过程控制系统学习

过程控制系统作业

1．选择性控制系统有哪些类型？各有什么特点？简述几种主要的抗积分饱和的措施。

答：选择性控制系统有两种类型：（1）被控变量的选择新控制系统。其特点是：当生产处于正常情况时，选择器选择正常控制器的输出信号送给执行器，实现对生产过程的自动控制，此时取代控制器处于开路状态。当生产过程处于非正常情况时，选择器则选择取代控制器代替正常控制器对生产过程进行控制，此时正常控制器处于开路状态。当生产过程恢复正常，通过选择器的自动切换，仍由原来的正常控制器来控制生产的进行。

（2）被控变量测量值的选择性控制系统。其特点是：多个变送器共用一个控制器，选择器对变送器的输出信号进行选择。其用途有两个：一是选出几个检测变送信号的最高或最低信号用于控制，二是为防止仪表故障造成事故，对同一检测点采用多个仪表测量，选出可靠的测量值。

抗积分饱和的措施有三种：（1）限幅法，用高低值限幅器，使控制器的输出信号被限制在工作区间内。（2）外反馈法，就是采用外部信号作为控制器的积分反馈信号。这样，当控制器处于开环状态时，由于积分反馈信号不是输出信号本身，就不会形成对偏差的积分作用，从而可以防止积分饱和问题的出现。（3）积分切除法，当控制器被选中处于闭环状态时，具有比例积分作用；若控制器未被选中处于开环状态时，将积分作用自动切除，使之只有比例作用，具有这种功

能的控制器称为PI_P 控制器。

2.分程控制系统可以应用于那些场合？请分别举例说明其控制过程。 答：分程控制系统应用于三种场合：（1）用于扩大控制阀的可调范围，以改善控制品质。

通常国产控制阀的可调比R 为30，在绝大部分场合下能满足生产要求。但有些场合需要控制阀的可调范围很宽，这时若采用一个控制阀就满足不了生产上流量大范围变化的要求。这种情况下，可将两个口径不同的控制阀当作一个控制阀使用，从而扩大阀的可调范围。分程控制用于扩大阀的可调范围时，总是采用两个同向动作的分程控制阀并联安装在同一流体不同管线上，如下图所示。

如图，若m ax A C =4，100max =B C ,且两阀的可调比相等，R=30，忽略大阀的泄漏量，当采用分程控制后，其最小流量为

133.030

4min ==

C ;最大流量为1041004max max =+=+B A C C ;因此，两阀组合在一起的可调比将扩大到782133.0104≈=R 远大于30.， （2）用于控制不同的介质，以满足工艺的要求

在某些间歇式生产的生产过程中，有时需要加热，有时

需要一走热量，为了满足这些特殊要求，一方面需要配置蒸汽和冷水两种传热介质；另一方面需设计一个分程控制系。

如图所示为一间歇聚合反应器的温度分程控制系统。当反应物料投入设备后，开始需加热升温引发反应，此时通入蒸汽使循环水被加热，循环水再通过反应夹套未反应物加热使反应物料升温；达到反应温度后，由于放出大量的反应热，若不及时一走热量，会使反应越来越剧烈，甚至可能发生爆炸，这时反应器夹套中流过的不再是热水，而是冷水，反应中产生的热量会被冷水带走，这样就达到了保持反应温度一定的目的。

（3）用于保证生产过程的安全和稳定。

在某些生产过程中，尤其是各类炼油后石油化工中，为避免建在室外储罐中的各种油品或石油化工产品与空气接触而氧化变质或发生爆炸，常常在储罐上方充氮气，使使储罐内压力保持为微正压，称为氮封。储罐内物料的增减将造成罐顶压力的升降，必须及时进行控制，否则将引起储罐变形，

TT TC TV B 产品 冷水

蒸汽

TV A

甚至破裂，造成浪费或引起燃烧、爆炸等危险。

如图所示，当储罐内物料增加时，压力升高，于是关闭A 阀，打开B阀，通过停止充入氮气和放空使储罐内压力下降；反之，当储罐内物料减少时，压力降低，于是打开A阀，关闭B阀，通过充入氮气和停止放空使储罐内压力升高；如此保持储罐内压力为微正压。

分程控制系统的参数整定实质就是简单控制系统的参数整定，需要注意的是，两个控制通道特性不同时，应照顾正常情况下的对象特性，按正常工况整定控制器参数，另另一阀只要在工艺允许的范围内工作即可。

分程控制系统的投运

1、投运前的检查

仪表本身的调试和检查

检查检测元件、变送器、控制器、显示仪表、控制阀

的精度等,检查连接部件：包括连接正确性检查等,充灌隔离液：包括管路清洗等,检查控制器正反作用、内外给定的设置,检查控制阀动作及相关管线和旁路阀,联动检查

2、系统投运

变送器投运→控制阀手操→控制器投运和参数整定

3、维修

定时和经常性的检查和处理,发生故障后的检查和处理

3.新型控制系统综述。

答：第一、自适应控制系统。

自适应控制系统：通过测取系统的有关信息，了解对象特性的变化情况，再经过某种算法自动地改变控制器的可调参数，使系统始终运行在最佳状况下。

根据自适应控制的设计原理和结构的不同，可分四类。

一、变增益自适应控制

二、模型参考自适应控制系统

研究的主要问题在于设计一个稳定的、具有较高性能的自适应机构的自适应算法。

三、直接优化目标函数的自适应控制系统

四、自校正控制系统

该系统在原有控制系统的基础上，增加了一个外回路。它由对象参数辨识器和控制器参数计算机构组成。

第二、预测控制

一、预测控制的基本结构

四部分组成，预测模型、反馈校正、滚动优化和参考轨迹。

二、预测控制的特点及其应用

1.特点：

从控制方式上预测控制。

预测控制的预测和优化模式是对传统最优控制的修正，它使建模简化，并考虑了不确定性及其他复杂性因素。

预测控制对数学模型要求不高且模型的形式多样化。

能直接处理具有纯滞后的过程。

具有良好的跟踪性能和较强的抗扰动能力。

对模型误差具有较强的鲁棒性。

2.应用

（1）国外已经形成许多以预测控制为核心思想的先进控制商品化软件包。

（2）中国通过“八五”“九五”国家重点科技攻关等，在先进控制与优化控制方面积累了许多经验，成功应用实例亦不少，部分成