1、第七章復雜控制系統一、教學目的通過本章教學，使學生掌握前饋控制系統的結構、特點與應用場合；理解前饋控制系統與簡單負反響控制系統的主要差異；熟悉串級控制系統的結構、工作過程、特點與應用場合;掌握串級控制系統中副變量確實定與主副控制器正、反作用的選擇；了解串級控制系統中主、副控制器參數的工程整定方法；熟悉設置均勻控制系統的目的與控制方案；了解比值控制系統的各種類型；熟悉單閉環比值控制方案的結構與特點；理解聯系型選擇性控制系統的結構特點與控制方案；了解開關型選擇性控制系統；理解分程控制系統的結構與應用場合；二、教學的重點、難點前饋控制系統、串級控制系統、選擇性控制系統的結構特點、方框圖；控制器規律確

2、實定； 控制器作用確實定三、教學時數本章教學需5課時四、教學容7.1前饋控制系統前饋控制系統與特點前饋控制的主要形式前饋控制的應用場合7.2串級控制系統串級控制系統的概述串級控制系統的工作過程串級控制系統的特點串級控制系統中副回路確實定串級控制系統中主副控制器規律與作用的選擇串級控制系統的控制器參數整定7.3均勻控制系統均勻控制系統與特點均勻控制的主要控制方案7.4比值控制系統比值控制系統與特點比值控制系統的主要形式7.5選擇性控制系統選擇性控制概念的提出選擇性控制系統的主要形式第 1-2 課時：7.1.1 722引言簡單控制系統是過程控制中最根本、應用最廣的控制形式，約占全部控制系統的80%

3、。但是：隨著生產過程的大型化和復雜化，操作條件更加嚴格，變量之間的關系更加復雜。有些生產工藝和控制要求比較特殊。隨著技術開展，對工藝的控制目標多樣化，如產量、質量、節能、環保、效率等。為此，必須設計出各種復雜控制系統以克制簡單控制所不能勝任的特 殊場合，如前饋控制、串級控制、選擇性控制等。§ 7.1前饋控制系統 前饋控制概念的提出與特點分析1. 分析簡單控制系統存在的問題：通過復習前章學習的簡單反響控制系統的特點發現簡單控制系統普遍存在一個問題：控 制信號總是要在干擾已經造成影響， 被控變量偏離給定值以后才能產生， 控制作用總是不與 時。特別是在干擾頻繁，對象有較大滯后時，控制質量嚴

4、重受到影響。并以下換熱器溫度控制系統為例進一步說明簡單控制存在的問題。1中假設換熱器冷物料進料流量經常發生波動，那么簡單控制控制過程中存在的問題：a. 控制滯后時間長；b. 控制動作慢，速度難以提高2. 針對簡單控制存在的問題提出前饋控制系統：為了改變事后調節的狀況，提出前饋控制的思路： 針對以上換熱器溫度控制系統，進展修改，即不是根據換熱器出口溫度發生改變進展調節，而是根據冷物料流量 Q的大小，來調節閥門開度，以彌補冷物料進料流量的干擾的影響。一旦進料流量有微小的波動，測量機構可以瞬間測量出來，并立刻采取調節蒸汽流量的方法來克制因進料流量干擾而影響出口物料 溫度的影響，該控制方案即是前饋控制

5、系統。咋I：訂票思考與提問：反響控制和前饋控制，二者的方框圖有何區別？對前饋控制系統的方框圖進展繪制和分析，并與反響控制系統的方框圖進展比照。為了對前饋控制系統有進一步的認識，下面仔細分析前饋控制系統的特點，并與反響控制進展比照。前饋控制系統的四個主要特點:1前饋控制系統是基于不變性原理工作的，比反響控制與時、有效通過分析例子中溫度控制系統的不同作用方式可以得出：反響控制是根據被控變量與給定值的偏差，檢測的信號是被控變量，控制作用發生時間是在偏差出現以后；前饋控制是根據干擾的變化，檢測的信號是干擾量的大小，控制作用的發生時間是在干擾作用的瞬間而不是等到偏差出現之后。如果控制規律選擇適宜，是可以

6、到達完全的補償，使出口物料的溫度完全不受進口物料流 量的變化的影響。顯然，前饋控制對于干擾的克制能力要比反響控制與時有效。干擾一旦出現，不需要等到被控變量受其影響產生變化，就會立即產生控制作用，這個特點是前饋控制的一個主要優點。為了加深對前饋控制系統第一個特點的理解和掌握，列舉一些前饋控制在生活當中的具體表達，如平常開車時，受到其他事物攻擊時等事例。除了第一個優點之外，引導學生思考，前饋控制系統還有哪些特點？2前饋控制是屬于開環控制通過分析前饋控制系統的方框圖可以看出，在前饋控制系統中，被控變量根本沒有被檢測。當前饋控制器按干擾量產生控制作用后，對被控變量的影響并沒有返回來影響控制器的輸入信號

7、，所以整個系統是一個開環系統。前饋控制系統是一個開環系統，是前饋控制系統的一個缺點之一；讓學生思考開環控制的3前饋控制使用的是視對象特性而定的專用控制器簡單控制系統使用的 PID控制器針對前饋控制系統， 對于不同的對象特性， 控制規律也不同。 前饋控制器的控制規律取 決于干擾通道的特性與控制通道的特性。4前饋控制只能克制一種特定的干擾前饋是按照干擾進展工作的，一種前饋控制只能克制一種干擾，而反響可以克制多個干擾，這是前饋控制的一個弱點。課上習題，加深對前饋控制的理解詳見課件。前饋控制的主要形式1單純前饋控制形式ni靜態前饋控制系統U 2動態前饋控制系統2前饋-反響控制思考題：根據以上的學習可知

8、， 前饋與反響控制的優缺點是相對應的。是否能將二者結合起來使用呢？重新夠成的控制系統的方框圖是怎么樣的呢？帶著上述問題學習前饋-反響控制系統的結構與特點前饋控制的應用場合1某個干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，而對象的控制通道滯后大。-2采用單純的反響控制，控制速度慢、質量差。3用串級控制，效果改善不明顯。§ 7.2串級控制系統 串級控制系統的概述以管式加熱爐為例，分析采用簡單控制系統存在的問題，引出串級控制系統的概念在實際生產過程中，特別是當加熱爐的燃料壓力或燃料本身的熱值有較大波動時， 該簡單控 制系統的控制質量往往很差， 原料油的出口溫度波動較大， 難以滿足生產上的要求。

9、因此提 出以原料油出口溫度為主要被控變量的爐出口溫度與爐膛溫度的串級控制系統串級控制系統中幾個常用的名詞重點講解和分析主變量副變量主對象副對象主控制器副控制器主回路副回路 思考題：串級控制系統的方框圖如何呢？串級控制系統的工作過程針對三種不同以管式加熱爐為例，分析串級控制系統是如何有效的克制滯后提高控制質量。 情況的干擾進展了分析。詳細過程見課件1. 干擾進入副回路2干擾作用于主對象3干擾同時作用于副回路和主對象通過分析得出：副回路起粗調快調， 主回路起細調慢調， 二者相互配合，大大提高控制質量 課后作業，見授課方案安排。第 3-4 課時：7.2.3 742串級控制系統的特點復習上次課程有關串

10、級控制的知識。分析串級控制系統的方框圖與特點。板書畫出方框圖系統有兩個閉合回路，形成外環。主變量是工藝要求控制的變量，畐U變量是為了更 好地控制主變量而選用的輔助變量。主、畐U控制是串聯工作的，主控制器的輸出作為副控制器的給定值。 副回路的引入，改善了對象的特性，使控制過程加快，具有超前控制。 串級控制系統具有一定的自適應能力。串級控制系統中副回路確實定副回路設計中，最重要的是選擇副回路的被控參數副變量。副回路的設計合理，串級系統的優勢會得到充分發揮，控制質量明星提高。副參數的選擇一般應遵循下面幾個原那么： 主、副變量應有一定的在關系 副參數的選擇必須使副回路包含變化劇烈的主要干擾，并盡可能多

11、包含一些干擾 副參數的選擇應考慮主、副回路中控制過程的時間常數的匹配，以防共振的發生 當對象具有較大的純滯后時，副變量選擇時盡量少包含純滯后或不包含純滯后。例子如圖7-5, 7-6, 7-7的講解具體容見課本串級控制系統中主副控制器規律與作用的選擇1控制器規律主變量是生產工藝的主要控制指標，工藝上要求比較嚴格。所以，主調節器通常選用PI調節，或PID調節。副變量是為了提高主參數的控制質量，對副參數的要求一般不嚴格，允許有靜差。因此，副調節器一般選P調節就可以了。2控制器作用的選擇以管式加熱爐為例，說明串級控制系統主、副控制器的正、反作用方式確實定方法。惶屛出門溫度吶軸小呂J1根據工藝平安或節能

12、要求確定執行器的正、反作用；2、按照副回路構成負反響的原那么確定副調節器的正、反作用；3、主回路控制器正、反作用確實定。課練習，P178,圖7-8具體見課本串級控制系統的控制器參數整定串級控制系統參數的整定，參照簡單控制系統的步驟，并結合實驗進展參數的整定。§ 7.3均勻控制系統均勻控制系統與特點以兩個精餾塔為出發點，分析前后兩個塔之間的物料相互關系問題，為了解決前后工序供求矛盾，到達前后兼顧協調操作，使液位和流量均勻變化，提出均勻控制系統的概念。如以下 圖所示。1兩個變量在控制過程中都應該是緩慢變化的。2丨前后互相聯系又互相矛盾的兩個變量應保持在所允許的圍波動。具體變化曲線如圖 7

13、-10所示，具體見課本。思考題：均勻控制系統與簡單控制系統的區別？生活當中是否也存在均勻控制？均勻控制的主要控制方案1簡單均勻控制2串級均勻控制總結：均勻控制結構上與簡單控制系統相近，但控制要有根本區別的，另外控制器的控制規 律上也有很大的區別。§ 7.4比值控制系統741比值控制系統與特點在現代工業生產過程中，要求兩種或多種物料流量成一定比例關系；一旦比例失調，會 影響生產的正常進展，影響產品質量，浪費動力，造成環境污染，甚至產生生產事故。但凡兩個或多個變量自動維持一定的比例關系的過程控制系統，稱為比值控制系統根本概念：主變量Q1、從變量 Q2 K=Q2/Q1思考：在實習實踐過程中

14、，哪些工業生產中存在比值控制？742比值控制系統的主要形式1開環比值控制系統圖7-13圖7-142單閉環比值控制系統圖7-15圖7-163雙閉環比值控制系統圖7-177圖7-184變比值控制系統圖7-19圖7-20分析四種比值控制系統的特點與應用場合。具體見課本課堂練習，畫出四種比值控制系統的方框圖？ 第 5 課時：7.5.1 § 7.5選擇性控制系統選擇性控制系統的提出上節課容簡單回憶。重點知識進展復習思考合成氨工業中的氨冷器在進展冷卻物料時，當冷卻物料溫度始終達不到要， 會出現意外的事故。如以下圖所示。液態氨液位不能超過一定的界限，否那么控制越來越差，甚至會損壞壓縮機，針對這個情

15、況提出選擇性控制系統的概念。選擇性控制系統的主要形式1. 開關型選擇性控制系統一般有A、B兩個可供選擇的變量。變量A,工藝操作的主要技術指標，直接關系到產品的質量正常時候的被控變量變量B,工藝上要求在 B限值以，生產是平安的超過一定限值后作為被控變量如圖7-29冷卻器出口溫度為變量A，液態丙烯為變量 B。開關型選擇性控制系統工程過程如圖7.31所示過程。2. 連續型選擇性控制系統在連續型選擇性控制系統中，一般具有兩臺連續型控制器，它們的輸出通過一臺選擇器高選器或低選器后，送往控制閥。這兩臺控制器一臺在正常情況下工作，一臺在非正常情況 下工作。以合成氨廠蒸汽鍋爐為例分析連續性選擇性控制系統的工作過程。如圖7.32所示，為了防止發生脫火現象，對蒸汽壓力與燃料壓力進展了選擇性控制。具體見課本3混合型選擇性控制系統混合型選擇性控制系統中，既包含有開關型選擇的容，又包含有連續型選擇的容。以合成氨廠蒸汽鍋爐為例分析混合型選擇性控制系統的工作過程。如圖7.34所示，為了防止發生脫火同時還要防止發生回火現象，對蒸汽壓力與燃料壓力進展了混合型選擇性控制。例題分析：選擇性控制系統的設計具體見PPT。本章小結1前