过程控制-4.9-非线性补偿
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
TC
Fm
Fsp
FC 进料 出料
v(t) P1 P2
燃料油
补偿方法：通过引入串 级控制方式，以克服副 回路中的非线性，实现 主对象增益在一定条件 下的的近似线性（本例 中，指Fsp 与 出口温度 的稳态增益）。
非线性补偿方法举例3
u(t) × RF RVsp RV
FC
T2sp
TC
蒸汽
T2
凝液
工艺 介质
概述
在具有变增益对象的系统中，控制过程会 出现什么问题？ 换热器的增益是与被加热物料的流量成反比的。 整定是在正常的负荷下进行的。 当物料流量增大时，由于过程增益变小，在已整定好的温度控 制回路的比例增益作用下，过渡过程将会出现过阻尼； 在小流量下，过程增益增大，系统可能出现振荡甚至不稳定。 为了控制回路能正常工作，就必须根据最坏的操作调节，即 根据预计的最小流量来整定调节器。
概述
在不同流量下系统的阶跃响应曲线 绿色：正常流量；红色：流量减小；蓝色：流量增加
对象增益非线性补偿方法
调节阀特性补偿，以使广义对象为近似线性； 串级控制方式，以克服副回路的非线性； 引入比值等中间参数，以主回路广义对象的增益为近似线性； 变增益控制器：通过引入对象增益的反函数以使系统的回路增益为 线性； 自适应控制器：根据控制系统的性能自动调整控制器的增益，以使 系统的回路增益为近似线性。
pH中和过程的单回路控制
中 和 液
被调液体
AC
SP
生成液
pH中和过程非线性增益补偿
11 10 9 8 7 6 5 4 3 0 10 非线性 控制器增益 控制点 pH 线性化增益 20 30 中和剂量/升溶液 40 50
pH
pH中和过程的 非线性变比值串级控制方案
F 中 和 液
FC
Rsp
e1
× u pHC ysp
增益非线性补偿方法举例1
蒸汽 RV T2 T1 RF 凝液 工艺介质
对象稳态关系：
u
TC
T2sp
c p RF (T2 T1 ) HV RV
对象增益：
HV T2 1 Kp RV c p RF RF
补偿方法：通过合理选择调节阀的流量特性，实现广义 对象增益的近似线性。
非线性补偿方法举例2
1 0 -1
被调液体 生Biblioteka Baidu液
4
5
6
7
8
9
10 pH
非线性控制系统
非线性增益环节
pH中和过程的 非线性变比值串级控制方案
F
中 和 液
FC
Rsp
× u pHC ysp
被调液体 生成液
非线性控制系统
非线性增益环节
11
AC
SP
pH
10 9 8 7 6 5 4 3 0 1 0 20 30 中和剂量/升溶液 40 50
生成液
pH中和过程的单回路控制
pH中和过程的滴定曲线
pH中和过程 非线性单回路控制方框图
D ysp ＋ － e0 非线性 增益补偿 ym e1 PID u 调节阀 中和 反应槽 y
pH 测量变送
讨论：由于pH中和过程非线性的特殊性，作为最常用的补 偿对象非线性的方法，通过选择调节阀流量特性以实现广 义对象的近似线性难以奏效。而采用直接引入“非线性增 益补偿”环节的方法可自由地实现控制系统开环增益的线 性化。
第四章 复杂控制系统 4.9 非线性补偿
概述
系统中的非线性因素，主要存在于两个部分： 一部分是用以实现控制的仪表或执行机构中所包含的 非线性。例如调节器中的限幅特性，阀门的等百分比、抛物 线和快开等特性。它们一般属于典型非线性特性。 另一部分存在于对象本身。例如对象的增益在很多情况 下不是常数而是负荷、调节量等因素的非线性函数，通常称之 为对象的变增益特性。例如有些对象动态特性的描述本来就是 用的非线性方程。
补偿方法：通过引入 中间变量（本例中为 蒸汽量与工艺物料量 的比值），实现主对 象增益的近似线性 （本例中，指u(t) 与 T2(t) 的稳态增益）。
pH中和过程的稳态模型
被调液体 中 和 液
F2,C2, pH2
假设先混合后反应, 混合后 的酸与碱浓度x1, x2分别为
F1,C1, pH1
生成液
x1
F1 F2 c1 , x2 c2 F1 F2 F1 F2
V
中和反应的结果使混合液 中的剩余酸浓度为
x x2 x1 [OH ] [ H ]
Kw x [ H ] [H ]
[H ]
x2 x Kw 4 2
pH中和过程的非线性
被调液体 中 和 液
Fm
Fsp
FC 进料 出料
v(t) P1 P2
燃料油
补偿方法：通过引入串 级控制方式，以克服副 回路中的非线性，实现 主对象增益在一定条件 下的的近似线性（本例 中，指Fsp 与 出口温度 的稳态增益）。
非线性补偿方法举例3
u(t) × RF RVsp RV
FC
T2sp
TC
蒸汽
T2
凝液
工艺 介质
概述
在具有变增益对象的系统中，控制过程会 出现什么问题？ 换热器的增益是与被加热物料的流量成反比的。 整定是在正常的负荷下进行的。 当物料流量增大时，由于过程增益变小，在已整定好的温度控 制回路的比例增益作用下，过渡过程将会出现过阻尼； 在小流量下，过程增益增大，系统可能出现振荡甚至不稳定。 为了控制回路能正常工作，就必须根据最坏的操作调节，即 根据预计的最小流量来整定调节器。
概述
在不同流量下系统的阶跃响应曲线 绿色：正常流量；红色：流量减小；蓝色：流量增加
对象增益非线性补偿方法
调节阀特性补偿，以使广义对象为近似线性； 串级控制方式，以克服副回路的非线性； 引入比值等中间参数，以主回路广义对象的增益为近似线性； 变增益控制器：通过引入对象增益的反函数以使系统的回路增益为 线性； 自适应控制器：根据控制系统的性能自动调整控制器的增益，以使 系统的回路增益为近似线性。
pH中和过程的单回路控制
中 和 液
被调液体
AC
SP
生成液
pH中和过程非线性增益补偿
11 10 9 8 7 6 5 4 3 0 10 非线性 控制器增益 控制点 pH 线性化增益 20 30 中和剂量/升溶液 40 50
pH
pH中和过程的 非线性变比值串级控制方案
F 中 和 液
FC
Rsp
e1
× u pHC ysp
增益非线性补偿方法举例1
蒸汽 RV T2 T1 RF 凝液 工艺介质
对象稳态关系：
u
TC
T2sp
c p RF (T2 T1 ) HV RV
对象增益：
HV T2 1 Kp RV c p RF RF
补偿方法：通过合理选择调节阀的流量特性，实现广义 对象增益的近似线性。
非线性补偿方法举例2
1 0 -1
被调液体 生Biblioteka Baidu液
4
5
6
7
8
9
10 pH
非线性控制系统
非线性增益环节
pH中和过程的 非线性变比值串级控制方案
F
中 和 液
FC
Rsp
× u pHC ysp
被调液体 生成液
非线性控制系统
非线性增益环节
11
AC
SP
pH
10 9 8 7 6 5 4 3 0 1 0 20 30 中和剂量/升溶液 40 50
生成液
pH中和过程的单回路控制
pH中和过程的滴定曲线
pH中和过程 非线性单回路控制方框图
D ysp ＋ － e0 非线性 增益补偿 ym e1 PID u 调节阀 中和 反应槽 y
pH 测量变送
讨论：由于pH中和过程非线性的特殊性，作为最常用的补 偿对象非线性的方法，通过选择调节阀流量特性以实现广 义对象的近似线性难以奏效。而采用直接引入“非线性增 益补偿”环节的方法可自由地实现控制系统开环增益的线 性化。
第四章 复杂控制系统 4.9 非线性补偿
概述
系统中的非线性因素，主要存在于两个部分： 一部分是用以实现控制的仪表或执行机构中所包含的 非线性。例如调节器中的限幅特性，阀门的等百分比、抛物 线和快开等特性。它们一般属于典型非线性特性。 另一部分存在于对象本身。例如对象的增益在很多情况 下不是常数而是负荷、调节量等因素的非线性函数，通常称之 为对象的变增益特性。例如有些对象动态特性的描述本来就是 用的非线性方程。
补偿方法：通过引入 中间变量（本例中为 蒸汽量与工艺物料量 的比值），实现主对 象增益的近似线性 （本例中，指u(t) 与 T2(t) 的稳态增益）。
pH中和过程的稳态模型
被调液体 中 和 液
F2,C2, pH2
假设先混合后反应, 混合后 的酸与碱浓度x1, x2分别为
F1,C1, pH1
生成液
x1
F1 F2 c1 , x2 c2 F1 F2 F1 F2
V
中和反应的结果使混合液 中的剩余酸浓度为
x x2 x1 [OH ] [ H ]
Kw x [ H ] [H ]
[H ]
x2 x Kw 4 2
pH中和过程的非线性
被调液体 中 和 液