PID控制例1：反应釜温度自动控制回路
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•管式加热炉温度系统： •串级调节方案－－ Ⅰ＋Ⅱ •主参数： θ1出口温度 •副参数：θ2炉膛温度 •调节量：Q1 •以θ1调节为主回路 •θ2调节为副回路
TN 15
串级调节系统结构
内外环结构的双闭环系统 主环输出：主参数（系统最终控制参数） 副环输出：副参数（为了提高主参数调节性能
而引入的一个中间参数）
TN
4
系统调节方案的选择
直接指标控制：选择产品轻组份（苯）浓 度作为被调参数。
缺点：
•在线分析仪表：反应 慢，可靠性差。 •成分作为被调参数： 对象特性惯性大。
TN 5
系统调节方案的选择
间接指标控制：塔内温度、压力均与产品苯含 量有单值关系。但工艺上一般要求塔压最好固 定不变。
TN
6
系统调节方案的选择
Gc1(s)：主调节器 Gc2(s)：副调节器
TN
16
串级调节系统特点
•副回路中的干扰，主要在副回路中克服。 •减少了副对象的T，提高了副环的调节 品质。 •提高了系统的频率响应，加快了抗干扰 过程的速度。 •提供了灵活的控制方式
TN
17
串级调节系统应用
TN
18
串级调节系统应用
TN
19
串级调节系统的选型
间接指标控制：一般在塔内选择一块对温度 反应最灵敏的塔板作为系统主回路的被调参 数。
例如提馏段的一块塔板 （称为灵敏板），即采 用灵敏板温度T灵作为 间接控制指标。
TN 7
系统调节方案的选择
间接指标控制（二元）精馏控制例 主回路＋若干辅助回路
TN
8
第6章 单回路调节系统
思考题：
调节系统过渡过程的稳态误差超过工艺规定，则下 列哪项调整方法可以改善上述不足？
G22 ( s)GC 2 ( s ) G12 ( s ) Y2 ( s) [ GB12 ( s)] X 1 ( s ) 1 G22 ( s)Gc 2 ( s) G22 ( s)GC 2 ( s)
TN
33
自治调节系统
G22 ( s)GC 2 ( s ) G12 ( s ) Y2 ( s) [ GB12 ( s)] X 1 ( s ) 1 G22 ( s)Gc 2 ( s) G22 ( s)GC 2 ( s)
自动化仪表及过程控制(9)
Automation Instrumentations and Process Control
PID控制例1：反应釜温度自动控制回路
TN
2
PID控制例2：供水水压自动控制回路
TN
3
系统调节方案的选择
间接指标控制：对于不便直接 调节的工艺直接指标，可以选 择一个与直接指标相关的量进 行调节，间接完成控制任务。 例：精馏塔生产过程， 质量指标：塔顶馏出物组份， 即以塔顶产品纯度为控制指标
TN
24
均匀调节系统
用以解决和协调前后两被调参数的相互 影响。 例：多塔分离过程中的物料供求关系。 塔I的液位系统 和塔II的流量系 统有较大相互 影响。
TN 25
均匀调节系统
均匀调节系统调节器的整定： •主调节器比例系数Kc越大流量越平稳，液位越不 平稳。 •可根据表7-1所示经验整定。
TN
26
x1
+ Gc1 -
x2
+ Gc2 Go2
y2
Go1
y1
TN
21
串级调节系统例：
夹套式反应釜温度控制
TN
22
比值调节系统
保证两种（或两种以上）物料流量保持 一定比例的调节系统。 FC：比值调节器， 比值＝K
QB=KQA
开环比值系统
TN 23
比值调节系统
单闭环比值调节系统
调节参数整定时需注意差压检测中的非 线性问题。
TN 12
管式加热炉温度系统
•简单调节方案Ⅰ:直接指标控制 •被调参数：θ1出口温度 •调节量：Q1燃油流量 •缺点：被控对象滞后大
TN
13
管式加热炉温度系统
•简单调节方案Ⅱ:间接指标控制 •被调参数：θ2炉膛温度 •调节量：Q1
•缺点：闭环不包括被 加热流体方面的干扰
TN
14
管式加热炉温度系统
（A）增加比Biblioteka Baidu度； （B）减少积分时间 ； （C）增加积分时间； （D）减少微分时间。
TN
9
第6章 单回路调节系统
思考题：
调节系统过渡过程的稳态误差超过工艺规定，则下 列哪项调整方法可以改善上述不足？
（A）增加比例度； （B）减少积分时间 ； （C）增加积分时间； （D）减少微分时间。 答：B（参阅课本）
由于串级调节系统的目的一般都是为了 保证主参数的控制品质，而对辅助的副 参数的控制精度要求并不高。 所以 •主调节器宜用P和PI调节规律。 •副调节器一般用P调节规律
x1
+ Gc1 -
x2
+ Gc2 Go2
y2
Go1
y1
TN
20
串级调节系统的整定
工程中常用的整定方法： •两步法：先副后主 •一步法：定副调主
TN
工业锅炉汽包水位控制
自动调节系统应用例
例1：单冲量控制系统
TN 36
工业锅炉汽包水位控制
自动调节系统应用例
例1：双冲量控制系统
TN 37
工业锅炉汽包水位控制
自动调节系统应用例：
例1：三冲量控制系统
TN 38
工业锅炉过热蒸气温度串级控制
自动调节系统应用例：
TN
39
工业锅炉燃烧控制
自动调节系统应用例 例1：基本控制方案 串级加比值控制
TN
43
先进控制技术
Advance Process Control:APC •解耦控制
•最优控制
•模糊控制
•非线性控制
•人工神经网络控制 •预测控制等
TN 44
小结 1.掌握串级调节原理、特点及 其应用。 2.了解比值、均匀、前馈等常 见复杂调节方法的基本原理。
TN
45
前馈调节系统
用来克服一个主要扰动的影响。 简单调节系统的特点：只有偏差产生后 才有控制作用。 例：热交换器温度简单系统 Q1t e Q2 t e=0
TN
27
前馈调节系统
热交换器温度前馈调节方案 Q1Q2
FC Q2 Q1
TN
28
前馈调节系统
前馈调节方案结构框图
有： Y1(s)=GL(s)F(s)
TN 30
前馈调节系统
热交换器温度前馈反馈复合调节方案
FC Q2 Q1
+
TC
TN
31
自治调节系统
又称解偶系统， 用于消除相互关 联的几个调节量 之间的相互影响。
TN
32
自治调节系统
由： Y1(s)=G11(s)X1(s) Y2(s)=G22(s)X2(s)+G12(s)X1(s) X2(s)=- GC2(s) Y2(s) –GC2(s)GB12(s)X1(s)
TN
Y2(s)=GB(s)GV(s)G0(s)F(s) Y(s)=Y2(s)-Y1(s)
29
前馈调节系统
有： Y1(s)=GL(s)F(s) Y2(s)=GB(s)GV(s)G0(s)F(s) Y(s)=Y2(s)-Y1(s) 希望f对y的影响为0， 即用y1补偿y2：
[G L ( s ) G B ( s )GV ( s )G0 ( s )]F ( s ) 0 GL (s) G L ( s) GB (s) GV ( s )G0 ( s ) G0 ( s )
TN
10
第6章 单回路调节系统
小结：
•熟练掌握单回路调节系统的基本概念； •熟悉单回路调节系统的设计和整定的基 本步骤和常用方法； •了解对象动态特性对调节质量的影响； •了解调节规律对系统动特性的影响。
TN 11
第7章 复杂调节系统
生产过程的大型化和复杂化，操作 条件要求更加严格，各变量之间的关系 更加复杂，对生产、质量、安全、环保 的更高要求。出现了许多简单调节系统 不能胜任控制任务。 复杂调节系统是以简单系统为基础 的结构或算法上更为先进的控制方法。
TN
40
工业锅炉燃烧控制
自动调节系统应用例 例2：串级交叉限幅控 制方案 具有逻辑提降功能 减负荷时： 先减燃料再减风量； 增负荷时： 先增风量再增燃料
TN 41
工业锅炉燃烧控制
自动调节系统应用例 例3：炉膛负压控制 前馈加反馈控制
TN
42
工业锅炉燃烧控制
自动调节系统应用例 例3：蒸气压力和燃料 压力选择控制
G12 ( s ) 得：G B12 ( s ) G22 ( s )GC 2 ( s )
TN 34
自治调节系统
有：Y(s)=G(s)D(s)X(s) 为消除关联作用， 则需： D(s)=G-1(s)
Y1 ( s) X 1 ( s) Y ( s) G11 ( s) G1n ( s) X ( s) 2 2 G 21( s ) Gnn ( s) 35 Yn ( s) X n ( s)
TN 15
串级调节系统结构
内外环结构的双闭环系统 主环输出：主参数（系统最终控制参数） 副环输出：副参数（为了提高主参数调节性能
而引入的一个中间参数）
TN
4
系统调节方案的选择
直接指标控制：选择产品轻组份（苯）浓 度作为被调参数。
缺点：
•在线分析仪表：反应 慢，可靠性差。 •成分作为被调参数： 对象特性惯性大。
TN 5
系统调节方案的选择
间接指标控制：塔内温度、压力均与产品苯含 量有单值关系。但工艺上一般要求塔压最好固 定不变。
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系统调节方案的选择
Gc1(s)：主调节器 Gc2(s)：副调节器
TN
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串级调节系统特点
•副回路中的干扰，主要在副回路中克服。 •减少了副对象的T，提高了副环的调节 品质。 •提高了系统的频率响应，加快了抗干扰 过程的速度。 •提供了灵活的控制方式
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串级调节系统应用
TN
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串级调节系统应用
TN
19
串级调节系统的选型
间接指标控制：一般在塔内选择一块对温度 反应最灵敏的塔板作为系统主回路的被调参 数。
例如提馏段的一块塔板 （称为灵敏板），即采 用灵敏板温度T灵作为 间接控制指标。
TN 7
系统调节方案的选择
间接指标控制（二元）精馏控制例 主回路＋若干辅助回路
TN
8
第6章 单回路调节系统
思考题：
调节系统过渡过程的稳态误差超过工艺规定，则下 列哪项调整方法可以改善上述不足？
G22 ( s)GC 2 ( s ) G12 ( s ) Y2 ( s) [ GB12 ( s)] X 1 ( s ) 1 G22 ( s)Gc 2 ( s) G22 ( s)GC 2 ( s)
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自治调节系统
G22 ( s)GC 2 ( s ) G12 ( s ) Y2 ( s) [ GB12 ( s)] X 1 ( s ) 1 G22 ( s)Gc 2 ( s) G22 ( s)GC 2 ( s)
自动化仪表及过程控制(9)
Automation Instrumentations and Process Control
PID控制例1：反应釜温度自动控制回路
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PID控制例2：供水水压自动控制回路
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系统调节方案的选择
间接指标控制：对于不便直接 调节的工艺直接指标，可以选 择一个与直接指标相关的量进 行调节，间接完成控制任务。 例：精馏塔生产过程， 质量指标：塔顶馏出物组份， 即以塔顶产品纯度为控制指标
TN
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均匀调节系统
用以解决和协调前后两被调参数的相互 影响。 例：多塔分离过程中的物料供求关系。 塔I的液位系统 和塔II的流量系 统有较大相互 影响。
TN 25
均匀调节系统
均匀调节系统调节器的整定： •主调节器比例系数Kc越大流量越平稳，液位越不 平稳。 •可根据表7-1所示经验整定。
TN
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x1
+ Gc1 -
x2
+ Gc2 Go2
y2
Go1
y1
TN
21
串级调节系统例：
夹套式反应釜温度控制
TN
22
比值调节系统
保证两种（或两种以上）物料流量保持 一定比例的调节系统。 FC：比值调节器， 比值＝K
QB=KQA
开环比值系统
TN 23
比值调节系统
单闭环比值调节系统
调节参数整定时需注意差压检测中的非 线性问题。
TN 12
管式加热炉温度系统
•简单调节方案Ⅰ:直接指标控制 •被调参数：θ1出口温度 •调节量：Q1燃油流量 •缺点：被控对象滞后大
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13
管式加热炉温度系统
•简单调节方案Ⅱ:间接指标控制 •被调参数：θ2炉膛温度 •调节量：Q1
•缺点：闭环不包括被 加热流体方面的干扰
TN
14
管式加热炉温度系统
（A）增加比Biblioteka Baidu度； （B）减少积分时间 ； （C）增加积分时间； （D）减少微分时间。
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9
第6章 单回路调节系统
思考题：
调节系统过渡过程的稳态误差超过工艺规定，则下 列哪项调整方法可以改善上述不足？
（A）增加比例度； （B）减少积分时间 ； （C）增加积分时间； （D）减少微分时间。 答：B（参阅课本）
由于串级调节系统的目的一般都是为了 保证主参数的控制品质，而对辅助的副 参数的控制精度要求并不高。 所以 •主调节器宜用P和PI调节规律。 •副调节器一般用P调节规律
x1
+ Gc1 -
x2
+ Gc2 Go2
y2
Go1
y1
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20
串级调节系统的整定
工程中常用的整定方法： •两步法：先副后主 •一步法：定副调主
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工业锅炉汽包水位控制
自动调节系统应用例
例1：单冲量控制系统
TN 36
工业锅炉汽包水位控制
自动调节系统应用例
例1：双冲量控制系统
TN 37
工业锅炉汽包水位控制
自动调节系统应用例：
例1：三冲量控制系统
TN 38
工业锅炉过热蒸气温度串级控制
自动调节系统应用例：
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39
工业锅炉燃烧控制
自动调节系统应用例 例1：基本控制方案 串级加比值控制
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先进控制技术
Advance Process Control:APC •解耦控制
•最优控制
•模糊控制
•非线性控制
•人工神经网络控制 •预测控制等
TN 44
小结 1.掌握串级调节原理、特点及 其应用。 2.了解比值、均匀、前馈等常 见复杂调节方法的基本原理。
TN
45
前馈调节系统
用来克服一个主要扰动的影响。 简单调节系统的特点：只有偏差产生后 才有控制作用。 例：热交换器温度简单系统 Q1t e Q2 t e=0
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前馈调节系统
热交换器温度前馈调节方案 Q1Q2
FC Q2 Q1
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前馈调节系统
前馈调节方案结构框图
有： Y1(s)=GL(s)F(s)
TN 30
前馈调节系统
热交换器温度前馈反馈复合调节方案
FC Q2 Q1
+
TC
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自治调节系统
又称解偶系统， 用于消除相互关 联的几个调节量 之间的相互影响。
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32
自治调节系统
由： Y1(s)=G11(s)X1(s) Y2(s)=G22(s)X2(s)+G12(s)X1(s) X2(s)=- GC2(s) Y2(s) –GC2(s)GB12(s)X1(s)
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Y2(s)=GB(s)GV(s)G0(s)F(s) Y(s)=Y2(s)-Y1(s)
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前馈调节系统
有： Y1(s)=GL(s)F(s) Y2(s)=GB(s)GV(s)G0(s)F(s) Y(s)=Y2(s)-Y1(s) 希望f对y的影响为0， 即用y1补偿y2：
[G L ( s ) G B ( s )GV ( s )G0 ( s )]F ( s ) 0 GL (s) G L ( s) GB (s) GV ( s )G0 ( s ) G0 ( s )
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10
第6章 单回路调节系统
小结：
•熟练掌握单回路调节系统的基本概念； •熟悉单回路调节系统的设计和整定的基 本步骤和常用方法； •了解对象动态特性对调节质量的影响； •了解调节规律对系统动特性的影响。
TN 11
第7章 复杂调节系统
生产过程的大型化和复杂化，操作 条件要求更加严格，各变量之间的关系 更加复杂，对生产、质量、安全、环保 的更高要求。出现了许多简单调节系统 不能胜任控制任务。 复杂调节系统是以简单系统为基础 的结构或算法上更为先进的控制方法。
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工业锅炉燃烧控制
自动调节系统应用例 例2：串级交叉限幅控 制方案 具有逻辑提降功能 减负荷时： 先减燃料再减风量； 增负荷时： 先增风量再增燃料
TN 41
工业锅炉燃烧控制
自动调节系统应用例 例3：炉膛负压控制 前馈加反馈控制
TN
42
工业锅炉燃烧控制
自动调节系统应用例 例3：蒸气压力和燃料 压力选择控制
G12 ( s ) 得：G B12 ( s ) G22 ( s )GC 2 ( s )
TN 34
自治调节系统
有：Y(s)=G(s)D(s)X(s) 为消除关联作用， 则需： D(s)=G-1(s)
Y1 ( s) X 1 ( s) Y ( s) G11 ( s) G1n ( s) X ( s) 2 2 G 21( s ) Gnn ( s) 35 Yn ( s) X n ( s)