化工仪表及其自动化控制——复杂控制系统

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1、复杂控制系统串级控制系统均匀控制系统比值控制系统分程控制系统前馈控制系统多冲量控制系统第一节串级控制系统FC进料塔底采出12蒸汽方案2：控制蒸汽流量恒定TC进料塔底采出12蒸汽方案1：控制塔釜温度恒定单回路控制的局限性目标：控制塔釜温度稳定方案1优点：将所有对温度的干扰都概括在控制回路内。缺点：当蒸汽压力波动较大时，由于温度对象滞后较大，控制质量不理想。方案2优点：能及时克服蒸汽压力的干扰对温度的影响缺点：不能克服进料流量、物料温度等其他因素对温度的影响。蒸汽TC进料塔底采出12FC方案3：串级控制系统FCTC进料塔底采出12蒸汽希望在塔釜温度不变时蒸汽流量能保持设定值，而当塔釜温度在外

2、来干扰的作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，使塔釜温度保持在设定值上。流量控制器TC2执行器流量对象温度T设定值干扰f1精馏塔控制系统方块图温度对象温度控制器TC1－+－+干扰f2测量、变送y1测量、变送y2F副控制器执行器副对象主变量设定值主干扰串级控制系统方块图主对象主控制器＋－+＋－+副干扰主测量、变送副测量、变送副变量副回路主回路－－常用的名词主变量副变量主对象副对象主控制器副控制器主回路副回路串级控制系统方块图串级控制系统的工作过程在串级控制系统中，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，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服。副回路具有先调、

3、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。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，大大提高了控制质量。干扰作用于副对象由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干扰进入副回路时，可以获得比单回路控制系统超前的控制作用，有效地克服蒸汽压力变化对塔釜温度的影响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目的。串级控制系统的特点及应用范围(1)从系统结构来看，串级控制系统有主、副两个闭合回路；有主、副两个控制器；有分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。在串级控制

4、系统中，主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统。(2)在串级控制系统中，有两主、副两个变量。主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。控制的目的在于使这一变量等于工艺规定的给定值。(3)从系统特性来看，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，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。适用范围：当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而且频繁、负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，可采用串级控制系统。串级控制系统主、副回路的选择主变量的选择与单回路控制时被控变量的选择原则是一样的，能直接或间接地表征生产过程质量的参数都可以作

5、为控制系统的被控变量。副变量的选择副变量的变化应在很大程度上影响主变量的变化副回路应将生产过程中的主要干扰包围在内在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防发生“共振”。当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。主副控制器控制规律的选择串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量。主变量是生产工艺的主要控制指标，它直接关系到产品的质量或生产的正常，工艺上对它的要求比较严格。一般来说，主变量不允许有余差。所以，主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无余差控制。在串级控制系统中，稳

6、定副变量并不是目的，设置副变量的目的就在于保证和提高主变量的控制质量。副变量的给定值是随主控制器输出变化而变化的。所以，在控制过程中，对副变量的要求一般都不很严格，允许它有波动。因此，副控制器一般采用比例控制规律。主副控制器正、反作用的选择选择副回路控制器的正反作用与简单控制系统中控制器“正”、“反”作用的选择方式相同，先判断副对象的正反作用，然后根据工艺安全等要求，选定执行器的“正”、“反”作用方式，并按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定副回路控制器的正反作用。选择主回路控制器的正反作用确定原则：当主、副变量在增加(或减小)时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小(或增加)

7、，要求控制阀的动作方向是一致的，主控制器应选“反”作用，反之，则应选“正”作用。物料进物料出冷却器流量－温度串级控制系统主副控制器参数的工程整定两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器(1)在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用的条件下，将主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，然后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4：1)过渡过程下的副控制器比例度δ2S和操作周期Τ2S。(2)在副控制器比例度等于δ2S，