4复杂控制系统(1).ppt

Contents 例：反应釜温度单回路控制系统 单回路控制系统扰动分析 对调节滞后的解决方法之一 反应器温度的串级控制方案 反应器温度串级控制框图 以管式加热炉为例，说明串级控制系统主、副调节器的正、反作用方式的确定方法。 1、从生产工艺安全出发，燃料油调节阀选用气开式（正作用）。一旦出现故障或气源断气，调节阀应关闭，切断燃料油进入加热炉，确保设备安全。 原料出口温度θ1(t) 原料 T1C T1T 燃料 管式加热炉 T2C T2T 2、副回路中，调节阀开大，炉膛温度升高，测量信号增大，说明副对象和变送器都是正作用。为保证副回路为负反馈，副调节器应为反作用方式。 原料出口温度θ1(t) 原料 T1C T1T 燃料 管式加热炉 T2C T2T 3、对于主调节器，调节阀开大，炉膛温度升高时，原料油出口温度也升高，说明主对象和主变送器也都是正作用。为保证主回路为负反馈，主调节器也应为反作用方式。 原料出口温度θ1(t) 原料 T1C T1T 燃料 管式加热炉 T2C T2T 5．串级系统的工业应用 当生产工艺要求高，采用简单控制系统满足不了工艺要求的情况下，可考虑采用串级控制系统。串级控制系统常用于下面一些生产过程。 1）容量滞后较大的过程 2）纯滞后较大的过程 3）干扰幅度大的过程 4）非线性严重的过程 4.1.4串级控制系统的参数整定 有逐步逼近法、两步整定法和一步整定法。 1．逐步逼近法 依次整定副回路、主回路。并循环进行，逐步接近主、副回路最佳控制状态。 2．两步整定法 系统处于串级工作状态，第一步按单回路方法整定副调节器参数；第二步把已经整定好的副回路视为一个环节，仍按单回路对主调节器进行参数整定。 3．一步整定法 所谓一步整定法，就是根据经验，先将副调节器参数一次调好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器参数。 表1 一步整定法副调节器参数选择范围 副参数类型 副调节器比例度δ2（%） 副调节器比例增益Kc2 温度 20～60 5.0～1.7 压力 30～70 3.0～1.4 流量 40～80 2.5～1.25 液位 20～80 5.0～1.25 4.2前馈控制系统 前馈控制的原理是：当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小改变控制变量，以抵消扰动对被控参数的影响。 7.2.1前馈控制的工作原理及其特点 1、反馈控制的特点： 不论是什么干扰，只要引起被调参数的变化，调节器均可根据偏差进行调节。但必须被调参数变化后才进行调节，调节速度难以进一步提高。 例 换热器出口温度反馈控制系统 M TT TC 蒸汽 换热器 冷物料入口 热物料出口 冷凝水 针对冷物料流量变化的最佳调节效果： t y 为了改变事后调节的状况，提出前馈控制的思路：根据冷物料流量Q的大小，调节阀门开度。 2、前馈控制的原理与特点 M 蒸汽 换热器 冷物料入口 热物料出口 冷凝水 FT FB 例 针对换热器入口流量干扰的前馈控制系统 Gb(s) Gfs) Go(s) Gm(s) Gv(s) M 蒸汽 换热器 冷物料入口 热物料出口 冷凝水 FT FB F(s) Y(s) Gv(s) Gb(s) Gm(s) F(s) Gfs) Go(s) ＋ ＋ Y(s) 用方框图表示： 补偿原理 如果补偿量和干扰量以同样的大小和速度作用于被控变量，且作用方向相反的话，被控变量不变。 Y(S) = F(S)Gf(s)+ F(S)Gm(s)Gb(s)Gv(s)Go(s) = 0 Gv(s) Gb(s) Gm(s) F(s) Gfs) Go(s) ＋ ＋ Y(s) 得： 前馈补偿规律的推导： Y(S) = F(S)Gf(s)+ F(S)Gm(s)Gb(s)Gv(s)Go(s) = 0 Gv(s) Gb(s) Gm(s) F(s) Gfs) Go(s) ＋ ＋ Y(s) 前馈控制的特点： ①前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的， 称为“扰动补偿”。如果补偿精确，被调变量不会变化，能实现“不变性”控制。 ②前馈控制是开环控制，控制作用几乎与干扰同步产生，是事先调节，速度快。 ③前馈控制器的控制规律不是PID控制，是由对象特性决定的。 ④前馈控制只对特定的干扰有控制作用，对其它干扰无