1、内蒙古工业大学电力学院自动化系内蒙古工业大学电力学院自动化系 张计科张计科第四章 复杂控制系统 本章主要内容 系统组成及工作原理 串级控制系统的特点 比值控制4-1 串级控制系统4-2 特殊控制 选择性控制 分程控制 均匀控制 计算机串级控制系统 串级控制系统的设计 串级控制系统的整定方法 串级控制系统的应用 本章主要内容4-3 补偿控制4-4 前馈控制4-5 大迟延过程系统4-1 串级控制T1TT1C燃料燃料T1T2TT2C燃料燃料T2检测变送检测变送设定值设定值控制器控制器控制阀控制阀燃烧室燃烧室烧成带烧成带T1T2设定值设定值设定值设定值2D1D 系统组成及工作原理T1TT1C燃料燃料T
2、1设定值设定值T2TT2CT2检测变送检测变送副控制器副控制器控制阀控制阀燃烧室燃烧室烧成带烧成带T1T22D1D设定值设定值主控制器主控制器检测变送检测变送 采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。4-1 串级控制 系统组成及工作原理副检测变送副检测变送副控制器副控制器控制阀控制阀副对象副对象主对象主对象主变量主变量副变量副变量设定值设定值主控制器主控制器主检测变送主检测变送二次干扰二次干扰一次干扰一次干扰主回路副回路主被控变量副被控变量主对象副对象主检测变送副检测变送4-1 串级控制 系统组成及工作原理检
3、测变送检测变送副控制器副控制器控制阀控制阀燃烧室燃烧室烧成带烧成带T1T22D设定值设定值主控制器主控制器检测变送检测变送(1)只存在二次干扰气开气开反反反反燃料压力燃料压力增大增大4-1 串级控制 系统组成及工作原理检测变送检测变送副控制器副控制器控制阀控制阀燃烧室燃烧室烧成带烧成带T1T21D设定值设定值主控制器主控制器检测变送检测变送(2)只存在一次干扰窑车速度窑车速度加快加快气开气开反反反反4-1 串级控制 系统组成及工作原理检测变送检测变送副控制器副控制器控制阀控制阀燃烧室燃烧室烧成带烧成带T1T22D设定值设定值主控制器主控制器检测变送检测变送(3)一次干扰、二次干扰存在 一次、二
4、次干扰引起主、副变量同方向变化1D窑车速度窑车速度减小减小燃料压力燃料压力增大增大T14-1 串级控制 系统组成及工作原理检测变送检测变送副控制器副控制器控制阀控制阀燃烧室燃烧室烧成带烧成带T1T22D设定值设定值主控制器主控制器检测变送检测变送(3)一次干扰、二次干扰存在 一次、二次干扰引起主、副变量反方向变化1D窑车速度窑车速度增大增大燃料压力燃料压力增大增大?4-1 串级控制 系统组成及工作原理2()Ds1()Ds1()cGs2()cGs()vGs2()mGs01()Gs1()mGs02()Gs2()Rs2()Es1()Rs1()Es2()Ys1()Y s0222220202(),(),
5、(),()1ccvvmmKGsKG sK GsKGsT s假定假定20220222022()()()()()()1()()()()cvcvmGs G s GsY sGsR sGs G s Gs Gs02202022202111cvcvmKK KT sKK KKT s2020220221cvcvmK K KT sK K K K 4-1 串级控制 串级控制系统的特点2022022020220221()11cvcvmcvmK K KK K K KGSTsK K K K2020220221cvcvmK K KKK K K K020220221cvmTTK K K K020202()1KGST s202
6、211cvmK K K K2022111cvmK K K K0202TT2cK02T2202211cvcvmK KK K K K0202KK4-1 串级控制 串级控制系统的特点4-1 串级控制 串级控制系统的特点2()Ds1()Ds1()cGs2()cGs()vGs2()mGs01()Gs1()mGs02()Gs2()Rs2()Es1()Rs1()Es2()Ys1()Y sT1()Rs1()Y s2()Ds1()Ds1()Dz2()Dz()vGs2()mGs01()Gs1()mGs02()Gs1()Uz2()Ez1()Ez2()Ys0()Hs1()Rz2()UzTTTTA/D1()Dz2()D
7、z1()Uz2()Ez1()Ez1()Rz2()UzD/A2()mGs来自1()mGs来自计算机计算机4-1 串级控制 计算机串级控制系统TTT“先外后内先外后内”计算主控回路的偏差计算主控回路的偏差111()()()e kTr kTy kT计算机串级控制系统算法计算机串级控制系统算法1()Rs1()Y s2()Ds1()Ds1()Dz2()Dz()vGs2()mGs01()Gs1()mGs02()Gs1()Uz2()Ez1()Ez2()Ys0()Hs1()Rz2()UzTTTTT4-1 串级控制 计算机串级控制系统1()Rs1()Y s2()Ds1()Ds1()Dz2()Dz()vGs2()
8、mGs01()Gs1()mGs02()Gs1()Uz2()Ez1()Ez2()Ys0()Hs1()Rz2()UzTTTTT 计算主控制器的增量输出计算主控制器的增量输出11111()()()()(1)pidu kTKe kTK e kTKe kTekT111()()(1)e kTe kTekT111(1)(1)(2)ekTekTekT其中其中 计算主控制器的位置输出计算主控制器的位置输出111()(1)()u kTukTu kT4-1 串级控制 计算机串级控制系统1()Rs1()Y s2()Ds1()Ds1()Dz2()Dz()vGs2()mGs01()Gs1()mGs02()Gs1()Uz2
9、()Ez1()Ez2()Ys0()Hs1()Rz2()UzTTTTT 计算副控回路的偏差计算副控回路的偏差212()()()e kTu kTy kT 计算副控制器的增量输出计算副控制器的增量输出22222()()()()(1)pidu kTKe kTK e kTKe kTekT222()()(1)e kTe kTekT222(1)(1)(2)ekTekTekT其中其中4-1 串级控制 计算机串级控制系统 计算副控制器的位置输出计算副控制器的位置输出222()(1)()u kTukTu kT1()Rs1()Y s2()Ds1()Ds1()Dz2()Dz()vGs2()mGs01()Gs1()mG
10、s02()Gs1()Uz2()Ez1()Ez2()Ys0()Hs1()Rz2()UzTTTTT4-1 串级控制 计算机串级控制系统TlT或或计算机串级控制系统算法计算机串级控制系统算法1()Rs1()Y s2()Ds1()Ds1()Dz2()Dz()vGs2()mGs01()Gs1()mGs02()Gs1()Uz2()Ez1()Ez2()Ys0()Hs1()Rz2()UzTTTTTTlT4-1 串级控制 计算机串级控制系统 选择直接反映控制目的参数为主变量。选择直接反映控制目的参数为主变量。当不能用直接参数作为被控变量时，可选择与控制目的当不能用直接参数作为被控变量时，可选择与控制目的有某种有
11、某种 单值函数关系单值函数关系的间接参数为主变量。的间接参数为主变量。具有足够的变化灵敏度具有足够的变化灵敏度;考虑工艺上的合理性和实现的可能性。考虑工艺上的合理性和实现的可能性。4-1 串级控制 串级控制系统的设计 应使主要的和更多的干扰落入副回路。应使主要的和更多的干扰落入副回路。FTFCT1TT1CT2TT2CPTPC热原料油热原料油冷原料油冷原料油燃料油燃料油设定值设定值4-1 串级控制 串级控制系统的设计 应使主、副对象的时间常数匹配，防止发生共振效应。应使主、副对象的时间常数匹配，防止发生共振效应。副检测变送副检测变送副控制器副控制器控制阀控制阀副对象副对象主对象主对象主变量主变量
12、副变量副变量设定值设定值主控制器主控制器主检测变送主检测变送二次干扰二次干扰一次干扰一次干扰1d2d4-1 串级控制 串级控制系统的设计TCTTFCFT再生器再生器反应器反应器再生再生U型管型管待生待生U型管型管燃烧油燃烧油原料油原料油主风机主风机增风机增风机增压风增压风烟气烟气反应油气与少量催化反应油气与少量催化剂剂 应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。4-1 串级控制 串级控制系统的设计 控制策略（算法、规律）的选择控制策略（算法、规律）的选择序号序号工艺对变量的要求工艺对变量的要求应选控制规律应选控制规律主变量主变量副变量副变量主控制器主控制器副控
13、制器副控制器1重要指标，要求很高重要指标，要求很高要求不高，允许有余差要求不高，允许有余差PI/PIDP2主要指标，要求较高主要指标，要求较高主要指标，要求较高主要指标，要求较高PIPI3要求不高，允许在一要求不高，允许在一定范围内波动定范围内波动能快速、准确地跟随主能快速、准确地跟随主控制器的输出变化控制器的输出变化PPI4要求不高，互相协调要求不高，互相协调要求不高，互相协调要求不高，互相协调PP4-1 串级控制 串级控制系统的设计2()Dz02()Gs1()ut2()et2()yt0()HsTT2()Gz串级副控制器也有按照期望的闭环Z传递函数设计的。2021()()TseGzGss22
14、22122()()()()()1()()YzDz GzWzUzDz Gz2222()()()1()WzDzGzWz221()()()nYzWzzUz2n()Gz 的分母最高阶数02()nGs若中 含 有 纯 滞 后 环 节，中 还 应 考 虑 纯 滞 后 时 间。4-1 串级控制 串级控制系统的设计例1 对于下图所示副控回路，设 ，试确定副回路数字 控制器 。2()Dz02()Gs1()ut2()et2()yt0()HsTT2()Gz0221()s1GsT2(z)D2021()()TseGzGss解：2111TsesT s221T TT Teze中分母最高阶数为12()Gz1221()()()
15、YzWzzUz2222()()()1()WzDzGzWz2211()(1)(1)T TT Tzzeez22111(1)(1)T TT Tezez若T2=10s，T=2s，20.819T Te1215.5254.525()1zDzz4-1 串级控制 串级控制系统的设计例2 对于下图所示副控回路，设 ，试确定副回路数字 控制器 。2()Dz02()Gs1()ut2()et2()yt0()HsTT2()Gz2022()s1NTsK eGsT2(z)D2021()()TseGzGss解：221s1NTsTsK eesT(1)221()()()NYzWzzUz2222()()()1()WzDzGzWz2
16、21(1)21(1)1T TT TNezKez1221(1)(s1)NKzzs T22/(1)2/1(1)(1)T TNT TK zeez4-1 串级控制 串级控制系统的设计 控制器正、反作用的选择控制器正、反作用的选择(副控制器副控制器“”)(控制阀控制阀“”)(副对象副对象“”)“”副回路：副回路：(主控制器主控制器“”)(副对象副对象“”)(主对象主对象“”)“”主回路：主回路：4-1 串级控制 串级控制系统的设计2()Ds1()Ds1()cGs2()cGs()vGs2()mGs01()Gs1()mGs02()Gs2()Rs2()Es1()Rs1()Es2()Ys1()Y s首先整定副回
17、路。首先整定副回路。整定主回路。整定主回路。再次整定副回路。再次整定副回路。重新整定主回路。重新整定主回路。4-1 串级控制 串级控制系统的整定方法2()Ds1()Ds1()cGs2()cGs()vGs2()mGs01()Gs1()mGs02()Gs2()Rs2()Es1()Rs1()Es2()Ys1()Y sPP首先整定副回路。首先整定副回路。整定主回路。整定主回路。计算主、副控制器的最佳参数值。计算主、副控制器的最佳参数值。1100%2s1s2s2sT1sT4-1 串级控制 串级控制系统的整定方法 选择副控制器的比例度，使副回路按纯比例控制运行。选择副控制器的比例度，使副回路按纯比例控制运
18、行。理论依据：理论依据：串级控制系统中，在纯比例控制情况下，当主变量产串级控制系统中，在纯比例控制情况下，当主变量产生生4 4：1 1衰减振荡过程时，近似满足衰减振荡过程时，近似满足11()ccsKKK常数副变量副变量 放大系数放大系数 比例度比例度 （）（）温度51.72060压力31.43070流量2.51.254080液位51.25208022cK4-1 串级控制 串级控制系统的整定方法 将系统投入串级控制状态运行，按单回路控制系统参数整将系统投入串级控制状态运行，按单回路控制系统参数整定定方法整定主控制器参数，使主变量的控制品质最佳。方法整定主控制器参数，使主变量的控制品质最佳。4-1
19、 串级控制 串级控制系统的整定方法FTFCTCTT设定值设定值进料进料塔底出料塔底出料蒸汽蒸汽精馏塔精馏塔再沸器再沸器精馏塔温度流量串级控制系统精馏塔温度流量串级控制系统4-1 串级控制 串级控制系统的应用网前箱温度温度串级控制系统网前箱温度温度串级控制系统T2T设定值设定值去铜网去铜网蒸汽蒸汽混合箱混合箱立筛立筛T2T1T1T白水白水纸浆纸浆圆筛圆筛网前箱网前箱4-1 串级控制 串级控制系统的应用T1TT1CT2TT2C热原料油热原料油冷原料油冷原料油燃料油燃料油设定值设定值管式加热炉温度温度串级控制系统管式加热炉温度温度串级控制系统4-1 串级控制 串级控制系统的应用合成反应炉中部温度与进
20、气口温度串级控制系统合成反应炉中部温度与进气口温度串级控制系统T1TT1CT2TT2C反应气体反应气体醋酸乙炔醋酸乙炔的混合气的混合气反应器反应器设定值设定值蒸汽蒸汽换热器换热器4-1 串级控制 串级控制系统的应用FTFCPTPC加料器加料器提升管提升管来自反应器的催化剂来自反应器的催化剂二次风二次风一次风一次风鼓风机来的热风鼓风机来的热风设定值设定值一次风压力与一次风流量串级控制系统一次风压力与一次风流量串级控制系统4-1 串级控制 串级控制系统的应用比值控制均匀控制分程控制自动选择性控制使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协调使物料保持一定比例关系控制器输出信号分段控制多阀安全保护实现特定
21、要求的控制系统4-2 特殊控制比值控制系统-实现两个或两个以上参数符合 一定比例 关系的控制系统 主物料-处于主导地位的物料 表征该物料的参数为主动量Q1（主流量）从物料-随主物料的变化呈比例的变化的另一种物料 表征该物料的参数从动量Q2（副流量）21QKQ流量比值副流量主流量4-2 特殊控制 比值控制FTFC1Q2Q比值器比值器控制阀控制阀检测变送检测变送1Q设定值设定值副对象副对象2Q4-2 特殊控制 比值控制FTFT1Q2QFYFC控制器控制器控制阀控制阀副检测变送副检测变送1Q副对象副对象2Q比值器比值器主检测变送主检测变送控制器控制器控制阀控制阀副检测变送副检测变送1Q副对象副对象2
22、Q比值器比值器主检测变送主检测变送ZOHA/DD/A数字控制器数字控制器优点：实现主从动量精确的比值控制。优点：实现主从动量精确的比值控制。缺点：缺点：Q1、Q2动态比值难保证，总物料量不固定。动态比值难保证，总物料量不固定。4-2 特殊控制 比值控制数字控制器数字控制器FTFT1Q2QFYFC1FC212控制器控制器1控制阀控制阀11Q主动量对象主动量对象比值器比值器主检测变送主检测变送控制器控制器2控制阀控制阀2从动量对象从动量对象2Q从检测变送从检测变送设定值设定值控制器控制器1控制阀控制阀11Q主动量对象主动量对象比值器比值器主检测变送主检测变送控制器控制器2控制阀控制阀2从动量对象从
23、动量对象2Q从检测变送从检测变送设定值设定值ZOHZOH4-2 特殊控制 比值控制FTFT1QRCTCTT2Q混合器混合器过滤器过滤器氧化炉氧化炉预热器预热器空气空气氨气氨气NO比值控制器比值控制器控制阀控制阀11Q副流量对象副流量对象除法器除法器检测变送检测变送主对象主对象2Q主检测变送主检测变送设定值设定值ZOH开方器开方器检测变送检测变送开方器开方器主控制器主控制器数字控制器数字控制器串级比值控制串级比值控制4-2 特殊控制 比值控制 一个流量可控，另一个流量不可控，可以组成单闭环比值控制系统时，不可控流量作为主动量，可控流量作为从动量。两个流量均可控，另一个流量不可控，可以组成双闭环比
24、值控制系统时：A.主动量供应不足的物料流量，从动量供应充足的物料流量；B.主动量对生产负荷起关键作用的物料流量，从动量对生产负荷起次要作用的物料流量；C.主动量失控状况下，必须保持比值一定的物料流量，从动量4-2 特殊控制 比值控制2.控制方案的选择序号过程的要求应选控制规律1 负荷变化不大，仅要求物料流量之比值一定，对总流量变化无要求。单闭环比值控制2 主、副流量扰动频繁，负荷变化较大，要求保证主、副物料总量恒定。双闭环比值控制3 要求两种物料流量的比值能灵活地随第三参数的需要进行调节。变比值控制4-2 特殊控制 比值控制3.比值系数的换算 (或)21IIKI12PP21QKQ1max2ma
25、xQKKQ21max22max2QKKQ流量（压力）比值信号比值非线性关系线性关系4-2 特殊控制 比值控制4.实施方案的选择F1TF2T1Q2QFYFC2I0I1I多路开关多路开关A/DA/DCPUCPUD/AD/A反多路开关反多路开关01(4)4IIK201(4)4IIIK流量比值稳定操作时1max1max2212max12max44QQIQKKIQQ Q4-2 特殊控制 比值控制多路开关多路开关A/DCPUD/A反多路开关反多路开关10(4)(4)416sIII20II稳态时1max2max164sQIKQF1TF2T1Q2QFC2I0I1IsI12(4)(4)416sIII21(4)1
26、64164(4)sIIKI221max22max164sQIKQ4-2 特殊控制 比值控制多路开关多路开关A/DCPUD/A反多路开关反多路开关201(4)164(4)III0sII稳态时1max2max164sQIKQ21(4)164164(4)sIIKI221max22max164sQIKQF1TF2T1Q2QFC2I0I1IsI4-2 特殊控制 比值控制F1TF2T1Q2QFCFYGZ10221022()()()()()()()()1()()()()mkzcvcvmGs G s G s G s G s GsQ sKQ sG s G s Gs Gs1max2max()kQG sKKQ1ma
27、x1022max022()()()()()1()()()()mzcvcvmQGsKG s G s G s GsQKG s G s Gs Gs0222max1021max1()()()()()()()()()cvmzmcvG s G s Gs GsQG sGs G s G s GsQ()D s()zGs()cGs()vGs2()mGs1()mGs02()Gs2Q2()Uz1Q()kGs4-2 特殊控制 比值控制1.变比值控制系统:其主控制器的参数整定可按串级控制系统进行。2.单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统:从动量回路和变比值控制系统中的变比值回路的整定方法和要求基本相同,应当将从动量回路
28、的过渡过程整定成非周期临界情况.3.双闭环比值控制系统:其主动量回路原则上按单回路定值控制系统进行整定。4-2 特殊控制 比值控制均匀控制系统-使两个有关联的被控变量在规定范围内缓慢地、均匀地变化，使前后设备在物料的供求关系上相互兼顾、均匀协调的控制系统。QTQCHTHC进料进料1#2#4-2 特殊控制 均匀控制二、均匀控制系统的结构形式1.简单均匀控制系统HTHC进料进料1#2#4-2 特殊控制 均匀控制精馏塔塔底液位与出料流量的均匀控制系统二、均匀控制系统的结构形式1.简单均匀控制系统HTHC进料进料1#2#4-2 特殊控制 均匀控制不是单回路液位定值控制系统，控制器控制规律和参数整定上有
29、区别。所有均匀控制系统中一般都不需要加正微分作用。二、均匀控制系统的结构形式1.简单均匀控制系统HTHC进料进料1#2#4-2 特殊控制 均匀控制结构简单，对于克服阀前后压力变化的影响及液位储罐自衡作用的影响效果较差。适用于进料量为主干扰、流量波动大、自衡能力弱的对象。2.串级均匀控制系统QTQCHTHC进料进料1#2#气开气开正正反反流量流量控制器控制器控制阀控制阀流量检测流量检测流量对象流量对象()Q s液位检测液位检测ZOH液位对象液位对象液位液位控制器控制器1()N s2()N s()H s4-2 特殊控制 均匀控制2.串级均匀控制系统QTQCHTHC进料进料1#2#气开气开正正反反4
30、-2 特殊控制 均匀控制增加流量控制副回路目的是为消除阀前后压力变化的影响及液位储罐自衡作用的影响。适用于控制阀前后压力干扰及自衡作用较显著而且对流量的平稳要求又高的场合。QTQCHT进料进料1#2#气开气开正正SpCHp0pQp4-2 特殊控制 均匀控制以液位和流量两信号之差（或和）为被控变量来达到均匀控制的目的。结构上相当于两个信号之差（或之和）为被控变量的单回路控制系统。QTQCHT进料进料1#2#气开气开正正SpCHp0pQp流量流量控制器控制器控制阀控制阀流量检测流量检测流量对象流量对象()Q s液位检测液位检测ZOH液位对象液位对象1()N s2()N s()H sHpSp0pCQ
31、p4-2 特殊控制 均匀控制三、均匀控制系统的参数整定1.经验整定法2.停留时间法4-2 特殊控制 均匀控制冷物料冷物料电电/气气控制器控制器TT冷凝液冷凝液热水热水蒸汽蒸汽气开气开气开气开19.6 58.9kPa58.9 98.1kPa分程控制系统-一台控制器操纵两个或两个以上的调节阀(控制阀)工作，每个调节阀在控制器输出的某段信号范围内做全行程动作。多阀多阀 分程分程4-2 特殊控制 分程控制10019.658.998.10阀压/kPa阀开度(%)19.658.998.10阀压/kPaB阀阀开度(%)100B阀A阀A阀10019.658.998.10阀压/kPa阀阀阀开度(%)BA19.6
32、58.998.10阀压/kPaA阀B阀阀开度(%)100分程控制系统中，阀的开闭形式，可分同向和异向两种 气开气关4-2 特殊控制 分程控制 用于扩大控制阀的可调范围例 1可调比：阀所能控制的最大流量与最小流量之比minmaxQQR 控制器AB 4maxAQ100maxBQ设：分程控制中使用的大小两只控制阀的最大流通能力分别为：且两个阀的可调比相等：RA=RB=30若忽略大阀的泄露则其最小流通量为：134.0304maxminAAARQQ最大流通能力为：maxAQ+1041004maxBQ所以两个阀组合在一起的可调范围扩大到：780134.0104R4-2 特殊控制 分程控制PTPC10MPa
33、o482 C4MPao362 C高压蒸汽高压蒸汽中压蒸汽中压蒸汽锅炉锅炉减压减温减压减温4-2 特殊控制 分程控制例 2PC排空气关阀“B”“A”气开阀N2N2PT1000.020.0580.1“B”“A”0MPa气关阀气开阀阀开度(%)0.062 用于满足工艺操作上的特殊要求4-2 特殊控制 分程控制 控制阀的泄漏量问题 控制阀流量特性的选择除考虑对象特性外更应注意在分程点处控制阀的放大系数可能出现突变 分程控制控制器控制规律的选择及其参数整定可参照简单控制系统处理 4-2 特殊控制 分程控制非正常工况一般采取的处理方法有两种：连锁保护紧急性停车自动切换至手动选择性控制系统-当生产操作趋向限
34、制条件时，一个用于控制不安全工况的控制方案将取代正常情况下的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围以内恢复原控制方案为止。选择性控制系统设有两个控制器（或多个变送器）由选择器选择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。取代控制系统、超弛控制系统、保护控制系统4-2 特殊控制 自动选择性控制TTTC液氨液氨气氨气氨热物料热物料冷物料冷物料正正气开气开TTTC液氨液氨气氨气氨热物料热物料冷物料冷物料反反气开气开LSHTHC正正4-2 特殊控制 自动选择性控制()H sLS()cHGs()vGs()mHGs0()HGsmaxrH0()TGs()cTGs()mTGs()T srT4-
35、2 特殊控制 自动选择性控制LS()cG s1()vGs01()Gs()R s02()Gs()mGs()Y s2()vGs4-2 特殊控制 自动选择性控制FBTFACTTTC热物料热物料冷物料冷物料燃料燃料FATLSFBCHArArBm燃料燃料AB正常工况下：正常工况下：HmALSrAm0rrBmA异常工况下：异常工况下：HmALSrHAA4-2 特殊控制 自动选择性控制T1TT2TT3TT4TT5THSTC进料进料产品产品冷却液冷却液反应器反应器4-2 特殊控制 自动选择性控制 一个具有积分作用的控制器，当其处于开环工作状态时，如果偏差输入信号一直存在，那么由于积分作用的结果，将使控制器的输
36、出不断增加或不断减小，一直达到输出的极限值并保持在此极限值上，而控制器暂时丧失了控制功能的现象，称为“积分饱和”现象。控制系统中控制器具有积分控制规律；控制器输入偏差长期存在得不到补偿。4-2 特殊控制 自动选择性控制限幅法 通过专门的技术措施对积分反馈信号加以限制（电动 型仪表、电动 型仪表中有专门设计的限幅控制器 外反馈法 在控制器处于开环状态时，借用其它相应信号对控制器进行积分外反馈来限制积分的作用 积分切除法 在控制器处于开环工作状态时，就将控制器的积分作用切除掉 4-2 特殊控制 自动选择性控制1.正常控制器控制规律的选择和单回路定制控制系统一样，一般采用PI控制，若滞后容量较大，可
37、引入一定的D控制。2.取代控制器控制规律一般选择P控制，当对极限值要求严格时，也可采用PI控制。3.两个控制器的参数整定都可按单回路控制系统整定，但要求取代控制器比例度整定的较小，积分时间较短。4-2 特殊控制 自动选择性控制特殊控制工业应用举例LSaQQaTQaCLAHAHSQnTQaCQsCQsTK2K1sQnQsInIH rI0 HI蒸汽蒸汽空气空气天然气天然气去二段转化炉去二段转化炉转化炉转化炉43max4 10/sQmh43max1.6 10/nQmh43max1.6 10/aQmh4max114max14 100.833 1.6 10snQKKQ4max224max1.44 101
38、.1731.6 10saQKKQmaxmax4max4max164441641644164414 101641642.91.6 1017.79nnnHrsssnssnQQIIIQQQQQQmA假定假定maxmax4max4max164441641644164411.6 101641641.51.6 1014.67nnnLraaanaanQQIIIQQQQQQmATTTC空气空气F1CF1TRF2CF2T煤气煤气1QTTTC增湿器增湿器干废气干废气水水压缩空气压缩空气湿废气湿废气气开气开气开气开气开气开气开气开气开气开气开气开正正ABC100410.415.20mA阀开度(%)B阀A阀C阀20F
39、TTCFL2BSPTPCTTLSFL1FT进料进料出料出料燃料燃料 补偿控制的基本原理与结构()D s()cGs2()Gs1()Gs()C s()R s()D s()cGs3()Gs1()Gs()C s()R s2()Gs()H s控制量补偿控制量补偿扰动量补偿扰动量补偿4-3 补偿控制()cGs1()Gs()C s()R s2()Gs()H s()cGs1()Gs()C s()R s2()Gs()H s反馈补偿反馈补偿串联补偿串联补偿 补偿控制的基本原理与结构4-3 补偿控制前馈控制器前馈控制器()ffGs反馈控制器反馈控制器()cG s()dMs()dGs()ffGs2()Ts()pGsd
40、MTT冷凝水冷凝水加热蒸汽量加热蒸汽量FT出口温度出口温度进料量进料量bM1T2TdM2TdMtt4-4 前馈控制 前馈控制基本原理()dMs()dGs()ffGs2()Ts()pGs2()()()()()()dddffpT sMs G sMs Gs G s扰动量对被控对象的影响扰动量对被控对象的影响扰动量通过前馈控制器对扰动量通过前馈控制器对被控对象的补偿作用被控对象的补偿作用对扰动量实现完全补偿的条件：对扰动量实现完全补偿的条件：()()()0dffpG sGs Gs2()0,()0dMsT s()()/()ffdpGsG sG s 4-4 前馈控制 前馈控制基本原理前馈控制按干扰的大小和
41、方向产生相应的控制作用；前馈控制比反馈控制及时有效；前馈控制属于开环控制系统，反馈控制是闭环控制系统；前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用控制器”，一般的反馈控制采用通用PID控制器；一种前馈作用只能克服一种干扰，反馈控制只用一个控制器就可克服多个干扰。4-4 前馈控制 前馈控制基本原理()()()dffffpGsGsKGs 21()miimdpQ HQ c TT21miimdpQ HTTQ c221dmdmddTTTKdQQ 2ipmimdpHdTKdQQ c21()pdffpic TTKKKH 前馈控制器前馈控制器()ffGsdM冷凝水冷凝水加热蒸汽量加热蒸汽量FT出口温度出口温度进料量
42、进料量bM1T2T4-4 前馈控制 前馈控制的基本结构()dMs()dGs()ffGs2()Ts()pGs()(1)()()()(1)dpsdpdffppdKT seGsGsGsKT s()1dsdddK eGsT s()1pspppK eGsT s(1)(1)()(1)1dpffpffpddKT sKT sGsKT sT sdp若若pdTT若若()ffffGsK 4-4 前馈控制 前馈控制的基本结构()D s()dGs()cGs()Y s()pGs()ffGs()H s()R s()()()()()1()()()dffpcpGsGs GsY sD sH s G s Gs()0,()0D sY
43、 s()()()dffpGsGsGs前馈控制器前馈控制器()ffGs反馈控制器反馈控制器()cG sdMTT冷凝水冷凝水加热蒸汽量加热蒸汽量FT出口温度出口温度进料量进料量bM1T2T完全补偿的条件：完全补偿的条件：4-4 前馈控制 前馈控制的基本结构前馈控制器前馈控制器()ffGs反馈控制器反馈控制器1()cGsdMTT冷凝水冷凝水加热蒸汽量加热蒸汽量FT出口温度出口温度进料量进料量bM1T2T2()cGsFT4-4 前馈控制 前馈控制的基本结构22122222211112222()()()()1()()()()()()()()()1()()()1()()()1()()1()()cpffpc
44、pdcpcpcpcpcpcpGs GsGsGsGs GsGsY sGs GsGs GsD sH s Gs GsH s Gs GsGs GsGs Gs()0,()0D sY s1()()()dffpGsGsGs()D s()dGs2()cGs()Y s2()pGs()ffGs()H s()R s1()pGs1()cGs2222()()11()()cpcpGs GsGs Gs串级控制系统中，副回路工作频率远大于主回路工作频率时：串级控制系统中，副回路工作频率远大于主回路工作频率时：完全补偿的条件：完全补偿的条件：4-4 前馈控制 前馈控制的基本结构()D s()Y s()spGs e()R s()
45、pGs()cGsse()Ys()pGs()U s()D s()Y s()spGs e()R s()pGs()cGsse()pGs()U s4-5 大迟延过程系统 Smith预估补偿控制()D s()Y s()spGs e()R s()pGs()cGsse()Ys()pGs()U s不采用不采用Smith预估器：预估器：()()()spY sGs eU s采用采用Smith预估器：预估器：()()()()sppY sGs eGsU s()pGs()()(1)sppGsGse()()()spppGsGsGs eSmith预估器传递函数预估器传递函数4-5 大迟延过程系统 Smith预估补偿控制()
46、()()()()1()()scpscpG s Gs eY ssR sG s Gs e()D s()Y s()spGs e()R s()pGs()cGsse()Ys()pGs()U s补偿前：补偿前：补偿后：补偿后：()()()()()1()()()()(1)scpsscpcpG s Gs eY ssR sG s Gs eG s Gse()()()()()1()()scpcpG s Gs eY ssR sG s Gs4-5 大迟延过程系统 Smith预估补偿控制()D s()Y s()spGs e()R s()pGs()cGsse()Ys()pGs()U s()1()()(1)()()1()()
47、()()(1)sspcpsscpcpGs eG s GseY sD sG s Gs eG s Gse222()()()()()()()1()()ppssspcccpGs eG s Gs eG s Gs eY sD sG s Gs4-5 大迟延过程系统 Smith预估补偿控制()D s()Y s()spGs e()R s()pGs()cGsse()YsA()U s/A B1DT sBDT()D s()Y s()spGs e()R s()pGs()cGs()U s()D s()Y s()spGs e()R s()pGs()cGspK()U s4-5 大迟延过程系统 Smith预估补偿控制1()Ds
48、()Y s()spGs e()R s()cGs1se()U s()fGs()pGs()pGs2()Ds()()()()1()()()()()(1)scpsspfcppGs Gs eY sR sGs GsGsGs eGse1()1()()()()(1)()()1()()()()()(1)sspfpcpsspfcppGs eGs GsGs GseY sDsGs GsGsGs eGse21()()()()(1)()()1()()()()()(1)sfpcpsspfcppGs GsGs GseY sDsGs GsGsGs eGse4-5 大迟延过程系统 Smith预估补偿控制1()()()()(1)0
49、sfpcpGs GsG s Gs e()()(1)1()()scpfpG s Gs eGsGs()()()()()()()scpscpG s Gs eY sR sR sG s Gs e1()1()()()()()()()()1()()()()()(1)()()()()1(1)()1()()()()()(1)()(scpsspfcsspfpcpsspfppsscppfcpppG s Gs eY sGs eGs GsG s Gs eD sGs GsG s Gs eGseR sGs GsG s Gs eGseG s Gs eR sGs eGs Gs1)()()(1)()1()()()()()(1)s
50、cpsspfcppG s Gs eD sGs GsG s Gs eGse4-5 大迟延过程系统 Smith预估补偿控制1()()()()(1)0sfpcpGs GsG s Gs e()()(1)1()()scpfpG s Gs eGsGs()()()()()()()scpscpG s Gs eY sR sR sG s Gs e2()1()()()()()()()()1()()()()()(1)()()()()1(1)()1()()()()()(1)()(scpsspfcsspfpcpsspfppsscppfcpppG s Gs eY sGs eGs GsG s Gs eD sGs GsG s
