其它先进控制系统介绍ppt课件.ppt

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1、其它先进控制系统介绍1关联系统与解耦控制一个生产过程或设备需要的控制回路往往不止一个。控制回路之间往往存在相互影响，实际是多输入、多输出耦合系统。在这类系统中某一回路的动、静态特性不仅与本回路的结构和参数有关，而且还与其它回路的结构与参数有关。若不慎重处理，控制系统将无法正常发挥作用，甚至无法运行。通过被控变量和控制变量之间的适当匹配，重新整定控制器参数的方法来加以克服。2关联系统图所示为带搅拌的罐式加热器设备，其目的是为后面的工艺流程提供要求温度的物料。假定罐内温度均匀，并与出口温度相同。控制要求是保持罐内物料温度和液位稳定。3控制回路之间的关联(耦合）它有两个控制回路，液位控制

2、（回路1）和温度控制（回路2），系统方框图如(b)。当出口流量Q2（负荷）变化，或液位的设定值改变时，回路l通过控制流入量Q1使液位保持在设定值上。流量的变化对罐内温度产生扰动，回路2通过控制加热蒸汽量，保持罐内温度的稳定。如果入口流体温度发生变化或改变温度设定值，回路2同样通过控制蒸汽流量，保持温度不变。此时，液位不会受到扰动。由此可见，回路1对回路2有影响，而回路2对回路1没有影响。这种情况称两个回路是单方向关联的。4关联系统5控制回路之间的关联上图(a)所示是精馏塔温度控制方案。被控变量分别为塔顶温度t1和塔底温度t2，控制变量分别为塔顶回流Q1和塔底部加热蒸汽Q2。TC1为

3、塔顶温度调节器。TC2为塔底温度调节器。回流Q1的波动，使塔顶温度t1变化，会影响塔底温度t2。同样，加热蒸汽Q2的波动，使塔底温度t2变化，也会影响t1。即这两个温度控制回路之间存在着耦合关系，如图(b)所示，是一种双向关联系统。6关联系统的稳定性分析耦合是生产过程中普遍存在的一种现象。耦合系统结构的复杂程度取决于实际的控制对象以及对控制系统的品质要求。设有两个被控变量和两个控制变量的过程，如下图所示。GC1、GC2分别为两个回路的调节器。7关联系统的稳定性分析开环系统的传递函数可写为（1）当传递函数G12(s)和G21(s)都等于零时，两个控制回路各自独立，系统间无耦合。此时无

4、论控制回路是处于开环还是闭环状态，对另一个控制回路无影响。8关联系统的稳定性分析如果G11(s)和G12(s)有一个不等于零，则称系统为半耦合系统或称单方向关联系统。如果两者都不等于零，则称为耦合系统或双向关联系统。当回路2开环时，u1→y1的传递函数是G11(s)，只有一条通道。当回路2闭环时，u1→y1除了上述直接通道外，还存在间接通道u1→y2→u2→y1的影响。9关联系统的稳定性分析如果回路2运行在稳定状态，并且假定R2(s)=0，有Y2(s)=0。式中方括号中项反映了回路2开环与闭环时，对u1→y1的影响的差别10两控制回路之间关联定量分析将上述两式代入式（1）得11两控

5、制回路之间关联定量分析式中当两个回路有关联时，闭环稳定性由特征方程成为的根决定12系统关联分析举例耦合控制系统如图(a)所示，两个调节器均为最简单的单位比例调节器，四个通道传递函数均如图中所示。图(b)为系统的静态耦合。13系统关联分析举例当两个控制回路无关联时当两个控制回路有关联时无论是否有关联，闭环系统都是稳定的。14系统关联分析举例采用图(b)所示的静态系统分析系统耦合程度消去上四式中的变量U1、U2可见，在稳态下，Y1不仅与R1有关，还与R2有关，Yl对R2的比为同样可得：15减小耦合程度如若把两个控制器的增益分别从1提高到4，则可得到此时：它们之间的耦合虽然还存在，但已减

6、弱许多。16采用变量适当配对减小耦合原来是将U1作为控制Y1的控制变量，U2作为控制Y2的控制变量。现在改变配对关系，将U2作为控制Y1的变量，U1作为控制Y2的变量17采用变量适当配对减小耦合Y1基本由R2决定，Rl对Yl的影响可忽略不计。Y2由R1决定，R2对Y2的影响可忽略不计。18系统耦合分析相对增益一般是用来定量分析各变量之间静态耦合程度的量，虽有一定的局限性，但利用它可以选出使回路关联程度最弱的被控变量和控制变量的搭配关系，是分析多变量系统耦合程度最常用最有效的办法。在其它回路均为开环情况下，找出该通道的开环增益（称为第一放大倍数），然后再在其它回路都闭合的情况下（其它

7、被控变量都基本保持不变的情况下），找出该通道的开环增益（称为第二放大倍数），相对增益的定义为第一放大倍数与第二放大倍数之比。1920系统耦合分析若多变量系统的被控变量为Y=[y1y2y3…yn]T，控制变量为U=[u1u2u3…um]T，则yi-uj通道的相对增益，定义为式中，K1为第一放大倍数；K2为第二放大倍数。相对增益λij是一个无量刚的量，表示对应过程通道的关联程度。21系统耦合分析求出每一控制变量与每一个被控变量之间的相对增益，各变量间的耦合程度可用系统的相