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文檔簡介
1、第八章第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動化系華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動化系必要性:必要性:隨著生產(chǎn)過程的隨著生產(chǎn)過程的大型化和復(fù)雜化大型化和復(fù)雜化,對操作條件的要,對操作條件的要求更加嚴(yán)格,變量之間的關(guān)系更加復(fù)雜。求更加嚴(yán)格,變量之間的關(guān)系更加復(fù)雜。需要引入需要引入復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)。現(xiàn)代化生產(chǎn)對產(chǎn)品質(zhì)量提出了現(xiàn)代化生產(chǎn)對產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高要求更高要求。生產(chǎn)過程中的某些生產(chǎn)過程中的某些特殊要求特殊要求,如物料配比、前后生,如物料配比、前后生產(chǎn)工序的協(xié)調(diào)等問題。產(chǎn)工序的協(xié)調(diào)等問題。根據(jù)系統(tǒng)的根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)所擔(dān)負(fù)的任務(wù)來分:來分:串級、均勻、比值、分程
2、、串級、均勻、比值、分程、選擇性、選擇性、前饋、前饋、多多沖量等沖量等8.1 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)本章主要內(nèi)容:本章主要內(nèi)容:8.2 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)8.6 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)8.4 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)8.3 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)8.1.1 組成原理組成原理 T 被加熱原料 TT TC 燃料油 出口溫度 圖圖8-1 加熱爐溫度加熱爐溫度 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制通道過程分析:控制通道過程分析:溫度系統(tǒng)滯后太大,溫度系統(tǒng)滯后太大,導(dǎo)致誤差長時間不能導(dǎo)致誤差長時間不能克服,誤差太大,不克服,誤差太大,不符合工藝要求。符合工藝要求。主要問題:主要問題:滯后太大,控制不及時滯后
3、太大,控制不及時。8.1 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)被控變量的偏差是由什么引起的?被控變量的偏差是由什么引起的?問題解決思路分析:問題解決思路分析:答:控制住這些擾動,應(yīng)該可以減小被控變量答:控制住這些擾動,應(yīng)該可以減小被控變量的波動。的波動。答:是由于各種答:是由于各種擾動擾動引起的。引起的。最容易想到的解決問題的辦法是什么?最容易想到的解決問題的辦法是什么? T 被加熱原料 TT TC 燃料油 出口溫度 燃料壓力的波動燃料壓力的波動加熱爐溫度控制系統(tǒng)加熱爐溫度控制系統(tǒng)該加熱爐的該加熱爐的主要擾動主要擾動有哪些呢?有哪些呢?燃料熱值的波動燃料熱值的波動原料流量的調(diào)整或波動原料流量的調(diào)整或波動原
4、料入口溫度的波動等原料入口溫度的波動等如果我們對每種擾動如果我們對每種擾動都進(jìn)行控制,肯定滿都進(jìn)行控制,肯定滿足工藝要求。但是,足工藝要求。但是,這樣控制系統(tǒng)就變得這樣控制系統(tǒng)就變得非常復(fù)雜、成本大大非常復(fù)雜、成本大大提高。提高。實際工業(yè)控制過程對控制系統(tǒng)的要求:實際工業(yè)控制過程對控制系統(tǒng)的要求:在滿足工藝要求的前提下,盡可能簡單、經(jīng)濟(jì)在滿足工藝要求的前提下,盡可能簡單、經(jīng)濟(jì) 人們研究出了一種不需要增加太多的儀表就可以人們研究出了一種不需要增加太多的儀表就可以使被控變量達(dá)到較高的控制精度的方法使被控變量達(dá)到較高的控制精度的方法串級控制串級控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。復(fù)雜、成本高復(fù)雜、成本高串級控制系統(tǒng)的思
5、想:串級控制系統(tǒng)的思想:把時間常數(shù)較大的被控對象分解為兩把時間常數(shù)較大的被控對象分解為兩個時間常數(shù)較小的被控對象。個時間常數(shù)較小的被控對象。圖圖8-2 8-2 加熱爐控制過程分解加熱爐控制過程分解 加熱爐設(shè)備 出口溫度 T 燃料流量 爐膛溫度到被控變量 TM的設(shè)備 從燃料量到爐膛溫度 Ts 的設(shè)備 爐膛溫度TS 出口溫度 T 燃料流量 被控對象 1 被控對象 2 圖圖8-3 加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)加熱爐溫度串級控制系統(tǒng) T 被加熱原料被加熱原料 TMC TMT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 TST TSC 圖圖8-4 加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)方塊圖加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)方塊圖 u rS eM
6、yM rM TMC TSC 控制閥 溫度對象 1 溫度對象 2 TS測量變送 TM測量變送 出 口 溫度 TM 干擾 f1 干擾 f2 干擾 f3 爐 膛 溫度 TS - yS eS - q T 被加熱原料被加熱原料 TMC TMT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 TST TSC 圖圖8-3 加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)圖圖8-5 串級串級控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成組成原理原理及術(shù)及術(shù)語語(1) 組成原理組成原理將原被控對象分解為兩個串聯(lián)的被控對象。將原被控對象分解為兩個串聯(lián)的被控對象。以分解后的兩個被控對象的中間變量作為副被控變量,構(gòu)成以分解后的兩個被控對象的中間變量作為副被控變量
7、,構(gòu)成一個副回路(簡單控制系統(tǒng))。一個副回路(簡單控制系統(tǒng))。將原被控變量作為主被控變量構(gòu)成主回路。將原被控變量作為主被控變量構(gòu)成主回路。主控制系統(tǒng)控制器的輸出信號作為副控制系統(tǒng)控制器的設(shè)定主控制系統(tǒng)控制器的輸出信號作為副控制系統(tǒng)控制器的設(shè)定值值,副控制系統(tǒng)的輸出信號作為主被控對象的輸入信號,副控制系統(tǒng)的輸出信號作為主被控對象的輸入信號。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對象 主對象 副測量、變送 主測量、變送 主被控 變量 干擾 干擾 - 副測量值 - 副回路(副控制系統(tǒng)) 主回路 (2) 串級控制系統(tǒng)術(shù)語串級控制系統(tǒng)術(shù)語主變量:
8、主變量:生產(chǎn)過程所需要控制的工藝參數(shù),在串級生產(chǎn)過程所需要控制的工藝參數(shù),在串級控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。副變量:副變量:串級控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種串級控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要引入的輔助變量。需要引入的輔助變量。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對象 主對象 副測量、變送 主測量、變送 主被控 變量 干擾 干擾 - 副測量值 - 副回路(副控制系統(tǒng)) 主回路 副對象:副變量副對象:副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。主對象:主變量主對象:主變量表征其特
9、性的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程。表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對象 主對象 副測量、變送 主測量、變送 主被控 變量 副干擾 主干擾 - 副測量值 - 副回路(副控制系統(tǒng)) 主回路 副控制器:副控制器:其給定值來自主控制器的輸出,并按副變其給定值來自主控制器的輸出,并按副變量的測量值與給定值的偏差而工作的控制器(又名量的測量值與給定值的偏差而工作的控制器(又名隨隨動控制器動控制器)。)。 為什么把副控制器又稱為隨動控制器呢?為什么把副控制器又稱為隨動控制器呢?主控制器:主控制器:按主變量的按主變量的測量值
10、測量值與與給定值給定值偏差偏差而工作,而工作,其輸出作為副變量給定值的控制器(其輸出作為副變量給定值的控制器(主導(dǎo)控制器主導(dǎo)控制器)。)。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對象 主對象 副測量、變送 主測量、變送 主被控 變量 副干擾 主干擾 - 副測量值 - 副回路(副控制系統(tǒng)) 主回路 主回路:主回路:由主變量的測量變送裝置,主、副控制器,由主變量的測量變送裝置,主、副控制器,執(zhí)行器和主、副對象構(gòu)成的外回路。也稱為外環(huán)或執(zhí)行器和主、副對象構(gòu)成的外回路。也稱為外環(huán)或主環(huán)。主環(huán)。副回路:副回路:由負(fù)變量的測量變送裝置、副控制器、執(zhí)由
11、負(fù)變量的測量變送裝置、副控制器、執(zhí)行器和副對象所構(gòu)成的內(nèi)回路。也稱為內(nèi)環(huán)或副環(huán)。行器和副對象所構(gòu)成的內(nèi)回路。也稱為內(nèi)環(huán)或副環(huán)。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對象 主對象 副測量、變送 主測量、變送 主被控 變量 干擾 干擾 - 副測量值 - 副回路(副控制系統(tǒng)) 主回路 主測量值、副測量值:主測量值、副測量值:相應(yīng)被控變量的測量值。相應(yīng)被控變量的測量值。主設(shè)定值、副設(shè)定值:主設(shè)定值、副設(shè)定值:主設(shè)定值是主被控變量的期主設(shè)定值是主被控變量的期望值,由主控制器內(nèi)部設(shè)定。副設(shè)定值由主控制器望值,由主控制器內(nèi)部設(shè)定。副設(shè)定值由主控制器的
12、輸出信號提供。的輸出信號提供。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對象 主對象 副測量、變送 主測量、變送 主被控 變量 干擾 干擾 - 副測量值 - 副回路(副控制系統(tǒng)) 主回路 8.1.2 控制過程控制過程只考慮上圖中的只考慮上圖中的f1、f2 if P S進(jìn)入爐膛燃料油T一方面:一方面:另一方面:另一方面:SSTT通過副回路負(fù)反饋SMSTTT通過主回路負(fù)反饋小結(jié)小結(jié):由于副環(huán)的作用使控制作用變得更快、更強。由于副環(huán)的作用使控制作用變得更快、更強。 (1)擾動作用于副對象擾動作用于副對象: u rS eM yM rM TMC TS
13、C 控制閥 溫度對象 1 溫度對象 2 TS測量變送 TM測量變送 出 口 溫度 TM 干擾 f1 干擾 f2 干擾 f3 爐 膛 溫度 TS - yS eS - q (2)擾動作用于主對象擾動作用于主對象:只考慮下圖中的只考慮下圖中的f3 3SMMfTTT不變通過整個系統(tǒng)負(fù)反饋 u rS eM yM rM TMC TSC 控制閥 溫度對象 1 溫度對象 2 TS測量變送 TM測量變送 出 口 溫度 TM 干擾 f1 干擾 f2 干擾 f3 爐 膛 溫度 TS - yS eS - q 小結(jié)小結(jié):擾動作用于主對象時,串級控制也能有效擾動作用于主對象時,串級控制也能有效地克服擾動。地克服擾動。 結(jié)
14、論結(jié)論:串級控制系統(tǒng),副環(huán)的增加使得整個系統(tǒng)克服擾動串級控制系統(tǒng),副環(huán)的增加使得整個系統(tǒng)克服擾動的能力的能力更強更強、作用、作用更及時更及時,控制性能明顯提高。,控制性能明顯提高。 8.1.3 系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點(1)(1)分級控制思想分級控制思想(2)(2)串級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將一個控制通道較長的對象分解為兩個對象。將一個控制通道較長的對象分解為兩個對象。兩個對象、兩個控制器、兩個測量變送器、一兩個對象、兩個控制器、兩個測量變送器、一個執(zhí)行器個執(zhí)行器(3)(3)系統(tǒng)的工作方式系統(tǒng)的工作方式(4)(4)控制性能控制性能副環(huán)既是隨動又是定值控制系統(tǒng);主環(huán)是定值副環(huán)既是隨動又是定值控制系統(tǒng);主環(huán)
15、是定值控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)。由于副回路的引入,改善了對象特性,系統(tǒng)對由于副回路的引入,改善了對象特性,系統(tǒng)對于擾動反映更及時,可有效地克服于擾動反映更及時,可有效地克服滯后滯后,提高控制,提高控制性能。性能。8.1.4 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計主被控變量的選擇原則:主被控變量的選擇原則:與簡單控制系統(tǒng)相同與簡單控制系統(tǒng)相同(1)(1)主、副被控變量的選擇主、副被控變量的選擇盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變量;量;所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定安全安全高效高效的要求;的要求;必須考慮自動化儀表及裝置的現(xiàn)狀。必須考慮自動化儀表
16、及裝置的現(xiàn)狀。副被控變量的選擇原則:副被控變量的選擇原則:必須保證它是操縱變量到主被控變量通道中的一個必須保證它是操縱變量到主被控變量通道中的一個適當(dāng)中間變量。適當(dāng)中間變量。串級控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵串級控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵使主要擾動作用于副對象上使主要擾動作用于副對象上使副對象包含使副對象包含適當(dāng)多適當(dāng)多的擾動的擾動主、副對象的時間常數(shù)不能太接近主、副對象的時間常數(shù)不能太接近通常使通常使T Ts s明明顯顯 T TM M原因:原因:一方面:如果相差很小,失去設(shè)置副環(huán)的意義一方面:如果相差很小,失去設(shè)置副環(huán)的意義 另一方面:如果基本相等,系統(tǒng)可能出現(xiàn)另一方面:如果基本相等,系統(tǒng)可能出現(xiàn)“共共振振”,
17、降低控制質(zhì)量甚至?xí)霈F(xiàn)不穩(wěn)定,降低控制質(zhì)量甚至?xí)霈F(xiàn)不穩(wěn)定(2)(2)控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇主控制器控制規(guī)律:主控制器控制規(guī)律:原則:與簡單控制類似原則:與簡單控制類似從工藝上來說,采用串級控制系統(tǒng)的主被控變量是從工藝上來說,采用串級控制系統(tǒng)的主被控變量是主要參數(shù),不允許有余差。主要參數(shù),不允許有余差。PI/PID(PI/PID(滯后較大時滯后較大時) )副控制器控制規(guī)律:副控制器控制規(guī)律:依據(jù):依據(jù):副環(huán)是隨動控制系統(tǒng),副被控變量的控制可副環(huán)是隨動控制系統(tǒng),副被控變量的控制可以有余差。為了使副環(huán)盡可能的發(fā)揮其作用。以有余差。為了使副環(huán)盡可能的發(fā)揮其作用。所以:所以:一般選擇一般選擇P
18、P控制,而且比例度選的較小。控制,而且比例度選的較小。(3)(3)控制器作用方向的選擇控制器作用方向的選擇依據(jù):使系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)依據(jù):使系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)副控制器方向的選擇與簡單系統(tǒng)類似。副控制器方向的選擇與簡單系統(tǒng)類似。如何選擇?如何選擇?副控制器正、反作用的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣副控制器正、反作用的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式來確定。關(guān)形式來確定。主控制器正、反作用的選擇根據(jù)副被控變量對主被主控制器正、反作用的選擇根據(jù)副被控變量對主被控變量的影響關(guān)系來確定。控變量的影響關(guān)系來確定。例題:下圖所示的加熱爐溫度例題:下圖所示的加熱爐溫度- -壓力串級控制系壓力串級控制系統(tǒng),試畫出該系統(tǒng)的方
19、塊圖,并分別確定主、統(tǒng),試畫出該系統(tǒng)的方塊圖,并分別確定主、副控制器的正、反作用。副控制器的正、反作用。圖圖8-6 加熱爐溫度加熱爐溫度-壓力串級控制系統(tǒng)壓力串級控制系統(tǒng) T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 圖圖8-7 加熱爐溫度加熱爐溫度- -壓力壓力串級控制系統(tǒng)方塊圖串級控制系統(tǒng)方塊圖 u rS eM yM rM TC PC =TM 控制閥 壓力對象 溫度對象 P 測量變送 TM測量變送 出 口 溫度 T 干擾 f1 干擾 f2 干擾 f3 管 道 壓力 P - yS eS - q 解答:解答:(1)(1)閥的氣開、氣關(guān)特性閥的氣
20、開、氣關(guān)特性(應(yīng)如何選擇?)(應(yīng)如何選擇?) T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 依據(jù)安全原則,當(dāng)供氣中斷時,應(yīng)使控制閥處于全依據(jù)安全原則,當(dāng)供氣中斷時,應(yīng)使控制閥處于全關(guān)閉狀態(tài),不致燒壞加熱爐,所以應(yīng)選氣開閥關(guān)閉狀態(tài),不致燒壞加熱爐,所以應(yīng)選氣開閥PePusy燃料量閥開度副控副控制器制器(2)(2)控制器的正、反作用控制器的正、反作用(如何確定?)(如何確定?) T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 所以:副控制器應(yīng)選所以:副控制器應(yīng)選反作用反作用。因為:因為:所以:主控制器
21、應(yīng)選所以:主控制器應(yīng)選反作用反作用。若兩者一致,則選正作用。若兩者一致,則選正作用。PTT 要求才能使因為:因為:主控主控制器制器 T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 結(jié)論:結(jié)論:副調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇要依據(jù)閥門的副調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇要依據(jù)閥門的氣開、氣關(guān)特性;主調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇與氣開、氣關(guān)特性;主調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇與閥門的氣開、氣關(guān)形式無關(guān)。閥門的氣開、氣關(guān)形式無關(guān)。DDZ-DDZ-儀表投運步驟:儀表投運步驟:將主控制器設(shè)定為將主控制器設(shè)定為內(nèi)設(shè)定方式內(nèi)設(shè)定方式,副控制器設(shè)定為,副控制器設(shè)定為外設(shè)定方式外設(shè)定方式;為
22、什么?為什么?在副控制器處于軟手動狀態(tài)下進(jìn)行遙控操作,使在副控制器處于軟手動狀態(tài)下進(jìn)行遙控操作,使主被控變量在主設(shè)定值附近穩(wěn)定下來;主被控變量在主設(shè)定值附近穩(wěn)定下來;將副控制器切入自動;將副控制器切入自動;最后將主控制器切入自動。最后將主控制器切入自動。先手動后自動,先內(nèi)后外先手動后自動,先內(nèi)后外(4)(4)系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運串級系統(tǒng)的投運與所選儀表有關(guān)。串級系統(tǒng)的投運與所選儀表有關(guān)。(5)(5)主、副控制器參數(shù)的工程整定主、副控制器參數(shù)的工程整定兩步整定法:兩步整定法:先整定副控制器,后整定主控制器。先整定副控制器,后整定主控制器。步驟如下:步驟如下:在工況穩(wěn)定,主、副控制器都在純比例作用的條
23、件下,將在工況穩(wěn)定,主、副控制器都在純比例作用的條件下,將主控制器的比例度先固定在主控制器的比例度先固定在100%100%,然后逐漸減小副控制器的,然后逐漸減小副控制器的比例度,求取副回路在比例度,求取副回路在滿足某種衰減比(滿足某種衰減比(4:14:1或或10:110:1)過渡)過渡過程下的副控制器的比例度過程下的副控制器的比例度ssss和振蕩周期和振蕩周期T Tssss。在副控制器的比例度為在副控制器的比例度為ssss的條件下,逐步減小主控制器的條件下,逐步減小主控制器的比例度,在的比例度,在同樣衰減比下,得到主控制器的同樣衰減比下,得到主控制器的MMMM和和T TMMMM 。根據(jù)得到的根
24、據(jù)得到的ssss、T Tssss 、MMMM和和T TMMMM ,查找主、副控制器的,查找主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。比例度、積分時間和微分時間。按按“先副后主先副后主”、“先比例次積分后微分先比例次積分后微分”的整定方法,的整定方法,將得到的控制器參數(shù)加到控制器上。將得到的控制器參數(shù)加到控制器上。觀察控制過程,再作適當(dāng)調(diào)整。觀察控制過程,再作適當(dāng)調(diào)整。一步整定法:一步整定法:只整定主控制器,副控制器的參數(shù)按經(jīng)只整定主控制器,副控制器的參數(shù)按經(jīng)驗值設(shè)定。驗值設(shè)定。依據(jù):依據(jù):在串級控制系統(tǒng)中,主變量是工藝的主要操作在串級控制系統(tǒng)中,主變量是工藝的主要操作指標(biāo),直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量
25、,對它要求比較嚴(yán)格。指標(biāo),直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量,對它要求比較嚴(yán)格。副變量的設(shè)置主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量,對副變量的設(shè)置主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量,對副變量本身沒有很高的要求,允許它在一定范圍內(nèi)變副變量本身沒有很高的要求,允許它在一定范圍內(nèi)變化。化。步驟如下:步驟如下:在生產(chǎn)正常,系統(tǒng)為純比例運行條件下,根據(jù)經(jīng)驗在生產(chǎn)正常,系統(tǒng)為純比例運行條件下,根據(jù)經(jīng)驗將副控制器的比例度調(diào)到某一適當(dāng)值。將副控制器的比例度調(diào)到某一適當(dāng)值。利用簡單控制系統(tǒng)的任一參數(shù)整定方法整定主控制利用簡單控制系統(tǒng)的任一參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。器的參數(shù)。如果出現(xiàn)如果出現(xiàn)“共振共振”現(xiàn)象,適當(dāng)調(diào)整主控制器和副控現(xiàn)
26、象,適當(dāng)調(diào)整主控制器和副控制器的參數(shù)整定值。制器的參數(shù)整定值。副控制器的經(jīng)驗值:副控制器的經(jīng)驗值:表表8-1 8-1 一步整定法副控制器比例度的經(jīng)驗值一步整定法副控制器比例度的經(jīng)驗值 副變量類型 副控制器比例度SS(%) 副控制器比例放大倍數(shù) KPS 溫度 流量 壓力 液位 5.01.25 2080 4080 3070 2060 2.51.25 3.01.4 5.01.7 串級控制系統(tǒng)適用場合:串級控制系統(tǒng)適用場合:采用簡單控制質(zhì)量較差,或要求被控變量的誤差采用簡單控制質(zhì)量較差,或要求被控變量的誤差范圍很小,簡單控制系統(tǒng)不能滿足工藝要求。范圍很小,簡單控制系統(tǒng)不能滿足工藝要求。當(dāng)對象的滯后較大
27、,干擾比較劇烈、頻繁,當(dāng)對象的滯后較大,干擾比較劇烈、頻繁,復(fù)雜控制系統(tǒng)中用的最多的一種。復(fù)雜控制系統(tǒng)中用的最多的一種。例題:如圖所示為一鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)的示意例題:如圖所示為一鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)的示意圖,要求鍋爐不能燒干。圖,要求鍋爐不能燒干。(1 1)確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式,確定控制器)確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式,確定控制器的正、反作用,并簡述當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽的正、反作用,并簡述當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時,該控制系統(tǒng)是如何克服干擾的?蒸發(fā)量增加時,該控制系統(tǒng)是如何克服干擾的? LTLTLCLC加加熱熱室室汽汽包包蒸汽蒸汽 冷水冷水(2 2)如果冷水閥前后壓力波)
28、如果冷水閥前后壓力波動較大,請設(shè)計一個以汽包液動較大,請設(shè)計一個以汽包液位為主變量、冷水壓力為副變位為主變量、冷水壓力為副變量的串級控制系統(tǒng)。要求畫出量的串級控制系統(tǒng)。要求畫出帶控制點的工藝流程圖,確定帶控制點的工藝流程圖,確定主、副控制器的正、反作用,主、副控制器的正、反作用,簡要說明該系統(tǒng)是如何克服擾簡要說明該系統(tǒng)是如何克服擾動影響的。動影響的。 解:(解:(1 1)因為:從安全的角度考慮,鍋爐汽包)因為:從安全的角度考慮,鍋爐汽包內(nèi)的液位不能過低。因此,當(dāng)供氣中斷時,冷水內(nèi)的液位不能過低。因此,當(dāng)供氣中斷時,冷水閥應(yīng)該全開。閥應(yīng)該全開。所以:控制閥應(yīng)該選擇氣關(guān)閥。所以:控制閥應(yīng)該選擇氣關(guān)
29、閥。因為:因為:所以:控制器應(yīng)選正作用。所以:控制器應(yīng)選正作用。當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時,液位當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時,液位L L降低,檢測變送環(huán)節(jié)降低,檢測變送環(huán)節(jié)LTLT把信息送給控制器把信息送給控制器LCLC,LCLC根據(jù)偏差及控制規(guī)律開大冷水閥,使液位根據(jù)偏差及控制規(guī)律開大冷水閥,使液位L L回回升到設(shè)定值。升到設(shè)定值。LyeLu閥開度(2 2)以汽包液位為主變量、冷水流量為副變量)以汽包液位為主變量、冷水流量為副變量的串級控制系統(tǒng)帶控制點的工藝流程圖為:的串級控制系統(tǒng)帶控制點的工藝流程圖為: 副控制器:副控制器: 因為:因為: 所以:副控制器選正作用。所以:副
30、控制器選正作用。主控制器:主控制器: 因為:因為: 所以:主控制器選反作用。所以:主控制器選反作用。PyePu閥開度LPL要求才能使LTLTLCLC加加熱熱室室汽汽包包蒸汽蒸汽 冷水冷水PTPTPCPC8.2 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)圖圖8-8 8-8 前后精餾塔的物料平衡關(guān)系前后精餾塔的物料平衡關(guān)系(矛盾)(矛盾) LT LC FT FC 甲塔 乙塔 8.2.1 均勻控制的原理均勻控制的原理圖圖8-8 8-8 為連續(xù)精餾的為連續(xù)精餾的多塔分離過程。多塔分離過程。甲塔甲塔:塔釜液位是一:塔釜液位是一個重要工藝參數(shù)。個重要工藝參數(shù)。乙塔乙塔:希望進(jìn)料量穩(wěn):希望進(jìn)料量穩(wěn)定,即流量是其要控定,即流量
31、是其要控制的工藝參數(shù)制的工藝參數(shù)矛盾的解決辦法:矛盾的解決辦法:中間增加儲罐(增加流程復(fù)雜性,中間增加儲罐(增加流程復(fù)雜性,投資增加)。投資增加)。怎么辦?怎么辦?圖圖8-8 8-8 前后精餾塔的物料平衡關(guān)系前后精餾塔的物料平衡關(guān)系(矛盾)(矛盾) LT LC FT FC 甲塔 乙塔 為了求共存:為了求共存:均勻控制的目的:均勻控制的目的: 從控制方案出發(fā),解決前后工序供求矛盾,達(dá)到從控制方案出發(fā),解決前后工序供求矛盾,達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)工作(如使液位和流量均勻變化)。前后兼顧協(xié)調(diào)工作(如使液位和流量均勻變化)。矛盾雙方都矛盾雙方都降低要求降低要求采用均勻控制的前提采用均勻控制的前提條件:條件:
32、 系統(tǒng)需要控制的兩系統(tǒng)需要控制的兩個或多個變量的要求個或多個變量的要求不是很高,可以在一不是很高,可以在一定范圍內(nèi)波動。定范圍內(nèi)波動。圖圖8-9 8-9 控制目標(biāo)的調(diào)整控制目標(biāo)的調(diào)整 (a) 流量 液位 液位 流量 (b) t t 液位 流量 (c) LT LC FT FC 甲塔 乙塔 均勻控制的特點:均勻控制的特點:表征前后供求矛盾的兩個變量在控制過程中都應(yīng)表征前后供求矛盾的兩個變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。該是緩慢變化的。前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應(yīng)保持在所前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動。允許的范圍內(nèi)波動。均勻控制的實現(xiàn)方法:均勻控制的實現(xiàn)方法: 通
33、過控制器的通過控制器的參數(shù)整定參數(shù)整定來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。8.2.2 均勻控制方案均勻控制方案(1)(1)簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng) LT LC 甲塔 乙塔 圖圖8-10 8-10 簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)左圖可以實現(xiàn)基本滿左圖可以實現(xiàn)基本滿足甲塔液位和乙塔進(jìn)足甲塔液位和乙塔進(jìn)料流量的控制要求。料流量的控制要求。結(jié)構(gòu)與簡單液位控制結(jié)構(gòu)與簡單液位控制系統(tǒng)一樣。系統(tǒng)一樣。參數(shù)整定:參數(shù)整定:要按照要按照均勻控制思想均勻控制思想進(jìn)行。一般采用進(jìn)行。一般采用P P控控制,且制,且先放在較大,然后同時觀察兩個被控變量的先放在較大,然后同時觀察兩個被控變量的過渡過程,達(dá)到均勻的目的。有時為了防止
34、液位超限,過渡過程,達(dá)到均勻的目的。有時為了防止液位超限,也引入較弱的積分作用。微分作用與均勻矛盾,不能也引入較弱的積分作用。微分作用與均勻矛盾,不能采用。采用。與簡單控制系與簡單控制系統(tǒng)相比,有何統(tǒng)相比,有何特點?特點?(2)(2)串級均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制系統(tǒng) LT LC FT FC 甲塔 乙塔 圖圖8-11 8-11 串級均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)對簡單均勻控制系統(tǒng)對壓力擾動反映不及時。壓力擾動反映不及時。另外,當(dāng)系統(tǒng)的自衡另外,當(dāng)系統(tǒng)的自衡能力較強時,控制效能力較強時,控制效果也較差。為此引入果也較差。為此引入串級均勻控制系統(tǒng)。串級均勻控制系統(tǒng)。串級均勻控制器主、副
35、控制器均采用串級均勻控制器主、副控制器均采用P P控制,只控制,只是在要求較高時,為了防止偏差超過范圍,才是在要求較高時,為了防止偏差超過范圍,才引入適當(dāng)?shù)囊脒m當(dāng)?shù)腎 I作用。作用。與串級控制系與串級控制系統(tǒng)相比,有何統(tǒng)相比,有何特點?特點?參數(shù)整定:參數(shù)整定:在串級均勻控制系統(tǒng)中,參數(shù)整在串級均勻控制系統(tǒng)中,參數(shù)整定的目的不是使變量盡快地回到給定值,而定的目的不是使變量盡快地回到給定值,而是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢變化。是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢變化。整整定方法也與一般的串級控制系統(tǒng)不同。定方法也與一般的串級控制系統(tǒng)不同。不是不是要求主、副變量的過渡過程成某個衰減比變要求主、副變量
36、的過渡過程成某個衰減比變化,而是要求主、副變量化,而是要求主、副變量“均勻均勻”的得到控的得到控制。制。均勻控制器參數(shù)值一般較大。均勻控制器參數(shù)值一般較大。適用場合:適用場合:串級均勻控制系統(tǒng)適用于調(diào)節(jié)閥前后串級均勻控制系統(tǒng)適用于調(diào)節(jié)閥前后壓力擾動較大,過程自衡作用較顯著以及對流量壓力擾動較大,過程自衡作用較顯著以及對流量要求比較平穩(wěn)的場合,其控制質(zhì)量較高。要求比較平穩(wěn)的場合,其控制質(zhì)量較高。8.3 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)8.3.1 比值控制基本概念比值控制基本概念目的:目的:在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,常常需要將兩種或兩在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,常常需要將兩種或兩種以上的物料按一定的比例關(guān)系進(jìn)行混合。比
37、值控種以上的物料按一定的比例關(guān)系進(jìn)行混合。比值控制的目的是為了實現(xiàn)幾種物料按一定比例混合,使制的目的是為了實現(xiàn)幾種物料按一定比例混合,使生產(chǎn)安全、正常地進(jìn)行。生產(chǎn)安全、正常地進(jìn)行。定義:定義:實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng),稱為比值控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng),稱為比值控制系統(tǒng)。主動量(主流量)主動量(主流量):在需要保持比值關(guān)系的兩種物料在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中,必有一種物料處于主導(dǎo)地位,稱此物料為主動量中,必有一種物料處于主導(dǎo)地位,稱此物料為主動量( (F FM M) )。從動量(從流量):從動量(從流量):另一種物料按主物料進(jìn)行配比,
38、另一種物料按主物料進(jìn)行配比,在控制過程中隨主物料而變化,因此稱為從動量在控制過程中隨主物料而變化,因此稱為從動量( (F FS S) )。從動量與主動量要滿足關(guān)系式從動量與主動量要滿足關(guān)系式:/SMkFF其中,其中,k為從動量與主動量的比值。為從動量與主動量的比值。類型:類型:單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)8.3.2 比值控制系統(tǒng)類型比值控制系統(tǒng)類型(1)(1)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) FMT FSC FST K 主動量 從動量 爐 膛 左圖左圖(a)為一燃燒過程。為一燃燒過程。主動量:燃料主動量:燃料從動量:空
39、氣從動量:空氣圖圖(b)為其方塊圖。為其方塊圖。(a) 燃燒過程比值控制系統(tǒng)燃燒過程比值控制系統(tǒng)(b)加熱爐溫度加熱爐溫度-壓力串級控壓力串級控制系統(tǒng)方塊圖制系統(tǒng)方塊圖8-12 單閉單閉環(huán)比環(huán)比值控值控制系制系統(tǒng)統(tǒng) T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)的區(qū)別制系統(tǒng)的區(qū)別 主流量 副流量 主測量變送 副測量變送 控制器 控制閥 對象 FM KFM FS K - (a)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測量值 主控 制器 副控
40、 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對象 主對象 副測量、變送 主測量、變送 主被控 變量 副干擾 主干擾 - 副測量值 - 副回路(副控制系統(tǒng)) 主回路 (b)串級控制系統(tǒng)方塊圖)串級控制系統(tǒng)方塊圖結(jié)構(gòu)上:沒有主對象、主控制器;結(jié)構(gòu)上:沒有主對象、主控制器;串級中,副變量是操縱變量到主被控變量之間串級中,副變量是操縱變量到主被控變量之間的一個中間變量,會影響主被控變量,在比值的一個中間變量,會影響主被控變量,在比值中,從動量不會影響主動量。中,從動量不會影響主動量。本質(zhì)區(qū)別本質(zhì)區(qū)別單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)的區(qū)別:單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)的區(qū)別: 從動量控制系統(tǒng)既是一個從動量控制系統(tǒng)
41、既是一個隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)又是一又是一個個定值控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能克服從動量的波動,從動量的波動,使使其隨主動量的變化而變化,使它們保持比值關(guān)系。其隨主動量的變化而變化,使它們保持比值關(guān)系。結(jié)論:結(jié)論:在單閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加一在單閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加一個主動量控制系統(tǒng),就構(gòu)成雙閉環(huán)控個主動量控制系統(tǒng),就構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。框圖如下:制系統(tǒng)。框圖如下:(2)(2)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 主流量 設(shè)定值 主流量 副流量 主測量變送 副測量變送 副控制器 副控制閥 副流量對象 FM KFM FS K - 主流量對象
42、主控制閥 主控制器 - 副流量 設(shè)定值 8-13 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖8-13 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)實際上是由一個實際上是由一個定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)和和一個一個隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)組成,它不僅能保持兩個流量之間組成,它不僅能保持兩個流量之間的比值,而且能保證總流量不變。的比值,而且能保證總流量不變。適用場合:適用場合:主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于總流量總流量需要調(diào)整的場合。需要調(diào)整的場合。 主流量 設(shè)定值 主流量 副流量 主測量變送 副測量變送 副控制器 副控制閥 副流量對象 FM KFM FS K - 主流
43、量對象 主控制閥 主控制器 - 副流量 設(shè)定值 (3)(3)變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng) 在有些生產(chǎn)過程中,需要兩種物料的比值按在有些生產(chǎn)過程中,需要兩種物料的比值按具體的工礦而改變,此時就需用變比值控制系統(tǒng)。具體的工礦而改變,此時就需用變比值控制系統(tǒng)。 TC FC TT 水蒸氣 半水煤氣 觸煤層 變換爐 FMT FST 8-14 變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)右圖是合成氨生產(chǎn)過程右圖是合成氨生產(chǎn)過程中煤造氣工段的變比值中煤造氣工段的變比值控制系統(tǒng)示意圖。控制系統(tǒng)示意圖。從結(jié)構(gòu)上看,實際上是水蒸氣、半水煤氣的比值串從結(jié)構(gòu)上看,實際上是水蒸氣、半水煤氣的比值串級控制系統(tǒng)。級控制系統(tǒng)。目的是使變換爐
44、觸煤層的溫度目的是使變換爐觸煤層的溫度恒定在工藝要求的設(shè)定值上。恒定在工藝要求的設(shè)定值上。在生產(chǎn)過程中,半水煤在生產(chǎn)過程中,半水煤氣與水蒸氣的量需保持氣與水蒸氣的量需保持一定的比值,但其比值一定的比值,但其比值系數(shù)要能隨一段觸煤層系數(shù)要能隨一段觸煤層的溫度變化而變化,才的溫度變化而變化,才能在較大負(fù)荷變化下保能在較大負(fù)荷變化下保持良好的控制質(zhì)量。持良好的控制質(zhì)量。 FM 測量變送 比值控制器 執(zhí)行器 副流量對象 - 主對象 (變換爐) 測量變送 除法器 主控制器 - 主、測量變送 FS 該控制系統(tǒng)控制精度高,雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但該控制系統(tǒng)控制精度高,雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但應(yīng)用范圍還較廣。應(yīng)用
45、范圍還較廣。8-15變比值控制系統(tǒng)方塊圖變比值控制系統(tǒng)方塊圖8.3.3 比值系數(shù)的計算比值系數(shù)的計算比值系數(shù)比值系數(shù)K是設(shè)置于比值函數(shù)模塊或比值控制器是設(shè)置于比值函數(shù)模塊或比值控制器(RC)的參數(shù)。的參數(shù)。流量比流量比k是流量是流量FS(F2) / FM(F1)的比值。的比值。在相乘方案中,當(dāng)采用電動單元組合儀表時,流量在相乘方案中,當(dāng)采用電動單元組合儀表時,流量q與變送器輸出電流與變送器輸出電流I的對應(yīng)關(guān)系是的對應(yīng)關(guān)系是maxminminmax()qIIIIq其中其中,qmax是變送器量程是變送器量程。(1)(1)流量與其測量信號呈線性關(guān)系流量與其測量信號呈線性關(guān)系(用差壓變送器時帶有開方器
46、)(用差壓變送器時帶有開方器)從動量流量調(diào)節(jié)器的從動量流量調(diào)節(jié)器的測量信號測量信號22maxminmin2max()qIIIIq設(shè)定設(shè)定信號信號111minminmaxminmin1max()()qIK IIIKIIIq控制控制結(jié)果結(jié)果2max21211max,qqIIKqq即因此1max1max212max2maxqqqKkqqq當(dāng)采用當(dāng)采用氣動單元組合儀表氣動單元組合儀表時,流量時,流量q與變送器輸出氣壓與變送器輸出氣壓p的對應(yīng)關(guān)系為的對應(yīng)關(guān)系為maxminminmax()qppppq即即max8020qpq其中,其中,qmax為變送器量程。為變送器量程。從動量流量調(diào)節(jié)器從動量流量調(diào)節(jié)器的
47、測量信號的測量信號設(shè)定信號設(shè)定信號控制結(jié)果控制結(jié)果因此因此222max8020qpq1111max(20)208020pK pqKq2max21211max,qqppKqq即1max1max212max2maxqqqKkqqq1max1max212max2maxqqqKkqqq1max1max212max2maxFFFKkFFF我們得到我們得到的結(jié)果的結(jié)果書上結(jié)果書上結(jié)果結(jié)論:結(jié)論:比值系數(shù)與變送器的量程、要求的從動量比值系數(shù)與變送器的量程、要求的從動量與主動量的對應(yīng)比例關(guān)系有關(guān),與變送氣的電器零與主動量的對應(yīng)比例關(guān)系有關(guān),與變送氣的電器零點無關(guān)。點無關(guān)。(2)(2)流量與其測量信號呈平方關(guān)系
48、流量與其測量信號呈平方關(guān)系(用差壓變送器時不帶開方器)(用差壓變送器時不帶開方器)maxminminmax2maxminminmax()()pIIIIpqIIIq其中其中,qmax是變送器量程是變送器量程。在相乘方案中,當(dāng)采用電動單元組合儀表時,流量在相乘方案中,當(dāng)采用電動單元組合儀表時,流量q與變送器輸出電流與變送器輸出電流I的對應(yīng)關(guān)系是的對應(yīng)關(guān)系是設(shè)定信號設(shè)定信號11minmin21maxminmin1max()()IK IIIqKIIIq控制結(jié)果控制結(jié)果因此因此222max21211max,qqIIKqq即22221max1max212max2maxqqqKkqqq 從動量流量調(diào)節(jié)器的測
49、量信號從動量流量調(diào)節(jié)器的測量信號222maxminmin2max()qIIIIq當(dāng)采用當(dāng)采用氣動單元組合儀表氣動單元組合儀表時,流量時,流量q與變送器輸出氣壓與變送器輸出氣壓p的對應(yīng)關(guān)系為的對應(yīng)關(guān)系為maxminminmax()pppppp即即max2max80208020pppqq從動量流量調(diào)節(jié)從動量流量調(diào)節(jié)器的測量信號器的測量信號設(shè)定信號設(shè)定信號控制結(jié)果控制結(jié)果因此因此2222max8020qpq11211max(20)208020pK pqKq222max21211max,qqppKqq即22221max1max212max2maxqqqKkqqq 我們得到我們得到的結(jié)果的結(jié)果書上結(jié)果書
50、上結(jié)果22221max1max212max2maxFFFKkFFF 22221max1max212max2maxqqqKkqqq (1)用或不用開放器都可以進(jìn)行比值控制,只是前者的用或不用開放器都可以進(jìn)行比值控制,只是前者的K與與k成正比,后者的成正比,后者的K與與k2 成正比,當(dāng)量程不變,儀成正比,當(dāng)量程不變,儀表表K值的調(diào)節(jié)范圍一定時,不帶開放器時的值的調(diào)節(jié)范圍一定時,不帶開放器時的k的可調(diào)范的可調(diào)范圍縮小了。例如,圍縮小了。例如,K的可調(diào)范圍為的可調(diào)范圍為0.254,則不帶開放則不帶開放器時器時R的可調(diào)范圍不是的可調(diào)范圍不是0.254,只有只有0.52。(2)使使K=k的條件:帶開放器的
51、是的條件:帶開放器的是q1max=q2max,不帶開方不帶開方器的是器的是kq21max=q22max 。(3)在同樣的比值在同樣的比值k下,通過調(diào)整下,通過調(diào)整q1max、q2max 也可改變比也可改變比值系數(shù)值系數(shù)K。結(jié)論:結(jié)論:1max1max212max2maxqqqKkqqq22221max1max212max2maxqqqKkqqq 8.4 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)8.4.1 分程控制基本概念分程控制基本概念 c(t) R(t) 執(zhí)行器 對象 測量變送 控制器 - c(t) R(t) 執(zhí)行器 1 對象 測量變送 控制器 - 執(zhí)行器 2 8-16 簡單控制系統(tǒng)方塊圖及其特性簡單控制系
52、統(tǒng)方塊圖及其特性8-17 分程控制系統(tǒng)方塊圖及其特性分程控制系統(tǒng)方塊圖及其特性 100 0.1 控制信號 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 0.06 100 0.1 控制信號 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 分程控制特性類型分程控制特性類型:兩個閥門時,有以下兩個閥門時,有以下4 4種情況種情況 0.06 100 0.1 控制信號 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 (a) 0.06 100 0.1 控制信號 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 (b) 0.06 100 0.1 控制信號 0.02 閥門 開度 (%) P/M
53、Pa 0 1 2 c) 0.06 100 0.1 控制信號 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 (d) 8-18 分程控制特性類型分程控制特性類型分程控制系統(tǒng)的特點分程控制系統(tǒng)的特點:分程的實現(xiàn):分程的實現(xiàn):是通過是通過閥門定位器閥門定位器或電氣閥門定位器來實現(xiàn)的,或電氣閥門定位器來實現(xiàn)的,將調(diào)將調(diào)節(jié)器的輸出信號分為幾段,每段控制一個閥門動作。節(jié)器的輸出信號分為幾段,每段控制一個閥門動作。簡單控制系統(tǒng):一個控制器的輸出信號只控制一個執(zhí)簡單控制系統(tǒng):一個控制器的輸出信號只控制一個執(zhí)行器行器分程控制系統(tǒng):一個控制器的輸出信號同時控制幾個分程控制系統(tǒng):一個控制器的輸出信號同時控制幾
54、個工作范圍不同的調(diào)節(jié)器工作范圍不同的調(diào)節(jié)器8.4.2 分程控制的應(yīng)用分程控制的應(yīng)用(1)(1)提高控制閥的可調(diào)比提高控制閥的可調(diào)比在有些場合,調(diào)節(jié)手段只有一種,但要求操縱變在有些場合,調(diào)節(jié)手段只有一種,但要求操縱變量的流量需要極大的可調(diào)范圍(如量的流量需要極大的可調(diào)范圍(如100100:1 1),而),而國產(chǎn)閥的可調(diào)范圍只有國產(chǎn)閥的可調(diào)范圍只有3030。此時可將兩個大、小。此時可將兩個大、小閥并聯(lián)使用。閥并聯(lián)使用。例題:例題:設(shè)大、小兩個調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為設(shè)大、小兩個調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為CAmax=100,CBmax=4,可調(diào)范圍可調(diào)范圍RA=RB=30,兩個閥兩個閥均為氣開閥,
55、試求兩個閥并聯(lián)后的可調(diào)范圍。均為氣開閥,試求兩個閥并聯(lián)后的可調(diào)范圍。解:解: 因為因為maxminCRC故,可得小閥的最小流通能力為故,可得小閥的最小流通能力為maxmin40.13330BBBCCR 當(dāng)大、小閥并聯(lián)組合在一起時,閥的最小流通能當(dāng)大、小閥并聯(lián)組合在一起時,閥的最小流通能力為力為0.133,最大流通能力為,最大流通能力為104,所以調(diào)節(jié)閥的可調(diào),所以調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為范圍為maxmaxmin1047820.133ABTBCCRC 分程后閥的可調(diào)范圍比用單個閥的可調(diào)范圍約增分程后閥的可調(diào)范圍比用單個閥的可調(diào)范圍約增大了大了26.1倍,大大擴(kuò)展了可調(diào)范圍。倍,大大擴(kuò)展了可調(diào)范圍。 0
56、.06 100 0.1 控制信號 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 (a) (2)(2)交替使用不同的控制方式交替使用不同的控制方式 B A N2 PT PC 左圖左圖8-178-17為儲罐氮封分程控為儲罐氮封分程控制方案及特性圖。制方案及特性圖。有些油品儲罐的頂部需要充有些油品儲罐的頂部需要充滿氮氣以隔絕油品與空氣中滿氮氣以隔絕油品與空氣中氧氣的氧化作用。氧氣的氧化作用。儲罐頂部充滿氮氣,頂部氮儲罐頂部充滿氮氣,頂部氮氣壓力一般為微正壓。生產(chǎn)氣壓力一般為微正壓。生產(chǎn)過程中,壓力過程中,壓力p p會產(chǎn)生波動。會產(chǎn)生波動。8-19 儲罐氮封分程控制方案儲罐氮封分程控制方案 B
57、 A N2 PT PC 0.058 0.062 100 0.1 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 A B Lp儲罐會被鼓壞Lp儲罐會被吸癟方法:采用分程控制方法:采用分程控制8-19 儲罐氮封分程控制儲罐氮封分程控制A: 氣關(guān)閥氣關(guān)閥B: 氣開閥氣開閥采用分程控制的結(jié)果:采用分程控制的結(jié)果:LpeuABL關(guān) 開LpeuABL開 關(guān)A: 氣關(guān)閥氣關(guān)閥B: 氣開閥氣開閥注:用反作用調(diào)節(jié)器注:用反作用調(diào)節(jié)器 0.058 0.062 100 0.1 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 A B B A N2 PT PC (3)(3)滿足生產(chǎn)過程不同階段的需要滿足生產(chǎn)過程不同階段的需
58、要 氣關(guān)閥 TT TC A B 冷卻水 蒸汽 氣開閥 0.06 100 0.1 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 A B 采用反作用控制器采用反作用控制器分程控制的結(jié)果:分程控制的結(jié)果:反應(yīng)開始前:反應(yīng)開始前:反應(yīng)進(jìn)行一段時間后:反應(yīng)進(jìn)行一段時間后:STyeuABT關(guān) 開STyeuABT開 關(guān)8-21 間歇反應(yīng)器溫間歇反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)度分程控制系統(tǒng)8.4.2 分程控制對調(diào)節(jié)閥的要求分程控制對調(diào)節(jié)閥的要求(1)(1)根據(jù)根據(jù)工藝要求工藝要求選擇具有不同特性的分程類型選擇具有不同特性的分程類型(2)(2)泄漏量問題泄漏量問題 應(yīng)盡量使兩個調(diào)節(jié)閥都無泄漏,特別是大、小閥并聯(lián)時,應(yīng)盡
59、量使兩個調(diào)節(jié)閥都無泄漏,特別是大、小閥并聯(lián)時,如果大閥泄漏量過大,小閥不能充分發(fā)揮作用,可調(diào)范圍得不如果大閥泄漏量過大,小閥不能充分發(fā)揮作用,可調(diào)范圍得不到增加到增加(3)(3)流量特性問題流量特性問題在兩個調(diào)節(jié)閥的分程點上,調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可能會出現(xiàn)突變,在兩個調(diào)節(jié)閥的分程點上,調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可能會出現(xiàn)突變,表現(xiàn)在特性曲線上是折點,這在大、小閥并聯(lián)時尤其需要考慮表現(xiàn)在特性曲線上是折點,這在大、小閥并聯(lián)時尤其需要考慮兩閥為線性特性時情況嚴(yán)重;兩閥為對數(shù)特性是好一點。兩閥為線性特性時情況嚴(yán)重;兩閥為對數(shù)特性是好一點。解決辦法:選擇閥的特性時要注意解決辦法:選擇閥的特性時要注意 使分程信號重疊搭
60、接一小段區(qū)域使分程信號重疊搭接一小段區(qū)域8.6 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)8.6.1 前饋控制的概念前饋控制的概念反饋控制(閉環(huán)控制):反饋控制(閉環(huán)控制):控制器按照被控變量與設(shè)定值控制器按照被控變量與設(shè)定值的偏差來進(jìn)行控制。的偏差來進(jìn)行控制。存在的問題:存在的問題:當(dāng)被控變量偏離設(shè)定值,產(chǎn)生偏差后才進(jìn)行當(dāng)被控變量偏離設(shè)定值,產(chǎn)生偏差后才進(jìn)行控制,使得控制,使得控制作用滯后。控制作用滯后。前饋控制(開環(huán)控制):前饋控制(開環(huán)控制):控制器根據(jù)擾動或設(shè)定值的變控制器根據(jù)擾動或設(shè)定值的變化按化按補償原理補償原理進(jìn)行工作。進(jìn)行工作。特點:特點:擾動產(chǎn)生后,被控變量還未變化之前,根據(jù)擾動的大擾動產(chǎn)生后
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