化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第13章课件.ppt

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1、化工仪表及自动化第十三章复杂控制系统内容提要串级控制系统串级控制系统概述串级控制系统的特点及应用主、副控制器控制规律的选择主、副控制器正反作用的选择控制器参数工程整定与系统投运其他复杂控制系统均匀控制系统1内容提要比值控制系统前馈控制系统取代控制系统分程控制系统多冲量控制系统2概述3根据根据系统的结构和所担负的任务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选择控制系统三冲量控制系统第一节串级控制系统一、串级控制系统概述4当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，可考虑采用串级控制系统

2、。举例说明串级控制系统的结构及其工作原理可延长炉子寿命，防止炉管烧坏；可保证后面精馏分离的质量。控制好温度图13-1管式加热炉出口温度控制系统第一节串级控制系统在实际生产过程中，特别是当加热炉的燃料压力或燃料本身的热值有较大波动时，该简单控制系统的控制质量往往很差，原料油的出口温度波动较大，难以满足生产上的要求。根据原油出口温度的变化来控制燃料阀门的开度5第一节串级控制系统6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，这个通道容量滞后很大，时间常数约15mi

3、n左右，反应缓慢，而温度控制器TC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。原因第一节串级控制系统7以原料油出口温度为主要被控变量的炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统图13-3管式加热炉出口温度串级控制系统的方框图图13-2　管式加热炉出口温度串级控制系统第一节串级控制系统在上述控制系统中，有两个控制器T1C和T2C，接收来自对象不同部位的测

4、量信号θ1和θ2。T1C的输出作为T2C的给定值，而后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构看，这两个控制器是串接工作的。几个串级控制系统中常用的名词主变量工艺控制指标，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。8第一节串级控制系统9主对象为主变量表征其特性的生产设备。副对象为副变量表征其特性的工艺生产设备。主控制器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。副变量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。第一节串级控制系统主回路由主变量的测量变送装置，主、副控制器

5、，执行器和主、副对象构成的外回路。副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内回路。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。副控制器10第一节串级控制系统11图13-4　串级控制系统典型方块图第一节串级控制系统二、串级控制系统的特点及应用121.系统的结构串级控制系统有两个闭合回路。主回路是个定值控制系统,副回路是个随动系统。在串级控制系统中,主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺参数。副变量的引入往往是为了提高主变量的控制质量,它是基于主,副

6、变量之间具有一定的内在关系而工作的。第一节串级控制系统选择串级控制系统的副变量一般有两类情况：一类情况是选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量;另一类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,减小对主变量的影响。13第一节串级控制系统14举例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，从而保持釜温在要求的数值上。图13-5　精馏塔塔釜温度串级控制系统1—精馏塔；2—

7、再沸器第一节串级控制系统在上例中，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，使塔釜温度的控制质量得以提高。15第一节串级控制系统(1)干扰作用于副回路F2引起θ2变化，控制器T2C及时进行控制，使其很快稳定下来；如果干扰量小，经过副回路控制后，F2一般影响不到温度θ1；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θ1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。162.系统的特性

8、第一节串级控制系统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质量。在确定副回路时，除了要考虑它的快速性外，还应该使副回路包括主要干扰，可能条件下应力求包括较多的次要干扰。小结17第一节串级控制系统图13-6加热炉出口温度与燃料油压力串级控制系统如果燃料油的压力比