第6章高性能过程控制ppt.ppt

第6章 常用高性能过程控制系统 本章要点 1）了解串级控制系统的应用背景，熟悉串级控制系统的典型结构与特点； 2）掌握串级控制系统的设计方法，熟悉串级控制系统的参数整定方法； 3）了解前馈控制的原理及使用场合； 4）掌握前馈补偿器的设计方法，熟悉前馈－反馈复合控制的特点及工业应用； 5）了解大滞后被控过程的解决方案，掌握大滞后过程控制的设计方案。 6.1 串级控系统6.1.1串级控制系统的基本概念 一、什么是串级控制？它是怎样提出来的？其组成结构怎样?（图6－1;） 工艺流程?控制要求?系统分析… 问题：过渡过程时间长，调节不及时 解决办法：串级控制(图6－3） 图6－2 串级控制系统的一般框图 结构特点… 6.1.2 串级控制系统的控制效果 1.能迅速克服二次干扰（图6－5） 控制能力和抗干扰能力综合定义为： 单回路系统 (图6－7）及传递函数 控制能力和抗干扰能力综合为： 一般情况下有： 结论：提高了 控制质量 2.能改善控制通道的动态特性，提高工作频率 （1）等效时间常数减小，响应速度加快；(分析比较图6－5和图6－7） (2)提高了系统的工作频率 串级系统的特征方程为： 如式（6－11）所示，则 串级控制系统的工作频率为： 对同一过程，采用单回路控制方案， 用同样的分析方法，可得： 若两种方案的阻尼系数相同，则有： 结论：副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越高；同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。 3 能适应负荷和操作条件的剧烈变化 副回路的等效放大系数为： 2）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力； 3）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。 综上所述，串级控制系统的主要特点有： 1）对进入副回路的干扰有很强的抑制能力； 6.2 前馈控制系统 6.2.1 前馈控制的基本概念 又称干扰补偿控制：按干扰大小进行调节，克服干扰比反馈快；理论上，可实现理想控制。图6－16，图6－17 原理说明。。。 补偿器的计算： 6.2.2 前馈控制的特点及局限性 1.前馈控制的特点 1）开环控制； 2）比反馈控制及时； 3）补偿器为专用 2. 前馈控制的局限性：无法实现对干扰的完全补偿 1）只能抑制可测干扰； 2）不能对每个干扰实现补偿； 3）补偿器难以精确得到，即使得到有时物理上也难以实现 结论：不单独使用 6.2.3 静态补偿与动态补偿 1.静态补偿： 图6－16中： 该补偿器用比例调节器即可实现 2. 动态补偿： 由于精确模型难以得到或难以实现，只有要求严格控制动态偏差时才采用。 6.2.4 前馈－反馈复合控制（图6－18） 作用机理分析： 前馈－反馈控制的优越性？ 复合控制系统的特征方程式： ，与前馈补偿器无关 设计步骤：1）独立设计反馈控制系统；2）再设计前馈补偿器 6.2.5 引入前馈的原则及应用实例 1. 引入前馈控制的原则 1）系统存在频率高、幅值大、可测不可控的干扰，反馈控制难以克 服、控制要求高时； 2）控制通道时常大于干扰通道时常，反馈控制不及时，控制质量差； 3）主要干扰无法用串级控制使其包含于副回路或副回路滞后过大时； 4）尽可能采用静态补偿而不采用动态补偿。 2. 复合控制系统应用实例 （1）蒸发过程的浓度控制(图6－19） 50％→73％←溶液沸点与水沸点之 温差（被控量）←进料溶液浓度、温度、流量，加热蒸汽压力、流量 方案：蒸汽流量为前馈信号、温差为反馈信号、进料溶液为控制参数的复合控制 （2）锅炉汽包水位控制 水位控制的重要性。。。 影响因素：蒸汽用量（不可控）、给水流量 （选为控制参数） 问题：“虚假水位”。。。→影响控制效果。 解决方案：蒸汽流量为前馈信号，给水流量为副参数，水位为主参数→前馈－反馈串级控制(图6－20） 6.3 大滞后过程控制系统 6.3.1 大滞后过程概述 纯滞后：介质传输、化学反应、管道混合、皮带传送、轧辊传输、多容器串联成分测量等。 纯滞后的程度： 称为一般纯滞后； 称为大纯滞后。 大纯滞后难于控制：物理意义：1）测量纯滞后使调节作用不及时；2）控制介质传输滞后使调节动作不及时； 理论分析：开环频率特性相角滞后↑→稳定裕度↓ 解决方案：微分先行、中间反馈、斯密斯预估、内模控制等 6.3.2 史密斯预估控制 1. 史密斯预估控制：预先估计动态模型→预估器使滞后了的被控量提前反馈→调节器提前动作→减少超调、加速调节过程。 2. 仿真实例 有关参数。。。 实线为史密斯预估控制结果，虚线为单回路控制