化工仪表与自动控制6复杂控制系统课件.ppt

1、复 杂 控 制基 本 内 容123 复杂控制系统复杂控制系统工业应用案例工业应用案例-大中型工业锅炉汽包大中型工业锅炉汽包液位的检测与控制系统液位的检测与控制系统6.1复 杂 控 制 系 统 简单控制系统的特点是组成简单，需要自动化仪表少，设备投资简单控制系统的特点是组成简单，需要自动化仪表少，设备投资省，维修、投运和整定都比较简单，能解决生产中大量的定值控制问省，维修、投运和整定都比较简单，能解决生产中大量的定值控制问题，随着生产的发展，工艺的革新，生产过程的大型化和复杂化，题，随着生产的发展，工艺的革新，生产过程的大型化和复杂化，现代化生产往往对现代化生产往往对产品的质量提出更高的要求产品

2、的质量提出更高的要求,生产过程中的生产过程中的某些特某些特殊要求，如物料配比、前后生产工序协调、安全生产软保护等问题殊要求，如物料配比、前后生产工序协调、安全生产软保护等问题，这些问题都是简单控制系统所不能胜任的，因此，相应地就出现了一这些问题都是简单控制系统所不能胜任的，因此，相应地就出现了一些些与简单控制系统不同的其它控制形式与简单控制系统不同的其它控制形式，这些控制系统统称为复杂控，这些控制系统统称为复杂控制系统。制系统。6.1复 杂 控 制 系 统复杂控制系统复杂控制系统串级串级控制控制系统系统 均匀均匀控制控制系统系统比值比值控制控制系统系统分程分程控制控制系统系统 前馈前馈控制控制

3、系统系统 取代取代控制控制系统系统 三冲量三冲量控制系控制系统统 举例举例6.1复 杂 控 制 系 统u延长炉子寿命，防止炉管烧坏；延长炉子寿命，防止炉管烧坏；u保证后面精馏分离的质量。保证后面精馏分离的质量。6.1复 杂 控 制 系 统 6.1复 杂 控 制 系 统当燃料压力或燃料本身的热值变化后，先影响炉膛的当燃料压力或燃料本身的热值变化后，先影响炉膛的温度，然后通过传热过程才能逐渐影响原料油的出口温度，然后通过传热过程才能逐渐影响原料油的出口温度，这个温度，这个通道容量滞后很大通道容量滞后很大，时间常数约，时间常数约15min15min左左右，右，反应缓慢反应缓慢，而温度控制器，而温度控

4、制器TCTC是根据原料油的出口是根据原料油的出口温度与给定值的偏差工作的。所以当干扰作用在对象温度与给定值的偏差工作的。所以当干扰作用在对象上后，并不能较快地产生控制作用以克服干扰被控变上后，并不能较快地产生控制作用以克服干扰被控变量的影响。当工艺上要求原料油的出口温度非常严格量的影响。当工艺上要求原料油的出口温度非常严格时，为了解决容量滞后问题，还需对加热炉的工艺作时，为了解决容量滞后问题，还需对加热炉的工艺作进一步分析。进一步分析。6.1复 杂 控 制 系 统 管式加热炉出口温度串级控制系统管式加热炉出口温度串级控制系统6.1复 杂 控 制 系 统管式加热炉出口温度串级控制系统的方块图管式

5、加热炉出口温度串级控制系统的方块图6.1复 杂 控 制 系 统在上述控制系统中，有两个控制器在上述控制系统中，有两个控制器T T1 1C C和和T T2 2C C，接收来自对，接收来自对象不同部位的测量信号象不同部位的测量信号1 1和和2 2。T T1 1C C的输出作为的输出作为T T2 2C C的给的给定值，而后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系定值，而后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构看，这两个控制器是串接工作的。统的结构看，这两个控制器是串接工作的。6.1复 杂 控 制 系 统 工艺控制指标，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。工艺控制指标，在串级控制系统中起主

6、导作用的被控变量。为主变量表征其特性的生产设备。为主变量表征其特性的生产设备。为副变量表征其特性的工艺生产设备。为副变量表征其特性的工艺生产设备。串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要而引入的辅串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量。助变量。6.1复 杂 控 制 系 统 按主变量的测量值与给定值而工作，其输出作为副变量给定按主变量的测量值与给定值而工作，其输出作为副变量给定值的那个控制器。值的那个控制器。其给定值来自主控制器的输出，并按副变量的测量值与给定其给定值来自主控制器的输出，并按副变量的测量值与给定值的偏差而工作的那个控制器。值的偏差而工作的那个控制器。由主变量的测

7、量变送装置，主、副控制器，执行器和主、副对由主变量的测量变送装置，主、副控制器，执行器和主、副对象构成的外回路。象构成的外回路。由副变量的测量变送装置，副控制器执行器和副对象所构成的由副变量的测量变送装置，副控制器执行器和副对象所构成的内回路。内回路。6.1复 杂 控 制 系 统串级控制系统典型方块图6.1复 杂 控 制 系 统管式加热炉出口温度串级控制系统管式加热炉出口温度串级控制系统执行器执行器 气开，断气时关闭控制阀气开，断气时关闭控制阀TC1TC1、TC2TC2 反作用方向反作用方向6.1复 杂 控 制 系 统 F2引起引起2变化，控制器变化，控制器T2C及时进行控制，使其很快稳定下及

8、时进行控制，使其很快稳定下来来,如果干扰量小，经过副回路控制后，如果干扰量小，经过副回路控制后，F2一般影响不到温度一般影响不到温度1；如果干扰量大，其大部分影响为副回路所克服，波及到被控如果干扰量大，其大部分影响为副回路所克服，波及到被控变量温度变量温度1再由主回路进一步控制，彻底消除干扰的影响，使被再由主回路进一步控制，彻底消除干扰的影响，使被控变量回复到给定值。控变量回复到给定值。6.1复 杂 控 制 系 统由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干扰进入回路时，可以获得比单回路控制系统超前扰进入回路时，可以获得比单回路控制系统超前的控制作用，有

9、效地克服燃料油压力或热值变化的控制作用，有效地克服燃料油压力或热值变化对原料油出口温度的影响，从而大大提高了控制对原料油出口温度的影响，从而大大提高了控制质量。质量。6.1复 杂 控 制 系 统F F1 1变化变化 1 1 T T1 1C C输出输出T T2 2C C设定值设定值 T T2 2C C输出输出 恢复给定值恢复给定值 所以，在串级控制系统中，如果干扰作用于主对象，由于副所以，在串级控制系统中，如果干扰作用于主对象，由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到稳定主变量的回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到稳定主变量的目的。目的。6.1复 杂 控 制 系 统在干扰作用下

10、，主、副变量的变化方向相同。在干扰作用下，主、副变量的变化方向相同。回复设定值副控制器的输出差值给定值与输出炉膛温度主控制器的输出原料油出口温度炉膛温度121212CT6.1复 杂 控 制 系 统主、副变量的变化方向相反，一个增加，另一个减小。主、副变量的变化方向相反，一个增加，另一个减小。副控制器输出不变，偏差为零时副控制器的测定值主控制器的输出原料油出口温度炉膛温度212,6.1复 杂 控 制 系 统在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不在串级控制系统中，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

11、干扰也能加速克服过程。对象上的干扰也能加速克服过程。因此，在串级控制系统中，由于主、副因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。大提高了控制质量。6.1复 杂 控 制 系 统1 1）分级控制）分级控制串级控制系统是将一个控制通道较长的对象分为两级，即主对象和副串级控制系统是将一个控制通道较长的对象分为两级，即主对象和副对象，分别构成主副回路，把大部分的干扰在第一级副环就基本克服对象，分别构成主副回路，把大部分的干扰在第一级副环就基本克服掉，剩余的影响及其它干扰的综合影响再由第二级主环加以克服。

12、掉，剩余的影响及其它干扰的综合影响再由第二级主环加以克服。2 2）串级系统的结构组成）串级系统的结构组成串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路；有两个控制器；主串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路；有两个控制器；主控制器和副控制器；有两个测量变送器，分别测量主变量和副变量。控制器和副控制器；有两个测量变送器，分别测量主变量和副变量。6.1复 杂 控 制 系 统3 3）串级控制系统的工作方式）串级控制系统的工作方式串级控制系统中，主、副控制器是串联工作的。主控制器的输出作串级控制系统中，主、副控制器是串联工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值，系统通过副控制器的输出去操纵执行器动作

13、，为副控制器的给定值，系统通过副控制器的输出去操纵执行器动作，实现对主变量的定值控制。串级控制系统中，实现对主变量的定值控制。串级控制系统中，主回路是个定值控制主回路是个定值控制系统，而副回路是个随动控制系统系统，而副回路是个随动控制系统。4 4）控制效果好）控制效果好 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、加强，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提高了加快、加强，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。串级控制系统由于增加了副回路，因此具有一定的自适控制质量。串级控制系统由于增加了副回路

14、，因此具有一定的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。6.1复 杂 控 制 系 统当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而频繁，负荷变化当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，采用串级控制大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，采用串级控制系统是适宜的。系统是适宜的。6.1复 杂 控 制 系 统根据生产工艺的具体情况，选择一个合适的副变量，根据生产工艺的具体情况，选择一个合适的副变量，从而构成一个以副变量为被控变量的副回路。从而构成一个以副变量为被控变量的副回路。6.1复 杂 控

15、 制 系 统精馏塔塔釜温度串级控制系统1精馏塔；2再沸器通过这套串级控制系统，能够在塔通过这套串级控制系统，能够在塔釜温度稳定不变时，蒸汽流量能保釜温度稳定不变时，蒸汽流量能保持恒定值，而当温度在外来干扰作持恒定值，而当温度在外来干扰作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，以使能量的需量能作相应的变化，以使能量的需要与供给之间得到平衡，从而保持要与供给之间得到平衡，从而保持釜温在要求的数值上。釜温在要求的数值上。6.1复 杂 控 制 系 统 选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量；选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量；选择的副变量就是操

16、纵变量本身，这样能及时克服它的波动，选择的副变量就是操纵变量本身，这样能及时克服它的波动，减少对主变量的影响。减少对主变量的影响。6.1复 杂 控 制 系 统选择的副变量就是操纵变量（加热蒸汽量）选择的副变量就是操纵变量（加热蒸汽量）本身。这样，当干扰来自蒸汽压力或流量本身。这样，当干扰来自蒸汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以克服，以大的波动时，副回路能及时加以克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，使塔釜大减少这种干扰对主变量的影响，使塔釜温度的控制质量得以提高。温度的控制质量得以提高。6.1复 杂 控 制 系 统加热炉出口温度与燃料油压力串级控制系统在本系统中，由于选择了燃在本系统中，

17、由于选择了燃料油压力作为副变量，副对料油压力作为副变量，副对象的控制通道很短，时间常象的控制通道很短，时间常数很小，因此控制作用非常数很小，因此控制作用非常及时，可及时有效地克服由及时，可及时有效地克服由于燃料油压力波动对原料油于燃料油压力波动对原料油出口温度的影响，从而大大出口温度的影响，从而大大提高了控制质量。提高了控制质量。6.1复 杂 控 制 系 统如果在生产过程中，除了主要干扰外，还有较多的次要干扰，如果在生产过程中，除了主要干扰外，还有较多的次要干扰，或者系统的干扰较多且难于分出主要干扰与次要干扰，在这或者系统的干扰较多且难于分出主要干扰与次要干扰，在这种情况下，选择副变量应考虑使

18、副环尽量多包围一些干扰，种情况下，选择副变量应考虑使副环尽量多包围一些干扰，这样可以充分发挥副环的快速抗干扰能力，以提高串级控制这样可以充分发挥副环的快速抗干扰能力，以提高串级控制系统的控制质量。系统的控制质量。6.1复 杂 控 制 系 统在考虑到使副环包围更多干扰时，也应同时考虑到副环在考虑到使副环包围更多干扰时，也应同时考虑到副环的灵敏度。的灵敏度。随着副回路包围干扰的增多，副环将随之扩大，副变量离主变随着副回路包围干扰的增多，副环将随之扩大，副变量离主变量也就越近。这样一来，副对象的控制通道就变长，滞后也就量也就越近。这样一来，副对象的控制通道就变长，滞后也就增大，从而会削弱副回路的快速

19、、有力控制的特性。增大，从而会削弱副回路的快速、有力控制的特性。在选择副变量时，既要考虑到使副环包围较多的干扰，又要考在选择副变量时，既要考虑到使副环包围较多的干扰，又要考虑到使副变量不要离主变量太近。虑到使副变量不要离主变量太近。6.1复 杂 控 制 系 统 是为了保证副回路具有快速的抗干扰性能；是为了保证副回路具有快速的抗干扰性能；是由于串级系统中主、副回路之间是密切相关的，副变量的是由于串级系统中主、副回路之间是密切相关的，副变量的变化会影响到主变量，而主变量的变化通过反馈回路又会影响变化会影响到主变量，而主变量的变化通过反馈回路又会影响到副变量。到副变量。在串级控制系统中，主、副对象的

20、时间常数不能太接近。在串级控制系统中，主、副对象的时间常数不能太接近。6.1复 杂 控 制 系 统在选择副变量时，应注意使主、副对象的时间常数之比在选择副变量时，应注意使主、副对象的时间常数之比为为3 31010，以减少主、副回路的动态联系，避免，以减少主、副回路的动态联系，避免“共振共振”。当然，也不能盲目追求减小副对象的时间常数，否则可当然，也不能盲目追求减小副对象的时间常数，否则可能使副回路包围的干扰太少，使系统抗干扰能力反而减能使副回路包围的干扰太少，使系统抗干扰能力反而减弱了。弱了。6.1复 杂 控 制 系 统某化纤厂胶液压力的控制某化纤厂胶液压力的控制压力与压力串级控制系统1计量泵

21、；2板式热交换器；3过滤器6.1复 杂 控 制 系 统在计量泵和冷却器之间，靠近计量泵的适当位置，选择压力在计量泵和冷却器之间，靠近计量泵的适当位置，选择压力测量点，并作为副变量组成一个压力与压力的串级控制系统，测量点，并作为副变量组成一个压力与压力的串级控制系统，以提高控制质量。以提高控制质量。图中主控制器图中主控制器P P1 1C C的输出作为副控制器的输出作为副控制器P P2 2C C的给定值，由副控制的给定值，由副控制器的输出来改变计量泵的转速，从而控制纺丝胶液的压力。器的输出来改变计量泵的转速，从而控制纺丝胶液的压力。6.1复 杂 控 制 系 统控制规律是根据控制的要求来进行选择的。

22、控制规律是根据控制的要求来进行选择的。为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控制。分控制规律，以实现主变量的无差控制。副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。副控制器一般采用比例控制规律。副控制器一般采用比例控制规律。6.1复 杂 控 制 系 统1 1）副控制器作用方向的选择）副控制器作用方向的选择串级控制系统中的副控制器作用方向的选择，根据工艺串级控制系统中的副控制器作用方向的选择，根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照使安全等要求，选定

23、执行器的气开、气关形式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。6.1复 杂 控 制 系 统 气源中断，停止供给燃料油时，气源中断，停止供给燃料油时，执行器选气开阀，执行器选气开阀，“正正”方向。方向。燃料量加大时，炉膛温度燃料量加大时，炉膛温度2 2（副（副变量）增加，副对象变量）增加，副对象 “正正”方向。方向。为使副回路构成一个负反馈系统，为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器副控制器T T2 2C C选择选择“反反”方向。方向。管式加热炉出口温度串级控制系统管式加热炉出口温度串级控制系统6.1复 杂 控 制 系 统精馏塔塔釜温度串级控

24、制系统精馏塔塔釜温度串级控制系统基于工艺上的考虑，基于工艺上的考虑，选择执行器为气关选择执行器为气关阀。为使副回路是阀。为使副回路是一个负反馈控制系一个负反馈控制系统，副控制器统，副控制器FCFC的的作用方向应选择为作用方向应选择为“正正”作用。作用。6.1复 杂 控 制 系 统当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，为使当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是一致的主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器应选时候，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。6.1复 杂

25、 控 制 系 统2 2）主控制器作用方向的选择）主控制器作用方向的选择管式加热炉出口温度串级控制系统主变量主变量1 1或副变量或副变量2 2增增加时，都要求关小控制阀，加时，都要求关小控制阀，减少供给的燃料量，才能减少供给的燃料量，才能使使1 1或或2 2降下来，所以降下来，所以此时主控制器此时主控制器T T1 1C C应确定为应确定为反作用方向。反作用方向。6.1复 杂 控 制 系 统精馏塔塔釜温度串级控制系统精馏塔塔釜温度串级控制系统蒸汽流量（副变量）或蒸汽流量（副变量）或塔釜温度（主变量）增塔釜温度（主变量）增加时，都需要关小控制加时，都需要关小控制阀，它们对控制阀的动阀，它们对控制阀的

26、动作方向要求是一致的，作方向要求是一致的，所以主控制器所以主控制器TCTC也应为也应为反作用方向。反作用方向。6.1复 杂 控 制 系 统冷却器温度串级控制系统冷却器温度串级控制系统 冷却器温度串级控制系冷却器温度串级控制系统是以被冷却物料出口温度统是以被冷却物料出口温度为主变量，冷剂流量为副变为主变量，冷剂流量为副变量的串级控制系统。量的串级控制系统。分析冷却器的特性可以知分析冷却器的特性可以知道，当主变量即被冷却物料道，当主变量即被冷却物料出口温度增加时，需要开大出口温度增加时，需要开大控制阀，而当副变量即冷剂控制阀，而当副变量即冷剂流量增加时，需要关小控制流量增加时，需要关小控制阀，它们

27、对控制阀动作方向阀，它们对控制阀动作方向的要求是不一致的，因此主的要求是不一致的，因此主控制器控制器TCTC的作用方向应选用的作用方向应选用正作用。正作用。6.1复 杂 控 制 系 统3 3）当由于工艺过程的需要，控制阀由气开改为气关，或由气）当由于工艺过程的需要，控制阀由气开改为气关，或由气关改为气开时，只要改变副控制器的正反作用而不需改变主关改为气开时，只要改变副控制器的正反作用而不需改变主控制器的正反作用。控制器的正反作用。6.1复 杂 控 制 系 统 在有些生产过程中，要求控制系统既可以进行串级控制，在有些生产过程中，要求控制系统既可以进行串级控制，又可以实现主控制器单独工作，即切除副

28、控制器，由主控制器又可以实现主控制器单独工作，即切除副控制器，由主控制器的输出直接控制执行器（称为主控）。这就是说，若系统由串的输出直接控制执行器（称为主控）。这就是说，若系统由串级切换为主控时，是用主控制器的输出代替原先副控制器的输级切换为主控时，是用主控制器的输出代替原先副控制器的输出去控制执行器，而若系统由主控切换为串级时，是用副控制出去控制执行器，而若系统由主控切换为串级时，是用副控制器的输出代替主控制器的输出去控制执行器。器的输出代替主控制器的输出去控制执行器。6.1复 杂 控 制 系 统1 1）两步整定法）两步整定法 按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，按照串级控制系

29、统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法。后整定主控制器的方法。6.1复 杂 控 制 系 统1 1）两步整定法）两步整定法 在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，将主在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，将主控制器的比例度先固定在控制器的比例度先固定在100100的刻度上，逐渐减小副控制器的比的刻度上，逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比（如例度，求取副回路在满足某种衰减比（如4141）过渡过程下的副控）过渡过程下的副控制器比例度和操作周期，分别用制器比例度和操作周期，分别用2s2s和和T T2s2s表示。表示。在副控制器比例度等于在

30、副控制器比例度等于2s2s的条件下，逐步减小主控制器的比例的条件下，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度1s1s和操作周期和操作周期T T1s1s。6.1复 杂 控 制 系 统1 1）两步整定法）两步整定法 根据上面得到的根据上面得到的1s1s、T T1s1s、2s2s、T T2s2s，按表，按表7-27-2（或表（或表7-37-3）的）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。规定关系计算主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。按按“先副后主先副后主”、“先比例次积分后微

31、分先比例次积分后微分”的整定规律，将计算的整定规律，将计算出的控制器参数加到控制器上。出的控制器参数加到控制器上。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。6.1复 杂 控 制 系 统1 1）两步整定法）两步整定法 如果主、副对象时间常数相差不大，动态联系密切，可能如果主、副对象时间常数相差不大，动态联系密切，可能会出现会出现“共振共振”现象。现象。6.1复 杂 控 制 系 统1 1）两步整定法）两步整定法 可适当减小副控制器比例度或积分时间，以达到减小副回路可适当减小副控制器比例度或积分时间，以达到减小副回路操作周期的目的。同理，可以加大

32、主控制器的比例度或积分操作周期的目的。同理，可以加大主控制器的比例度或积分时间，以期增大主回路操作周期，使主、副回路的操作周期时间，以期增大主回路操作周期，使主、副回路的操作周期之比加大，避免之比加大，避免“共振共振”。如果主、副对象特性太接近，就不能完全靠控制器参数的改如果主、副对象特性太接近，就不能完全靠控制器参数的改变来避免变来避免“共振共振”了。了。6.1复 杂 控 制 系 统2 2）一步整定法）一步整定法 根据经验将副控制器一次放好，不再变动，然后按一般单回路根据经验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。控制系统的整定方法直接整定主控制

33、器参数。这种整定方法，对于对主变量要求较高，而对副变量没有什这种整定方法，对于对主变量要求较高，而对副变量没有什么要求或要求不严，允许它在一定范围内变化的串级控制系么要求或要求不严，允许它在一定范围内变化的串级控制系统，是很有效的。统，是很有效的。6.1复 杂 控 制 系 统2 2）一步整定法）一步整定法 副变量类型副变量类型副控制器比例度副控制器比例度2 2副控制器比例放大倍数副控制器比例放大倍数K KP2P2温度温度压力压力流量流量液位液位20 20 606030 30 707040 40 808020 20 80805.0 5.0 1.71.73.0 3.0 1.41.42.5 2.5

34、1.251.255.0 5.0 1.251.25采用一步整定法时副控制器参数选择范围采用一步整定法时副控制器参数选择范围6.1复 杂 控 制 系 统2 2）一步整定法）一步整定法 在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照表所列的在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照表所列的数据，将副控制器比例度调到某一适当的数值。数据，将副控制器比例度调到某一适当的数值。利用简单控制系统中任一种参数整定方法整定主控制器的利用简单控制系统中任一种参数整定方法整定主控制器的参数。参数。如果出现如果出现“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。

35、的参数整定值，一般即能消除。6.1复 杂 控 制 系 统6.1复 杂 控 制 系 统1 1）先把各开关或旋钮至于正确位置（正、反作用开关等），）先把各开关或旋钮至于正确位置（正、反作用开关等），主、副调节器均置于主、副调节器均置于“手动手动”位置，主调的位置，主调的“内内-外外”设定开关设定开关设置于设置于“内内”，副调节器的则至于，副调节器的则至于“外外”（与主调节器输出相（与主调节器输出相同），同），PIDPID可置于预定位置。可置于预定位置。2 2）用副调节器的手操旋钮或手轮进行手动遥控，在主变量接）用副调节器的手操旋钮或手轮进行手动遥控，在主变量接近设定值，副变量也较平稳时，手操主调节

36、器的输出，来调节近设定值，副变量也较平稳时，手操主调节器的输出，来调节副调节器的外设定值，使其等于副变量的值，当偏为零时，即副调节器的外设定值，使其等于副变量的值，当偏为零时，即可把副调节器的切换开关切向可把副调节器的切换开关切向“自动自动”，完成了副调节器的手，完成了副调节器的手动向自动的无扰动转换。动向自动的无扰动转换。6.1复 杂 控 制 系 统3 3）当副回路稳定，副变量等于它的设定值时，调节主调器的内）当副回路稳定，副变量等于它的设定值时，调节主调器的内设定旋钮或手轮，当手操的值与主变量相等时，也就是表上的设定设定旋钮或手轮，当手操的值与主变量相等时，也就是表上的设定值与测定值相等，

37、即可将主调节器切向值与测定值相等，即可将主调节器切向“自动自动”，至此，完成了串，至此，完成了串级控制系统的投运操作。级控制系统的投运操作。前后精馏塔的供求关系前后精馏塔的供求关系甲塔甲塔:为了稳定操作需保持塔釜液位稳为了稳定操作需保持塔釜液位稳定，必然频繁地改变塔底的排出量。定，必然频繁地改变塔底的排出量。乙塔：从稳定操作要求出发，希望进乙塔：从稳定操作要求出发，希望进料量尽量不变或少变。料量尽量不变或少变。6.1复 杂 控 制 系 统甲、乙两塔间的供求关系出现了矛盾。甲、乙两塔间的供求关系出现了矛盾。为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使液位和流量均为了解决前后工序供求矛盾，达

38、到前后兼顾协调操作，使液位和流量均匀变化，组成的系统称为均匀控制系统。匀变化，组成的系统称为均匀控制系统。均匀控制系统的要求均匀控制系统的要求1 1）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。2 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）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。波动。6.1.2均匀控制系统均匀控制系统6.1复 杂 控 制 系 统前一设备的液位和后一设备的进料量之关系1液位变化曲线；2流量变化曲线6.1.2均匀控制系统均匀控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（3）均匀控制系统方案）均匀控制系统方案1 1

39、）简单均匀控制系统）简单均匀控制系统简单均匀控制为了协调液位与排出流量之间的关为了协调液位与排出流量之间的关系，允许它们都在各自许可的范围系，允许它们都在各自许可的范围内作缓慢的变化。内作缓慢的变化。通过控制器的参数整定来实现。通过控制器的参数整定来实现。6.1.2均匀控制系统均匀控制系统6.1复 杂 控 制 系 统2 2）串级均匀控制系统）串级均匀控制系统串级均匀控制可在简单均匀控制方案基础上增加一个可在简单均匀控制方案基础上增加一个流量副回路，即构成串级均匀控制。流量副回路，即构成串级均匀控制。由小到大地进行调整。由小到大地进行调整。串级均匀控制系统的主、副控制器一般都采用纯比例作用的。只

40、在要求串级均匀控制系统的主、副控制器一般都采用纯比例作用的。只在要求较高时，为了防止偏差过大而超过允许范围，才引入适当的积分作用。较高时，为了防止偏差过大而超过允许范围，才引入适当的积分作用。6.1.2均匀控制系统均匀控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（3）均匀控制系统方案）均匀控制系统方案由于增加了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改变由于增加了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改变所引起的流量变化。所引起的流量变化。串级均匀控制系统协调两个变量间的关系是通过控制器参数整串级均匀控制系统协调两个变量间的关系是通过控制器参数整定来实现的。定来实现的。在串级均匀控制系统中，参数整定

41、的目的不是使变量尽快地回在串级均匀控制系统中，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。到给定值，而是要求变量在允许的范围内作缓慢的变化。6.1.2均匀控制系统均匀控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（3）均匀控制系统方案）均匀控制系统方案6.1.3 比值控制系统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，称为比值实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统。控制系统。通常为流量比值控制系统。主物料、主动量（主物料、主动量（Q Q1 1 、主流量）、主流量）从物料、从动量（从物料、从动量（Q

42、 Q2 2 、副流量）、副流量）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12QQK 6.1复 杂 控 制 系 统1 1）开环比值控制系统）开环比值控制系统开环比值控制开环比值控制方块图6.1.3 比值控制系统比值控制系统6.1复 杂 控 制 系 统特点特点 结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值要求来设定。要求来设定。主、副流量均开环；主、副流量均开环；这种比值控制方案对副流量这种比值控制方案对副流量Q Q2 2本身无抗干扰能力。所以这种本身无抗干扰能力。所以这种系统只能适用于副流量较平稳且比

43、值要求不高的场合。系统只能适用于副流量较平稳且比值要求不高的场合。1 1）开环比值控制系统）开环比值控制系统6.1.3 比值控制系统比值控制系统6.1复 杂 控 制 系 统2 2）单闭环比值控制系统）单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的不足，在开是为了克服开环比值控制方案的不足，在开环比值控制系统的基础上，通过增加一个副流量的闭环控制系统环比值控制系统的基础上，通过增加一个副流量的闭环控制系统而组成的。而组成的。单闭环比值控制单闭环比值控制系统方块图6.1.3 比值控制系统比值控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（2 2）单闭环比值控制系统）单闭环

44、比值控制系统特点特点 它能实现副流量随主流量的变化而变化，还可以克服副流量本身它能实现副流量随主流量的变化而变化，还可以克服副流量本身干扰对比值的影响。干扰对比值的影响。结构简单，实施方便，尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控结构简单，实施方便，尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合。制的场合。虽然能保持两物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，当虽然能保持两物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，当主流量变化时，总的物料量就会跟着变化。主流量变化时，总的物料量就会跟着变化。6.1.3 比值控制系统比值控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（3 3）双闭环比值控制系统）双闭环比值控制系

45、统它是在单闭环比值控制的基础上，增加了主流量控制回路而构成的。它是在单闭环比值控制的基础上，增加了主流量控制回路而构成的。双闭环比值控制双闭环比值控制系统方块图6.1.3 比值控制系统比值控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（3 3）双闭环比值控制系统）双闭环比值控制系统 实现了比较精确的流量比值，也确保了两物料总量基本不变。实现了比较精确的流量比值，也确保了两物料总量基本不变。提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器的给定值，提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器的给定值，就可以提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者就可以提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两

46、者比值不变。比值不变。结构较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整较麻烦。结构较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整较麻烦。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上经常需要提降负荷的场合。工艺上经常需要提降负荷的场合。特点特点6.1.3 比值控制系统比值控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（4 4）变比值控制系统）变比值控制系统变比值控制系统要求两种物料的比值能灵活地随第三变量的需要而加以调整，这样就要求两种物料的比值能灵活地随第三变量的需要而加以调整，这样就出现一种变比值控制系统。出现一种变比值控制系统。变比值控

47、制系统方块图6.1.3 比值控制系统比值控制系统6.1复 杂 控 制 系 统6.1.4前馈控制系统前馈控制系统换热器的反馈控制换热器的前馈控制6.1复 杂 控 制 系 统6.1.4前馈控制系统前馈控制系统反馈控制与前馈控制方块图6.1复 杂 控 制 系 统前馈控制系统的补偿过程6.1.4前馈控制系统前馈控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（1 1）单纯的前馈控制形式）单纯的前馈控制形式（2 2）前馈）前馈 反馈控制反馈控制 静态前馈控制系统静态前馈控制系统 动态前馈控制系统动态前馈控制系统6.1.4前馈控制系统前馈控制系统6.1复 杂 控 制 系 统1）静态前馈控制系统）静态前馈控制系统 静态

48、前馈控制实施方案热交换器是应用前馈控制较多热交换器是应用前馈控制较多的场合，换热器有滞后大、时的场合，换热器有滞后大、时间常数大、反应慢的特性，前间常数大、反应慢的特性，前馈控制就是针对这种对象特性馈控制就是针对这种对象特性设计的，故能很好发挥作用。设计的，故能很好发挥作用。6.1.4前馈控制系统前馈控制系统6.1复 杂 控 制 系 统动态前馈控制系统动态前馈控制系统 动态前馈控制实施方案可在静态前馈控制的基础上，可在静态前馈控制的基础上，加上延迟环节或微分环节，以加上延迟环节或微分环节，以达到干扰作用的近似补偿。达到干扰作用的近似补偿。按此原理设计的一种前馈控制按此原理设计的一种前馈控制器，

49、有器，有三个可以调整的参数三个可以调整的参数K K、T T1 1、T T2 2。K K为放大倍数，是为了静态补偿为放大倍数，是为了静态补偿用的。用的。T T1 1、T T2 2是时间常数，都有是时间常数，都有可调范围，分别表示延迟作用可调范围，分别表示延迟作用和微分作用的强弱。和微分作用的强弱。6.1.4前馈控制系统前馈控制系统6.1复 杂 控 制 系 统2）前馈）前馈 反馈控制反馈控制将前馈与反馈组合起来，取长补短，使前馈控制用来克服主要干扰，反将前馈与反馈组合起来，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，能提高控制质量。馈控制用来克服其他的多种干

50、扰，两者协同工作，能提高控制质量。换热器的前馈-反馈控制前馈-反馈控制系统方块图6.1.4前馈控制系统前馈控制系统6.1复 杂 控 制 系 统 串级控制系统是由内、外（或主、副）两个反串级控制系统是由内、外（或主、副）两个反馈回路所组成；馈回路所组成；而前馈而前馈-反馈控制系统是由一个反馈回路和另一反馈控制系统是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成。个开环的补偿回路叠加而成。6.1.4前馈控制系统前馈控制系统6.1复 杂 控 制 系 统（1 1）干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅）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求的对象。采用反馈控制达不到要求的对象。