化工仪表及自动化 化工、食品、制药、环境、轻工、生物等工艺类专业适用 教学课件 作者 林德杰 第7章　复杂控制系统.ppt

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1、第7章　复杂控制系统7.1　提高控制品质的控制系统7.2　特定要求过程控制系统7.1　提高控制品质的控制系统7.1.1　串级控制系统7.1.2　前馈控制系统7.1.3　大延时控制系统7.1.1　串级控制系统1.基本概念2.串级控制系统的特点3.串级控制系统设计4.串级控制系统控制器参数的整定5.串级控制系统实例分析1.基本概念(1)串级控制系统结构(2)串级控制系统的工作过程(1)串级控制系统结构图7-1　管式加热炉温度控制系统流程图图7-2　串级温度控制系统流程图图7-3　串级温度控制系统框图图7-4　串级控制系统典型框图2.串级控制系统的特点(1

2、)改善过程动态特性(2)克服二次扰动(3)有一定的自适应能力3.串级控制系统设计(1)主参数的选择和主回路的设计(2)副参数的选择和副回路的设计(3)被控制参数和控制参数的选择(4)主、副控制器控制规律的选择(5)主、副控制器正、反作用方式的确定4.串级控制系统控制器参数的整定1)主回路断开，把副回路作为一个单回路控制系统，并按单回路控制系统的参数整定法整定副控制器参数值。2)闭合主、副回路，保持上步取得的副控制器参数，按单回路控制系统的整定方法，整定主控制器参数。3)在闭合主、副回路及主控制器参数保持的情况下，再次调整副控制器参数。4)至此，已经完

3、成一个循环，如果控制品质没有达到规定指标，返回步骤2)继续。表7-1　主、副控制器作用方向图7-5　聚合釜反应温度串级控制系统流程图5.串级控制系统实例分析(1)聚合釜反应温度串级控制系统(2)某造纸厂网前箱温度控制系统(3)汽包锅炉给水控制系统图7-6　网前箱温度控制系统流程图图7-7　串级三冲量给水控制系统流程图7.1.2　前馈控制系统1.前馈控制与反馈控制2.前馈控制的特点3.前馈控制系统结构形式4.前馈控制系统的选用原则5.前馈控制系统设计6.前馈控制系统的工程整定7.前馈控制系统应用举例1.前馈控制与反馈控制图7-8　前馈控制与反馈控制a)

4、反馈控制系统　b)前馈控制系统图7-9　前馈控制与反馈控制框图a)反馈控制框图　b)前馈控制框图图7-10　前馈控制框图2.前馈控制的特点1)前馈控制是一种开环控制：如图7-8b所示，当测量到物料流量产生变化时，通过前馈控制器，其输出信号直接去控制调节阀的开度，从而改变加热蒸汽流量。2)前馈控制按扰动大小进行的控制：前馈控制将所测扰动通过前馈控制器和控制通道，能及时有效抑制扰动的影响，而不像反馈控制那样要待被控参数产生偏差后再进行控制。3)前馈控制器的控制规律由对象特性决定：前馈控制器的控制规律与常规控制器不同，它必须根据被控过程特性来确定，即4)前

5、馈控制只抑制可测而不可控的扰动对被控参数的影响：在设计前馈控制时，首先需要分析扰动的性质。3.前馈控制系统结构形式1)静态前馈控制系统：静态前馈控制器的输出量仅仅是其输入量的函数，与时间因子无关。2)动态前馈控制系统：动态前馈控制必须根据过程扰动通道和控制通道的动态特性，采用专用的前馈控制器。3)前馈—反馈控制系统：对被控变量影响最显著的主要扰动由前馈控制进行补偿，而其余次要的扰动可依靠反馈来克服，从而保证了被控变量最终趋向于给定值。4)前馈—串级控制系统：为了进一步提高系统前馈控制的精度，可在图7-11所示的前馈—反馈控制系统中增加一个蒸汽流量回路

6、，用前馈控制器的输出去改变流量回路的给定值，从而构成前馈—串级控制系统。0.tif7Z11.TIF图7-11　换热器前馈—反馈控制系统a)控制系统流程图　b)控制系统框图图7-12　前馈—串级控制系统框图4.前馈控制系统的选用原则1)当系统存在频率高、幅值大、可测而不可控的扰动时，反馈控制难以克服扰动对被控变量的显著影响，而工艺生产对被控变量的要求又十分严格，为了改善和提高系统的控制品质，可以引入前馈控制。2)当控制系统控制通道延时较大、反馈控制又不能得到良好的控制效果时，可以选用前馈控制。3)经济原则。5.前馈控制系统设计(1)前馈控制器的控制规律

7、(2)系统稳定性6.前馈控制系统的工程整定(1)整定反馈控制器(2)整定前馈控制器参数7.前馈控制系统应用举例图7-13　蒸发过程中浓度控制系统流程图7.1.3　大延时控制系统大延时过程被公认为较难控制的过程，其主要原因在于：1)由于检测信号提供不及时而产生的纯滞后，会导致控制器不能及时产生控制作用，影响控制品质。2)由于控制量的传输而产生的纯滞后，会导致执行器的调节作用不能及时作用而影响控制效果。3)由控制理论知，纯滞后会引起开环相频特性的相角滞后随频率的增大而增大，其开环频率特性包围(-1，j0)点的可能性增大，导致闭环系统的稳定裕度下降，超调量

8、增加，过渡过程时间增大，稳定性降低。常用方案：1.常规控制方案2.Smith预估控制方案3.采样控制方案1.