《高性能过程控制》PPT课件

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1、第6章常用高性能过程控制系统简单控制系统是过程控制中最基本、应用最广的控制形式，约占全部控制系统的80％。但是：随着生产过程的大型化和复杂化，操作条件更加严格，变量之间的关系更加复杂。有些生产工艺和控制要求比较特殊。随着技术发展，对工艺的控制目标多样化，如产量、质量、节能、环保、效率等。为此，设计出各种复杂控制系统。本章要点1）串级控制:熟悉串级控制系统的概念与特点；掌握串级控制系统的方框图表示法；结合控制原理，掌握串级系统的分析方法；了解串级控制系统的设计原则；掌握串级控制系统的参数整定方法与仿真实现;2）掌握前馈控制的原理；前馈补偿器的设计方

2、法；3）了解大滞后被控过程的解决方案当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上的要求，这时，可考虑采用串级控制系统。6.1.1串级控制系统基本结构及工作过程串级控制是在简单控制系统基础上的改进。6.1串级控制系统例1：反应釜温度单回路控制系统操纵变量：冷却剂流量被控变量：反应温度扰动变量：冷却剂温度以及工艺介质流量控制规律：PID反应釜温度单回路控制响应曲线单回路控制系统分析问题：从扰动开始至调节器动作，调节滞后较大，特别对于大容量的反应槽，调节滞后更大。冷却水入口温度↑→夹套内冷却水温度T2↑→（经

3、对流传热）槽壁温度↑→反应槽温度T1↑→（经反馈回路）冷却水量↑系统控制与扰动的分析干扰变量的影响：冷却水入口温度变化→夹套内冷却水温度变化→槽壁温度变化→反应槽温度变化控制变量的影响：冷却水调节阀开度变化→冷却水流量变化→夹套内冷却水温度变化→槽壁温度变化→反应槽温度变化解决方法夹套冷却水温度T2比反应槽温度T1能更快地感受到来自干扰（冷却水入口温度）以及来自控制的影响。因而可设计夹套水温单回路控制系统TC2以尽快地克服冷却水方面的扰动。但TC2的设定值应根据T1的控制要求作相应的变化（这一要求可用反应温度调节器TC1来自动实现）。“串级控制”

4、反应器温度的串级控制方案特点：两个调节器串在一起工作，调节器TC2通过调节冷却剂量以克服冷却水方面的扰动；调节器TC1通过调节夹套内水温的设定值以保证反应温度维持在工艺所希望的某一给定值。反应器温度的串级控制响应反应器温度串级控制框图讨论:主副控制器的“正反作用”选择。串级控制系统常用术语串级控制系统方块图注：D1、D2综合反映了一次扰动、二次扰动对控制系统副参数与主参数的动态影响；主回路是指：副回路闭合状态下等效的单回路（将副回路看成是一个等效的控制阀）。例2：锅炉过热蒸汽调节系统被控参数：过热蒸汽温度。控制参数：减温水流量。主要扰动有:A.烟

5、气流量和温度变化的扰动f1B.入口蒸汽流量和温度的扰动f2C.减温水压力变化扰动f3D.过热器管道较长必会存在一定的纯滞后单回路局限：调节器1接受过热器温度θ1的信号,去调节减温水调节阀.当入口有扰动时,要在θ1变化后,调节器才开始动作,Qj改变后,得经过一段时间,才能影响汽温θ1不能及早发现扰动不能及时反映调节效果将使输出蒸汽温度产生不能允许的动态偏差影响锅炉的安全和经济运行解决方案－：附加中间变量解决方案二：锅炉设备蒸汽温度串级调节系统过热器出口汽温调节器1的输出信号,不是用来控制调节阀而是用来改变调节器2的给定值,减温器出口水温作为调节器2

6、的被控参数。方块图例3：燃烧带温度控制系统实例:管式加热炉出口温度控制系统图是管式加热炉出口温度串级控制系统，主对象为受热管道，温度对象1，输出变量为原料出口温度1，主控制器为T1C；副对象为炉膛及燃烧装置，温度对象2，输出变量为炉膛温度2，副控制器为T2C；操纵变量为燃料流量.管式加热炉出口温度串级控制系统管式加热炉串级控制系统串级控制系统的工作过程:干扰F2进入副回路燃料油的压力或组分波动(F2)使2变升高：T2C输出减小,阀门关小,燃料油流量减小,2下降,1变化很小，基本消除干扰F2的影响；1升高，T1C输出减小，T2C给定

7、值减小，T2C输出减小，阀门进一步关小，燃料油流量减小，2进一步下降，1升高降低，彻底消除干扰F2的影响干扰F1作用于主对象主回路控制，及时改变副变量的数值，稳定主变量。干扰（F2、F1）同时作用于副对象和主对象作用方向相同，主、副回路共同控制，加强、加快；作用方向相反，主、副控制能相互抵消一部分，控制平稳。例4：合成氨厂的硝酸生产过程被控变量：氧化炉温度操作变量：加入的氨量对象：滞后大，时间常数大主要干扰：氨压力和流量方案：1、氨流量定值控制，炉温开环2、炉温定值控制，氨流量影响大3、炉温主环，氨流量副环的串级控制√串级控制系统的结构特

8、点结构特点：系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。有两个检测变送，两