调整；存在问题：存在问题：Q2Q2回路存在非线性，回路存在非线性，Q1Q1流量减少时，回路增益增大，流量减少时，回路增益增大，有可能使系统不稳定，并可能有可能使系统不稳定，并可能出现出现“除零除零”运算。运算。比值控制器比值控制器执行器执行器副流量对副流量对象象Q2测量、变送测量、变送温度控制器温度控制器给定给定主测量、变送主测量、变送Q1测量、变送测量、变送除法器除法器主对象主对象（变
25、换炉）（变换炉）Q1Q2变比值控制系统方块图变比值控制系统方块图K=Q2/Q1 11/16/2022给定给定对象对象控制器控制器控制阀控制阀A控制阀控制阀B测量、变送测量、变送分程控制系统方块图分程控制系统方块图 分程控制系统中，一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上分程控制系统中，一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上的控制阀；的控制阀；分程控制系统中控制器按输出信号的不同区间去控制不同的阀门；分程控制系统中控制器按输出信号的不同区间去控制不同的阀门；分段一般是由附设在控制阀上的阀门定位器来实现。分段一般是由附设在控制阀上的阀门定位器来实现。11/16/2022A阀阀A阀阀A阀阀
26、A阀阀B阀阀B阀阀B阀阀B阀阀两阀同向动作两阀同向动作两阀异向动作两阀异向动作(a)(a)(b)(b)阀门开度阀门开度100阀门开度阀门开度100阀门开度阀门开度100阀门开度阀门开度100阀压阀压kPa阀压阀压kPa阀压阀压kPa阀压阀压kPa11/16/20224Mpa中压蒸汽中压蒸汽给水给水10Mpa中压蒸汽中压蒸汽汽包汽包蒸汽减压系统分程控制系统蒸汽减压系统分程控制系统控制阀的可调比控制阀的可调比 R RQ Qmaxmax/Q Qminmin由于由于口径固定口径固定，采用同一个控制阀，能够，采用同一个控制阀，能够控制的最大流量和最小流量不可能相差太控制的最大流量和最小流量不可能相差太大
27、，满足不了生产上流量大范围变化的要大，满足不了生产上流量大范围变化的要求，在这种情况下可采用两个控制阀并联求，在这种情况下可采用两个控制阀并联的分程控制方案。的分程控制方案。A阀阀B阀阀A阀阀小口径小口径 B阀大口径阀大口径11/16/2022蒸汽蒸汽反应器分程控制系统反应器分程控制系统冷水冷水C回回水水A阀阀B阀阀A阀气关，阀气关，B阀气开，阀气开，TCTC反作用反作用对于间歇式化学反应器，既要考虑反应前对于间歇式化学反应器，既要考虑反应前的加热问题，又需要考虑过程中移走热量的加热问题，又需要考虑过程中移走热量的问题的问题为此可采用分程控制系统，在该系统中，为此可采用分程控制系统，在该系统中
28、，利用利用A A、B B两台控制阀，分别控制冷水与蒸两台控制阀，分别控制冷水与蒸汽两种不同介质，以满足工艺上需要汽两种不同介质，以满足工艺上需要冷却冷却和和加热加热的不同需要的不同需要工作原理：工作原理：反应前升温阶段反应前升温阶段温度测量值小于给定温度测量值小于给定值，控制器值，控制器TCTC输出较大，输出较大，A A阀将关闭，阀将关闭，B B阀阀被打开，蒸汽通入加热反应物；被打开，蒸汽通入加热反应物；反应物开始放热反应物开始放热控制器输出逐渐减小控制器输出逐渐减小，A A阀将打开，阀将打开，B B阀关闭，冷水通入冷却反阀关闭，冷水通入冷却反应物，维持反应温度不变；应物，维持反应温度不变；1
29、1/16/2022“反反”储罐氮封分程控制方案储罐氮封分程控制方案A阀阀B阀阀阀门开度阀门开度100阀压阀压kPa化工厂的贮油罐需要进行氮封，以使油品与化工厂的贮油罐需要进行氮封，以使油品与空气隔绝。空气隔绝。一个问题就是贮罐中物料量的增减会导致氮一个问题就是贮罐中物料量的增减会导致氮封压力的变化。为了维持罐压平衡，需要在封压力的变化。为了维持罐压平衡，需要在物料被抽取时加氮补压，而在物料进料时排物料被抽取时加氮补压，而在物料进料时排气减压。气减压。贮压升高时，测量值将大于给定值，压力控贮压升高时，测量值将大于给定值，压力控制器制器PCPC的输出将下降，的输出将下降，A A阀关闭，阀关闭，B
30、B阀打开，阀打开，排气减压排气减压贮压降低时，测量值小于给定值时，控制器贮压降低时，测量值小于给定值时，控制器输出将变大，输出将变大，A A阀打开，阀打开，B B阀关闭，补氮增阀关闭，补氮增压。压。A阀气关，阀气关，B阀气开，阀气开，PCPC反作用反作用11/16/2022(1)(1)控制阀流量特性要正确选择。因为在两阀分程点上，控制阀的放大控制阀流量特性要正确选择。因为在两阀分程点上，控制阀的放大倍数可能出现突变，表现在特性曲线上产生斜率突变的折点，这在大小控倍数可能出现突变，表现在特性曲线上产生斜率突变的折点，这在大小控制阀并联时尤其重要。如果两控制阀均为线性特性，情况更严重。如果采制阀并
31、联时尤其重要。如果两控制阀均为线性特性，情况更严重。如果采用对数特性控制阀，分程信号重叠一小段，则情况会有所改善。用对数特性控制阀，分程信号重叠一小段，则情况会有所改善。(2)(2)大小阀并联时，大阀的泄漏量不可忽视，否则就不能充分发挥扩大大小阀并联时，大阀的泄漏量不可忽视，否则就不能充分发挥扩大可调范围的作用。当大阀的泄漏量较大时，系统的最小流通能力就不再是可调范围的作用。当大阀的泄漏量较大时，系统的最小流通能力就不再是小阀的最小流通能力了。小阀的最小流通能力了。(3)(3)分程控制系统本质上是简单控制系统，因此控制器的选择和参数整分程控制系统本质上是简单控制系统，因此控制器的选择和参数整定
32、，可参照简单控制系统处理。不过在运行中，如果两个控制通道特性不定，可参照简单控制系统处理。不过在运行中，如果两个控制通道特性不同，就是说广义对象特性是两个，控制器参数不能同时满足两个不同对象同，就是说广义对象特性是两个，控制器参数不能同时满足两个不同对象特性的要求。遇此情况，只好照顾正常情况下的被控对象特性，按正常情特性的要求。遇此情况，只好照顾正常情况下的被控对象特性，按正常情况下整定控制器的参数。对另一台阀的操作要求，只要能在工艺允许的范况下整定控制器的参数。对另一台阀的操作要求，只要能在工艺允许的范围内即可。围内即可。11/16/2022测量、变送测量、变送设定值设定值控制器控制器执行器
33、执行器干扰干扰对象对象干扰干扰对象对象测量、变送测量、变送执行器执行器控制器控制器反馈控制系统反馈控制系统前馈控制系统前馈控制系统反馈控制方案反馈控制方案TC蒸汽凝液工艺介质cp,RF,T1T2HV,RV蒸汽凝液工艺介质cp,RF,T1T2HV,RVFFRF前馈控制方案前馈控制方案11/16/2022D1Dn前馈控制器对象uyD D1 1，D Dn n为可测扰动；为可测扰动；u u，y y分别为分别为被控对象的操作变量与受控变量。被控对象的操作变量与受控变量。前馈思想：在扰动还未影响输出以前，前馈思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少直接改变操作变量，以使输出不受或少
34、受外部扰动的影响。受外部扰动的影响。GYD(s)d(t)GFF(s)GYC(s)y(t)u(t)控制目标：控制目标：0)()()()()(sGsGsGsDsYYCFFYDd d (t t)、u u (t t)、y y (t t)分分别别表示工艺介质流量（外表示工艺介质流量（外部干扰）、蒸汽流量（控部干扰）、蒸汽流量（控制变量）与工艺介质的出制变量）与工艺介质的出口温度（被控变量）；口温度（被控变量）；G GFFFF(s s)为前馈控制器的动为前馈控制器的动态特性；态特性；G GYDYD(s s)、G GYCYC(s s)分分别为干扰通道与控制通道别为干扰通道与控制通道的的动态特性。的的动态特性
35、。11/16/2022 前馈控制比反馈控制前馈控制比反馈控制及时及时，并且不受系统滞后大小的限制。，并且不受系统滞后大小的限制。前馈控制属于前馈控制属于开环开环控制控制 前馈控制规律与对象特性密切相关前馈控制规律与对象特性密切相关 一种前馈作用只能克服一种干扰一种前馈作用只能克服一种干扰 11/16/2022蒸汽蒸汽Q2冷物料冷物料Q1T1T2给定值给定值换热器换热器静态前馈控制方案静态前馈控制方案根据热量平衡原理，近似的平衡关系是根据热量平衡原理，近似的平衡关系是蒸汽冷凝放出的热量等于进料流体获得蒸汽冷凝放出的热量等于进料流体获得的热量。的热量。2121pQ LQ cTT式中式中 蒸汽冷凝热
36、；蒸汽冷凝热；被加热物料的比热容；被加热物料的比热容；进料流量；进料流量；蒸汽流量。蒸汽流量。Lpc1Q2Q21211pfcTTQQKQL当进料流量当进料流量Q Q1 1变化后，为使出口温度为变化后，为使出口温度为T T2 2保持不变，应增加的蒸汽量为保持不变，应增加的蒸汽量为:11/16/2022蒸汽蒸汽Q2冷物料冷物料Q1T1T2给定值给定值换热器换热器动态前馈控制方案动态前馈控制方案补偿器补偿器在静态前馈控制的基础上，加上延迟环在静态前馈控制的基础上，加上延迟环节或微分环节，以达到对干扰作用的近节或微分环节，以达到对干扰作用的近似补偿。似补偿。相对于干扰通道而言，控制通道反应快的给它加强
37、延迟作用，反应慢相对于干扰通道而言，控制通道反应快的给它加强延迟作用，反应慢的给它加强微分作用。根据两通道的特性适当调整、的数值，使两通的给它加强微分作用。根据两通道的特性适当调整、的数值，使两通道反应合拍便可以实现动态补偿，消除动态偏差。道反应合拍便可以实现动态补偿，消除动态偏差。11/16/2022给定给定前馈反馈控制系统方块图前馈反馈控制系统方块图反馈控制器反馈控制器执行器执行器对象对象测量、变送测量、变送前馈控制器前馈控制器测量、变送测量、变送干扰干扰蒸汽蒸汽进料进料出料出料换热器前馈反馈控制系统换热器前馈反馈控制系统用用“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”
38、来克服其他干扰来克服其他干扰11/16/2022 干扰幅值大而频繁干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要求的对象。求的对象。主要干扰是可测而不可控的变量主要干扰是可测而不可控的变量。所谓可测，是指干扰量可以用检测。所谓可测，是指干扰量可以用检测变送装置将其在线转化为标准的电信号。所谓不可控，主要是指这些干变送装置将其在线转化为标准的电信号。所谓不可控，主要是指这些干扰难以通过设置单独的控制系统进行控制，这类干扰在连续生产过程中扰难以通过设置单独的控制系统进行控制，这类干扰在连续生产过程中是经常遇到的，其中也包括一些虽能控制但生产
39、上不允许控制的变量，是经常遇到的，其中也包括一些虽能控制但生产上不允许控制的变量，例负荷量等。例负荷量等。当当对象的控制通道滞后大对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈或前馈前馈或前馈反馈控制系统，提高控制质量。反馈控制系统，提高控制质量。11/16/2022 单冲量控制系统单冲量控制系统给水给水汽包汽包蒸汽蒸汽虚假水位造成的错误信号将带来一定的危险，为了克服这种由于虚假水位造成的错误信号将带来一定的危险，为了克服这种由于“虚虚假液位假液位”而引起的控制系统的误动作，引入了双冲量控制系统。而引起的控制系统的误动作，引入了双冲量控制系
40、统。在锅炉的正常运行中，汽包水位是重要的操作在锅炉的正常运行中，汽包水位是重要的操作指标，给水控制系统的作用就是自动控制锅炉指标，给水控制系统的作用就是自动控制锅炉的给水量，使其适应蒸发量的变化，维持汽包的给水量，使其适应蒸发量的变化，维持汽包水位在允许的范围内。水位在允许的范围内。左图控制系统属于简单的单回路控制系统，根左图控制系统属于简单的单回路控制系统，根据汽包液位的信号来控制给水量据汽包液位的信号来控制给水量 被控变量被控变量汽包水位汽包水位 控制变量控制变量给水量给水量存在问题：不能适应蒸汽负荷的剧烈变化。即当蒸汽负荷突然增加，汽包存在问题：不能适应蒸汽负荷的剧烈变化。即当蒸汽负荷突
41、然增加，汽包内蒸汽压力瞬间下降，汽包内沸腾加剧，随着汽泡的迅速增多，汽包水位内蒸汽压力瞬间下降，汽包内沸腾加剧，随着汽泡的迅速增多，汽包水位显示偏高，形成了虚假水位上升现象，称为显示偏高，形成了虚假水位上升现象，称为“虚假液位虚假液位”。11/16/2022双冲量控制系统双冲量控制系统汽包汽包蒸汽蒸汽给水给水给定给定双冲量控制系统方块图双冲量控制系统方块图液位控制器液位控制器执行器执行器汽包对象汽包对象测量、变送测量、变送测量、变送测量、变送干扰干扰 双冲量是指液位信号和蒸汽流量信号。双冲量是指液位信号和蒸汽流量信号。实际上是一个实际上是一个前馈前馈-反馈控制系统反馈控制系统。当蒸汽。当蒸汽负
42、荷的变化引起液位大幅度波动时，蒸汽流负荷的变化引起液位大幅度波动时，蒸汽流量信号的引入起着超前的控制作用量信号的引入起着超前的控制作用(即前馈作即前馈作用用)，它可以在液位还未出现波动时提前使控，它可以在液位还未出现波动时提前使控制阀动作，从而减少因蒸汽负荷量的变化而制阀动作，从而减少因蒸汽负荷量的变化而引起的液位波动，从而改善控制品质。引起的液位波动，从而改善控制品质。11/16/2022给定给定三冲量控制系统方块图三冲量控制系统方块图液位控制器液位控制器执行器执行器测量、变送测量、变送测量、变送测量、变送汽包对象汽包对象蒸汽流量蒸汽流量流量控制器流量控制器测量、变送测量、变送流量对象流量对
43、象11/16/2022影响锅炉汽包液位的因素还包括供水压力的变化。当供水压力变化时，影响锅炉汽包液位的因素还包括供水压力的变化。当供水压力变化时，会引起供水流量变化，进而引起汽包液位的变化。双冲量控制系统对这会引起供水流量变化，进而引起汽包液位的变化。双冲量控制系统对这种干扰的克服是比较迟缓的。它要等到汽包液位变化以后再由液位控制种干扰的克服是比较迟缓的。它要等到汽包液位变化以后再由液位控制器来调整，使进水阀开大或关小。所以，器来调整，使进水阀开大或关小。所以，当供水压力扰动比较频繁时当供水压力扰动比较频繁时，双冲量液位控制系统的控制质量较差，这时可采用三冲量液位控制系统。双冲量液位控制系统的
44、控制质量较差，这时可采用三冲量液位控制系统。实际上是一个实际上是一个前馈前馈串级控制系统串级控制系统。汽包液位是被控变量，也是串级控制系统中的主变量，是工艺的主要控汽包液位是被控变量，也是串级控制系统中的主变量，是工艺的主要控制指标；制指标；给水流量是串级控制系统中的副变量，引入这一变量的目的是为了利用给水流量是串级控制系统中的副变量，引入这一变量的目的是为了利用副回路克服干扰的快速性来及时克服给水压力变化对汽包液位的影响；副回路克服干扰的快速性来及时克服给水压力变化对汽包液位的影响；蒸汽流量是作为前馈信号引入的，其目的是为了及时克服蒸汽负荷变化蒸汽流量是作为前馈信号引入的，其目的是为了及时克服蒸汽负荷变化对汽包液位的影响。对汽包液位的影响。11/16/2022
