常见的复杂控制系统
串级pid控制原理
串级pid控制原理串级PID控制原理。
串级PID控制是一种常见的控制系统设计方法，它通过串联多个PID控制器来实现对复杂系统的精确控制。
在本文中，我们将介绍串级PID控制的原理及其应用。
首先，我们来了解一下PID控制器的基本原理。
PID控制器是一种常用的闭环控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分对系统的当前误差进行响应，积分部分对系统历史误差进行积累，微分部分对系统的变化速度进行调节。
通过合理调节PID参数，可以实现对系统的稳定控制。
在一些复杂的控制系统中，单个PID控制器往往难以满足对系统的精确控制需求。
这时就需要使用串级PID控制器。
串级PID控制器由多个PID控制器串联而成，每个PID控制器负责对系统的一个特定部分进行控制，最终实现对整个系统的精确控制。
串级PID控制器的原理可以通过一个简单的例子来说明。
假设有一个水箱，我们需要控制水箱中水位的高度。
如果只使用一个PID控制器，它可能无法同时兼顾到水位的稳定性和快速响应性。
这时，我们可以使用串级PID控制器，将水箱分为两个部分，上部和下部。
上部水位由一个PID控制器进行控制，下部水位由另一个PID控制器进行控制。
这样，就可以分别调节上部和下部水位的控制效果，最终实现对整个水箱水位的精确控制。
在实际应用中，串级PID控制器可以应用于许多领域，如温度控制、压力控制、流量控制等。
通过合理设计串级PID控制器的结构和参数，可以实现对复杂系统的高精度控制。
需要注意的是，在设计串级PID控制器时，需要考虑各个PID控制器之间的协调性。
不同PID控制器之间可能存在交叉影响，需要通过合理的参数调节来避免这种影响，确保整个系统的稳定性和性能。
总之，串级PID控制器是一种有效的控制系统设计方法，它通过串联多个PID 控制器来实现对复杂系统的精确控制。
在实际应用中，需要合理设计串级PID控制器的结构和参数，以实现对系统的高精度控制。
PLC、DCS、FCS常见控制系统的根本区别在哪里
PLC、DCS、FCS常见控制系统的根本区别在哪里计算机和网络技术的飞速发展，引起了自动化控制系统结构的变革，一种世界上最新型的控制系统即现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）在上世纪九十年代走向实用化，并正以迅猛的势头快速发展。
现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正越来越受到国内外自动化设备制造商与用户的关注。
现场总线控制系统的出现，将给自动化领域在过程控制系统上带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。
FCS可以说是第五代过程控制系统，是由PLC（ProgrammableController）或DCS （DistributedControlSystem）发展而来的。
FCS与PLC及DCS之间有千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。
本文针对PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点、性能和差异作一分析。
1 PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。
它们各自的基本特点如下：1.1PLC（1）从开关量控制发展到顺序控制、运算处理，是从下往上的。
（2）逻辑控制、定时控制、计数控制、步进(顺序)控制、连续PID控制、数据控制-PLC具有数据处理能力、通信和联网等多功能。
（3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。
（4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。
这比用PC 机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。
（5）PLC网络既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。
（6）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。
1.2DCS（1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer，Control、CRT）技术于一身的监控技术，是第四代过程控制系统。
伺服系统的组成部分,各功能实现方法
伺服系统的组成部分,各功能实现方法
伺服系统是一种复杂的控制系统，由多个部分组成，包括控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机。
以下是对这些组成部分的简要描述：
1. 控制器：这是伺服系统的核心部分，负责根据输入的指令和系统的反馈信息计算出控制量，以控制电动机的转动。
控制器的计算速度、精度和稳定性对整个伺服系统的性能有着决定性的影响。
2. 功率驱动装置：这部分负责将控制器的控制信号转换为能够驱动电动机的实际电流或电压。
功率驱动装置通常包括电力电子器件和驱动电路，用于实现电流的放大和转换。
3. 反馈装置：这部分负责实时监测电动机的转动状态，并将监测到的信息反馈给控制器。
常见的反馈装置包括编码器、光电码盘和霍尔元件等，用于检测电动机的转速、位置和方向等信息。
4. 电动机：这是伺服系统的执行部分，负责将控制器的控制信号转换为实际的机械运动。
伺服电动机通常采用直流或交流电源供电，具有较高的启动转矩和快速响应的特点。
在伺服系统中，控制器通过比较指令信号和反馈信号来调节电动机的转动，以达到对目标值的精确控制。
功率驱动装置则负责将控制器的控制信号转换为实际驱动电动机的电流或电压，而反馈装置则提供系统的实时信息，以便
控制器进行调节。
最终，伺服系统能够实现对目标值的精确跟踪，并保证系统的稳定性、快速性和精度。
串级控制系统通用方块图
炉膛温度
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主对象 — 由主变量表征其主要特征的工艺设备或过 程，其输入量为副变量，输出量为主变量。
副对象 — 由副变量表征其特性的工艺生产设备或过 程，其输入量为系统的操纵变量，输出量为副变量。 炉出口温度对象
炉膛温度对象
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主控制器 — 按主变量的测量值与给定值的偏差进行 工作的控制器，其输出作为副控制器的 给定值。
➢所以，主控制器的正、反作用就只取决于主对象的符号。
为了保证回路中各环节总的符号乘积为负，当主对象的符
号为 “+”时，主控制器必须是“－”号，即选择反作
用；而当主对象的符号为“－”时，主控制器必须是“+”
号，选择正作用。
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【例题】 如图所示的精馏塔提馏段温度与加热蒸汽流量串 级控制系统中，执行器选为气关式，试确定主、副控制器的 正、反作用。
副控制器 — 按副变量的测量值与主控制器的输出信 号的偏差进行工作的控制器，其输出直 接控制执行器的动作。
炉出口温度控制器
炉膛温度控制器
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主回路 — 由主测量变送器、主控制器、副回路等效 环节和主对象组成的闭合回路，又称外环 或主环。
副回路 — 由副测量变送器、副控制器、执行器和副 对象所组成的闭合回路，又称内环或副环。
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方块图：
工艺控制流程图：
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串级控制系统通用方块图:
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串级控制系统在结构上具有如下特点： ➢在串级控制系统中，有两个闭环负反馈回路，每个回路都有自 己的控制器、测量变送器和对象，但只有一个执行器。 ➢两个控制器采用串联控制方式，主控制器的输出作为副控制器 的给定值，而由副控制器的输出来控制执行器的动作。 ➢主回路是一个定值控制系统，副回路则是一个随动控制系统。
串级、比值、前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量六种复杂控制系统
1、串级控制系统
串级控制系统是应用最早，效果最好，使 用最广泛的一种复杂控制系统，它的特点 是两个调节器相串联，主调节器的输出作 为副调节器的设定，当对象的滞后较大， 干扰比较剧烈、频繁时，可考虑采用串级 控制系统。
1、基本概念
串级控制系统(Cascade Cont ro1System)是一 种常用的复杂控制系统，它根据系统结构
主回路(外回路)：断开副调节器的反馈回路 后的整个外回路。
副回路(内回路)：由副参数、副调节器及所 包括的一部分对象所组成的闭合回路（随
动回路)
主对象(惰性区)：主参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为副变量，输出信 号为主参数(主变量)。
副对象(导前区)：副参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为调节量，其输出 信号为副参数(副参数 将要达到危险值时，就适当降低生产要求， 让它暂时维持生产，并逐渐调整生产，使 之朝正常工况发展。能实现软限控制的控 制系统称为选择性控制系统，又称为取代 控制系统或超驰控制系统。
通常把控制回路中有选择器的控制系统称 为选择性控制(selective control)系统。选择 器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两 类。高选器输出是其输入信号中的高信号， 低选器输出是其输入信号中的低信号。
控制系统一般又可分为简单控制系统和复 杂控制系统两大类，所谓复杂，是相对于 简单而言的。凡是多参数，具有两个以上 变送器、两个以上调节器或两个以上调节 阀组成多回路的自动控制系统，称之为复 杂控制系统。
目前常用的复杂控制系统有串级、比值、 前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量等， 并且随着生产发展的需要和科学技术进步， 又陆续出现了许多其他新型的复杂控制系 统。
路外，使调整k时不影响控制回路稳定性。
复杂系统的建模和控制方法
复杂系统的建模和控制方法第一章：引言复杂系统建模和控制方法是现代科学与技术发展中的关键问题之一。
复杂系统是由大量互相作用的不同部分组成的，在这些部分之间可能存在相互依赖、非线性关系与随机性影响等特性。
复杂系统建模和控制方法在很多领域中都有广泛的应用，包括物理、化学、生物、金融、环境、社会等等。
本文将从不同的角度对复杂系统的建模和控制方法进行讨论，提供一些有益的思路和建议。
第二章：常用的复杂系统建模方法在建模过程中，选择一个合适的数学模型是非常重要的。
下面列举几种常用的方法：1. 线性回归模型线性回归是一种基本的建模方法，使用线性方程来描述变量之间的相互作用以建立模型。
这种方法的适用条件是数据集中变量之间存在简单的线性关系。
2. 非线性回归模型非线性回归模型是针对存在非线性关系的数据，使用非线性方程描述变量之间的相互作用以建立模型的方法。
在模型的选择和参数估计过程中需要特别注意。
3. 神经网络神经网络是模仿人类神经系统的工作原理而建立的一种模型，可以适用于处理非线性的、高度关联的数据集。
神经网络适合建立那些数据较复杂，而且变量之间联系较为难以确定的模型。
第三章：复杂系统的控制方法复杂系统的控制方法需要结合复杂系统本身的特点和需要达到的目标来确定。
下面介绍几种常见的方法：1. 反馈控制反馈控制是一种将系统的输出信息与期望的输出信息进行比较的控制方法。
通常将期望输出信息与实际输出信息之间的误差做为反馈信号，通过对信号的处理来改变控制器的输出并影响系统的行为。
2. 非线性控制非线性控制方法依赖于非线性系统的特点，根据系统的状态和输入变量设计相应的控制器，以实现目标控制。
非线性控制通常比线性控制更加灵活，可以适用于更加复杂的系统。
3. 自适应控制自适应控制方法可以根据系统的状态与环境的变化进行调整，以达到更精准的控制效果。
自适应控制的设计需要更多的先验知识，一旦出现不良效应，容易导致系统失控。
第四章：结论复杂系统的建模和控制方法是一个相对独立的学科领域，需要跨越多个学科的边界，深入挖掘系统本身的特点。
自动控制系统的控制方式及性能指标
自动控制系统的控制方式及性能指标自动控制系统是一种通过传感器、执行器和控制器等组成的复杂系统，可以对特定过程或设备进行自动化控制。
控制方式和性能指标是评价一个自动控制系统优劣的重要标准。
本文将介绍常见的自动控制系统的控制方式及其相关的性能指标。
一、开环控制开环控制是最简单的控制方式之一，它是指控制器对被控对象进行控制，但没有反馈信号参与。
开环控制系统主要通过既定的控制算法对被控对象输出信号进行调节。
这种控制方式无法对系统的实际状态进行准确的监测和调节，因此容易受到外界干扰的影响，导致输出信号与期望值之间存在偏差。
二、闭环控制闭环控制是一种基于反馈信号的控制方式，它通过传感器获取系统的实际状态信息，并将该信息传递给控制器进行实时调节。
闭环控制可以确保被控对象的输出信号与期望值之间的误差最小化。
这种控制方式具有较好的稳定性和鲁棒性，能够在系统出现扰动或参数变化时自动调整输出信号，使系统保持稳定运行。
闭环控制的性能指标主要包括以下几个方面：1. 响应时间：响应时间是指系统从受到输入信号到输出信号达到稳定状态所需的时间。
响应时间越短，系统的动态性能越好。
2. 稳定性：稳定性是指系统在受到扰动或参数变化时，能够保持输出信号在允许范围内波动较小的特性。
稳定性越好，系统的控制效果越优秀。
3. 误差指标：误差指标是评价闭环控制系统控制精度的重要指标。
常用的误差指标有稳态误差、峰值误差和超调量等，这些指标可以量化地反映系统输出信号与期望值之间的偏差程度。
4. 鲁棒性：鲁棒性是指系统对参数变化和外界干扰的适应能力。
一个鲁棒性较强的控制系统能够在参数变化或干扰较大的情况下仍能保持较好的控制效果。
5. 控制精度：控制精度是指系统输出信号与期望值之间的精度程度。
控制精度越高，系统的控制能力越强。
综上所述，自动控制系统的控制方式及性能指标是评价系统优劣的重要指标。
开环控制和闭环控制是常见的控制方式，而响应时间、稳定性、误差指标、鲁棒性和控制精度等性能指标可以客观评价系统的控制效果。
串级控制系统整理整理
串级控制系统整理手册一、串级控制系统概述串级控制系统是一种常见的复杂控制系统，主要由两个或多个控制环组成，每个控制环都负责调节一个特定的过程变量。
这种系统具有结构紧凑、响应速度快、控制精度高等优点，广泛应用于各类工业生产过程中。
二、串级控制系统的组成1. 主控制环：主控制环负责监控整个过程的主要变量，通常与系统的输出直接相关。
主控制器根据主控制环的偏差，调整副控制器的设定值，以实现系统整体的控制目标。
2. 副控制环：副控制环位于主控制环内部，负责调节过程中的辅助变量。
副控制器根据副控制环的偏差，调整执行机构的输出，以影响主控制环的变量。
3. 执行机构：执行机构是串级控制系统的执行者，负责根据控制器的指令调整过程变量。
常见的执行机构有电机、阀门、变频器等。
4. 被控对象：被控对象是串级控制系统的作用对象，包括各种生产过程中的设备、工艺和参数。
三、串级控制系统的特点1. 快速响应：串级控制系统通过多个控制环的协同作用，能够迅速响应过程变化，提高系统的动态性能。
2. 高精度：串级控制系统可以实现对外部干扰的有效抑制，提高控制精度，确保产品质量。
3. 灵活性：串级控制系统可根据实际生产需求，调整控制参数，适应不同工况。
4. 易于维护：串级控制系统结构清晰，便于故障排查和日常维护。
四、串级控制系统的设计要点1. 确定控制目标：明确串级控制系统的主、副控制环控制目标，确保系统稳定运行。
2. 选择合适的控制器：根据被控对象的特性，选择合适的控制器类型和参数。
3. 优化控制参数：通过调整控制器参数，使串级控制系统达到最佳控制效果。
4. 考虑系统抗干扰能力：在设计过程中，充分考虑外部干扰因素，提高系统的抗干扰能力。
5. 系统调试与优化：在系统投运后，根据实际运行情况，不断调整和优化控制参数，确保系统稳定、高效运行。
五、串级控制系统的实施步骤1. 系统分析与建模：深入了解生产工艺，对被控对象进行详细分析，建立准确的数学模型，为控制器设计提供依据。
三阶系统的分析与校正
三阶系统的分析与校正引言：在控制系统中，三阶系统是一种常见且重要的系统。
它具有更高的阶数，因此对于控制系统的性能和稳定性有着更高的要求。
因此，对于三阶系统的分析和校正具有一定的复杂性。
本文将围绕三阶系统的分析和校正展开讨论，并介绍常见的校正方法。
一、三阶系统的基本特点和模型表示三阶系统是一个具有三个自由度的系统，可以用如下的传递函数表示：G(s)=K/(s^3+a*s^2+b*s+c)其中，K为传递函数的增益，a、b、c分别为系统的阻尼、震荡频率和系统自然频率。
二、三阶系统的稳定性分析稳定性是控制系统设计和校正的基本要求。
对于三阶系统的稳定性分析可以采用Bode图和Nyquist图等方法。
1. Bode图分析通过绘制传递函数的幅频响应和相频响应曲线，可以得到系统的幅度余弦曲线和相位余弦曲线。
根据Bode图的特点，可以确定系统的稳定性。
2. Nyquist图分析Nyquist图是对传递函数的极坐标表示。
通过绘制传递函数的Nyquist图，可以分析系统的稳定性。
以上两种方法都可以用来评估系统的稳定性。
如果系统的Bode图和Nyquist图图像均在单位圆内，则系统是稳定的。
三、三阶系统的校正方法校正是为了使控制系统具有所需的性能指标，通过调整系统中的参数和控制器等手段实现。
1.PID控制器的设计PID控制器是最常用的控制器之一，具有简单、稳定、易于实现等特点。
PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制三部分组成。
通过调整PID控制器中的三个参数，可以实现对三阶系统的控制。
2.根轨迹法根轨迹法是一种经典的校正方法，通过分析系统的根轨迹来设计合适的校正器。
根轨迹是描述系统根位置随参数变化而变化的曲线。
通过调整参数，可以使根轨迹满足设计要求，进而实现对系统的校正。
3.频率响应方法频率响应方法基于传递函数的幅频响应和相频响应特性进行校正。
根据系统的特性，通过调整增益和相位等参数，可以实现对系统的校正。
以上是常见的三阶系统的校正方法，可以根据实际需求选择合适的方法进行校正。
控制系统分类简述
控制系统分类简述控制系统是现代工程中不可或缺的一部分，它在各种领域中发挥着重要的作用。
从简单的家用电器到复杂的工业自动化系统，控制系统可以帮助我们实现精确的控制和调节。
在这篇文章中，我将简单概述控制系统的分类，以帮助你更好地理解这个领域。
1. 开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制是最基本的控制系统分类。
开环控制是指输出信号不反馈到系统输入的控制方式。
简单来说，它根据预设的输入信号产生输出信号，但无法对输出进行实时调节。
闭环控制则是利用反馈信号来调节输出，使系统能够更准确地达到期望的状态。
闭环控制系统可以根据实时反馈信息对系统进行修正和调整，从而提高系统的稳定性和精确度。
2. 连续控制和离散控制根据控制系统的输入和输出信号是否连续，控制系统可以分为连续控制和离散控制两种类型。
连续控制系统使用连续变化的输入和输出信号进行控制，适用于需要实时调节和连续运行的系统，例如温度控制系统。
而离散控制系统则使用离散的输入和输出信号进行控制，适用于周期性的操作和采样，例如数字化的音频控制系统。
3. 线性控制和非线性控制线性控制系统和非线性控制系统是根据系统的数学模型来分类的。
线性控制系统的输入和输出之间存在线性关系，可以使用线性方程和传统的控制方法进行分析和设计。
非线性控制系统的输入和输出之间存在非线性关系，需要使用非线性的数学模型和先进的控制方法进行研究和设计。
非线性控制系统常见于复杂的工程和物理系统，例如飞机操纵系统和化学反应系统。
4. 单变量控制和多变量控制单变量控制和多变量控制是根据控制系统所涉及的变量个数来分类的。
单变量控制系统只涉及一个输入和一个输出变量，例如家庭中的温度控制系统。
而多变量控制系统涉及多个输入和输出变量之间的关系，例如工业过程控制系统。
多变量控制系统需要考虑不同变量之间的相互作用和影响，设计更复杂的控制策略来实现系统的稳定性和性能。
总结回顾：控制系统的分类涉及开环与闭环控制、连续与离散控制、线性与非线性控制以及单变量与多变量控制。
常见的复杂控制系统有串级均匀比值精选全文
(1)两个变量在控制过程中都 应该是变化的,且变化缓慢。
(2)前后互相联系又互相矛盾 的两个变量应保持在所允许的 范围内波动。
过程控制系统
二.均匀控制系统的方案 1 .简单均匀控制
过程控制系统
如何能够满足均 匀控制的要求呢?是 通过控制器的参数 整定来实现的。
有时为了克服连续发生的同一方向干扰所造成的 过大偏差，防止液位超出规定范围，则引人积分作 用，这时比例度一般大于100％，积分时间也要放 得大一些。
主变送器：测量并转换主被控变量的变送器。 副变送器：测量并转换副被控变量的变送器。 主对象：大多为工业过程中所要控制的、由主被控 变量表 征其主要特性的生产设备或过程。 副对象：大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变 量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程。 副回路:由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的 闭环回路 , 又称为“ 副环” 或“内环”。 主回路：由主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象 所构成的闭环回路，又称为“主环”或“外环”。
副被控变量（Y2）：大多为影响主被控变量的重要参数。 主控制器：在系统中起主导作用，按主被控变量和其设定值之差 进行控制运算，并将其输出作为副控制器给定值。 副控制器：在系统中起辅助作用，按所测得的副被控变量和主控 输出之差来进行控制运算，其输出直接作用于控制阀的控制器， 简称为“副控”。
过程控制系统
K= F2/F1 式中K为从动流量与主动流量的工艺流量比值。 F1---主动流量(其物料处于主导地位既主物料 ) F2---从动流量(其物料在控制过程中随主物料而变化 )
燃料与空气成比例,什么是主动物料?什么是从动物料?
氢氧化钠浓溶液与水成比例,什么是主动物料?什么是从动物 料?
一.比值控制系统的类型
DCSFCS控制系统结构框架搭建
DCSFCS控制系统结构框架搭建DCS（分散控制系统）和FCS（集中控制系统）是两种常用的控制系统结构框架，用于对复杂的工业过程进行监控和控制。
DCS主要用于大型工程，如炼油厂和电厂等，而FCS适用于小型工程，如水处理厂和食品加工厂等。
本文将介绍如何搭建一个DCS和FCS控制系统结构框架。
DCS控制系统结构框架主要包含以下几个组成部分：控制器、执行机构、感知器、通信单元和人机界面。
首先，我们需要选择一种适合的控制器，常见的有PLC（可编程逻辑控制器）和DCS（分散控制系统）。
PLC 适用于简单的控制任务，而DCS适用于更复杂的控制任务。
控制器的选择将直接影响到整个系统的性能和可靠性。
接下来，我们需要选择适当的执行机构来执行控制命令。
执行机构可以是电动执行器、气动执行器或液压执行器等，根据具体的应用需求来选择合适的执行机构。
执行机构的工作原理和性能将直接影响到系统的准确性和响应速度。
感知器用于感知工业过程中的各种参数和状态信息，如温度、压力、液位等。
感知器将感知到的信息传输给控制器，以供控制器进行决策和控制。
常见的感知器有温度传感器、压力传感器和流量传感器等，根据具体的应用需求选择合适的感知器。
通信单元用于实现各个系统组件之间的通信，以实现信息的传递和控制命令的传输。
通信方式可以是有线通信或无线通信，具体的通信协议可根据应用需求选择，常见的有Modbus、Profibus和Ethernet等。
通信单元的性能和可靠性将直接影响到系统的稳定性和响应速度。
最后，人机界面用于实现操作员和整个控制系统之间的交互。
人机界面可以是PC端的监控软件或触摸屏等，用于实时显示工业过程的状态和参数，并允许操作员对系统进行控制和调整。
一个直观和易用的人机界面对操作员的生产效率和工作质量有着重要的影响。
FCS控制系统结构框架相对简单，主要包含以下几个组成部分：控制器、执行机构、感知器和人机界面。
FCS通常采用集中控制方式，即所有的控制和决策都由一个中央控制器来完成。
控制系统的闭环控制与开环控制比较
控制系统的闭环控制与开环控制比较控制系统是指通过对输入和输出进行监测、比较并校正的一种系统。
而控制系统可以分为闭环控制和开环控制两种形式。
闭环控制和开环控制是两种常见的控制系统方案，它们在工程实践中有着不同的应用和优势。
闭环控制是指通过对系统的反馈信息进行监测、比较并调整系统输出的一种控制方式。
在闭环控制系统中，系统会通过传感器获取系统的输出信息，并与设定值进行比较，然后根据比较结果对系统进行调整。
闭环控制系统可以实现对系统的精确控制和稳定性控制，因为它能够根据实际输出信息实时调整系统的工作状态。
闭环控制系统常见的应用包括温度控制、电机控制等。
相反，开环控制是指在控制系统中，输出信息并不会对系统的控制产生影响。
在开环控制系统中，控制器会根据预设的输入信号直接控制执行机构。
开环控制系统主要通过预先设置的参数和模型来进行系统控制，无法根据实际输出信息进行动态调整。
开环控制系统通常用于一些不需要很高精度和稳定性要求的情况，例如电灯的开关控制。
闭环控制和开环控制在应用上有一些明显的区别。
闭环控制系统比开环控制系统更加灵活和精确。
闭环控制系统可以根据实际输出信息及时调整控制器的参数，使得系统对外界干扰的抵抗能力更强。
而开环控制系统对外界变化和干扰的适应性较差，容易受到环境影响而产生误差。
然而，闭环控制系统较开环控制系统更为复杂和昂贵。
闭环控制系统需要搭建反馈回路，增加了系统的复杂性和成本。
在某些应用场景中，开环控制系统可以通过合理的预设参数和模型实现较为简单的控制需求。
综上所述，闭环控制和开环控制是控制系统中常见的两种控制方案。
闭环控制系统通过对系统的反馈信息进行监测和调整，可以实现精确的控制和稳定的工作状态，然而它也更为复杂和昂贵。
而开环控制系统通过预设的参数和模型进行控制，具有简单和经济的特点，但抵抗外界干扰能力较弱。
在实际应用中，需要根据具体情况选择闭环控制或开环控制，以满足系统的需求。
DCS系统与PLC系统的区别和联系
DCS系统与PLC系统的区别和联系DCS（分布式控制系统）和PLC（可编程逻辑控制器）是工业自动化领域中常见的两种控制系统。
它们在工业生产过程中起着至关重要的作用，并在许多方面有着相似之处，但也存在一些明显的区别。
本文将探讨DCS系统与PLC系统之间的区别和联系。
一、DCS系统的定义与特点DCS系统是指一种由多个分布式控制器组成的集中控制系统。
它将分散在不同位置的控制器通过网络进行连接，形成一个统一的整体控制系统。
DCS系统的特点如下：1. 高度分布式：DCS系统中的控制器可以分布在各个工艺单元或设备上，实现更加灵活的控制与监测。
2. 大规模处理能力：DCS系统支持处理大规模设备和复杂过程的能力，可以同时对多个设备进行控制和监控。
3. 强大的数据处理能力：DCS系统能够实时采集、处理和存储大量的工艺数据，为生产优化和故障诊断提供有力支持。
4. 开放性与可扩展性：DCS系统采用标准接口和协议，可以与其他系统进行互联互通，并可以根据实际需要进行扩展。
二、PLC系统的定义与特点PLC系统是一种特定用途的数字计算机，用于自动化控制过程中的逻辑和序列控制。
它通常通过编程来控制输出设备的状态，具有以下特点：1. 高度可编程性：PLC系统采用专门的编程语言（如Ladder Diagram）来编写控制逻辑，并可根据实际需求进行修改和调整。
2. 快速的响应时间：PLC系统具有低延迟和高实时性的特点，能够快速响应输入信号并进行逻辑判断和输出控制。
3. 简单可靠的硬件结构：PLC系统通常采用模块化的硬件结构，易于安装和维护。
其硬件组件包括中央处理器、输入/输出模块、电源模块等。
4. 适用于小规模控制：PLC系统通常适用于小规模的控制任务，如机械设备、自动化生产线等。
三、DCS系统与PLC系统的区别1. 应用领域不同：DCS系统主要应用于连续过程控制，如化工、电力、石油等；而PLC系统广泛应用于离散制造业，如机械加工、物流、制药等。
DCS控制系统基础知识
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第一节 概述
简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。
液位控制系统
温度控制系统
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图 简单控制系统的方块图
第二节 简单控制系统的几大参数 从上图中可知
简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。
容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统
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第四章 过程控制系统 概述 串级控制系统 前馈控制系统 比值控制系统 分程控制系统 选择控制系统 三冲量控制系统
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根据根据系统的结构和所担负的任务
复杂控制系统
串级控制系统
均匀控制系统
比值控制系统
分程控制系统
速度报警-（PV2-PV1<VL)
续表
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第四节 DCS控制系统的特点
① 控制功能丰富 ② 监视操作方便 ③ 信息和数据共享 ④ 系统扩展灵活 ⑤ 安装维护方便 ⑥ 系统可靠性高
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第二章 简单控制系统 概述 简单控制系统的几大参数 三种控制器的比较
第二节 DCS控制系统发展史
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第四阶段：第四代DCS系统，2000年以后 第四代DCS的体系结构主要分为四层结构:现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台(ERP, CRM, SCM等)。所以说，当今DCS主要提供工厂(车间)级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。例如以Honeywell公司最新推出的Experion PKS(过程知识系统)、Emerson公司的P1antWeb (Emerson ProcessManagement), Foxboro公司A2、横河公司的R3 (PRM-_-C厂资源管理系统)和ABB公司的Industrial IT系统。
复杂控制回路的原理应用
复杂控制回路的原理应用1. 引言在控制工程中，复杂控制回路（Complex Control Loop）是指由多个控制环节组合而成的一个控制系统或回路。
这种回路通常包含多个传感器、执行器和控制算法，用于实现更高级别、更复杂的控制功能。
复杂控制回路的设计和应用对于解决一些复杂的控制问题非常重要。
2. 复杂控制回路的基本原理复杂控制回路的基本原理是将多个简单的控制环节组合在一起，以实现更高级别的控制功能。
这些简单的控制环节可以是PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
复杂控制回路一般由以下几个部分组成：•传感器：用于采集被控对象的状态量或信号，将其转换成数字信号或模拟电压等形式。
•执行器：根据控制算法的输出信号，控制被控对象的动作或状态。
•控制算法：根据传感器采集到的信号和控制目标，计算出控制信号，并将其发送给执行器。
3. 复杂控制回路的应用场景复杂控制回路适用于很多领域和应用场景。
以下是一些常见的应用场景：3.1 汽车电子控制系统汽车电子控制系统通常涉及多个控制环节，如发动机控制、刹车控制、转向控制等。
这些控制环节需要协调工作，以实现对汽车的精确控制和操作。
复杂控制回路在汽车电子控制系统中被广泛应用，以提高汽车的安全性、性能和燃油效率。
3.2 工业自动化在工业自动化领域，复杂控制回路常用于控制生产过程中的各种参数，如温度、压力、湿度等。
这些参数对于保证产品质量和生产效率非常重要。
复杂控制回路可以通过组合不同的控制算法和传感器，实现对生产过程的精确控制和监测。
3.3 机器人控制机器人控制领域也是复杂控制回路的重要应用场景。
机器人需要通过传感器和执行器来感知环境和执行各种任务。
复杂控制回路可以实现对机器人的路径规划、动作控制、力控制等功能，以实现更高级别的机器人控制和操作。
3.4 飞行器控制在无人机和飞行器领域，复杂控制回路广泛应用于飞行器的姿态控制、导航控制和避障控制等方面。
这些控制任务对于保证飞行器的飞行稳定性和安全性至关重要。
常用的几种复杂控制在DCS系统中的应用
常用的几种复杂控制在DCS系统中的应用摘要随着化工行业的发展，系统的控制发挥了重要的作用，并且在化工行业的发展中，为了满足工艺生产条件的控制，应用最多的是较为复杂的控制。
本文笔者就当前应用较为广泛的几种复杂控制进行了相应的阐述，介绍了各个方案的控制原理以及在系统中的应用情况，目的是为复杂控制在DCS系统中的应用提供指导和借鉴。
关键词复杂控制；DCS系统；比值控制；分程控制；串级控制DCS系统需要复杂控制来为系统的正常运行提供有力的条件和支持，以便促进系统的正常运行。
同时对于系统的复杂控制的方法较多，本文着重阐述集中常用的复杂控制，以便为对复杂控制在DCS系统中的应用进行总结和分析。
1常用复杂控制的原理1.1比值控制在化工生产的过程中，很多工作需要将材料同时投入到反应器中，这就需要借助于比值控制，进而确定各种材料的比例，实现化工生产的的顺利进行，因为化工生产是一个特殊的生产过程，对各个材料的比例有严格的要求，因此需要利用比值控制对原料等比例进行有效地控制，进而推进化工生产工作的开展。
以甲醛制备为例，为了实现生产的安全和高效率，需要对四种材料的比例进行分析和控制，这就需要借助于比值控制，利用比值控制的组态策略，计算出其他三种原料气体的体积量，最终实现甲醛制备的完成。
在实际的生产控制过程汇总，实际的工作环境是处于不断发展变化中，并且设备本身也存在一定的差异性，这就容易导致一种原料的进料量产生变化，为了满足生产的需要，另一种原料也要跟随第一种原料的变化而变化，确保两种原料的设定值是不变的，在比值控制的帮助下，计算出输出的设定值，即调节模块的设定值，在不断的比较运算中，通模块的输出来控制调节阀，决定调节阀的开度，又对原料进行调整，进而实现两种原料量的协调。
可见，比值控制对化工生产中原料用量的控制和协调起到了很好的控制作用。
1.2分程控制一般而言，通过对一只调节阀的操作便能够实现对一台调节器的输出工作，如果通过一只调节器对两个或者是两个以上的调节阀进行控制，并且是通过对信号的分析根据不同的需求去对不同的阀门进行操作，这种控制方式就是分程控制。
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串级控制系统主、副被控变量的选择 选择原则如下： 根据工艺过程的控制要求选择主被控变量；主被控 变量应反映工艺指标。 副被控变量应包含主要扰动，并应包含尽可能多的 扰动。 主、副回路的时间常数和时滞应错开，即工作频率 错开，以防止共振现象发生。 主、副被控变量之间应有一一对应关系。 主被控变量的选择应使主对象有较大的增益和足够 的灵敏度。 应考虑经济性和工艺的合理性。
采用外部积分的防饱和积分系统
y
x1
yep
G2
K
T | |
G1
K
T | |
2-6（a）采用外部积分的防饱和积分系统
yep
1
K2
2
1 TI 2 s
3
G1外部积分的防饱和环节的主环开环系统方框图
最终得到输入节点e1与输出节点x1之间的传递函 数： K 1 G (s)W (s) K G (s)W (s) K G (s)W (s)(1 1 )
=
1-
2 T1 x串 g
+ T 2 + K T 2K Z K f K m 2K 2T 1 1 g T 1T 2 2x串
w单 =
1-
1 2 T1 + T 2 x单 g g T 1T 2 2x单
假定串级控制系统和单回路控制以同样的衰减率工作，即令
x串 = x单
T 1 + T 2 + K T 2K Z K f K m 2K 2T 1 w串 = = w单 T1 + T 2 K T 2K Z K f K m 2K 2T 1 = 1+ T1 + T 2 1+ T1 (1 + K T 2K Z K f K m 2K 2 ) T2 T 1+ 1 T2
副回路应把
应合理选择副对象和检测变送环节的特性，使副环可近 似为1：1比例环节。
主副对象的时间常数应适当匹配，串级控制系统与单回路 控制系统相比，其工作频率提高了，但这与主副对象的时 间常数选择是有关的。原则是两者相差大一些，效果好一 些。 在选择副回路时，主、副对象的时间常数比值应选取适 T1 / T2 2 ~ 6(或3 ~ 10）之间较合适。 当，一般
基本概念和系统结构 串级控制系统(Cascade Cont ro1System)是一 种常用的复杂控制系统，它根据系统结构命名。 它由两个或两个以上的控制器串联连接组成，一 个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，这 类控制系统称为串级控制系统。
Z2 X1
WT 1 ( s)
X2
WT 2 ( s )
x1 的传递函数
对于一个定值控制系统，扰动造成的影响应该越小越 好，而定值部分应尽量保持恒定，因此，式（2-2）越 接 Wm1 1 近0，式（ 2-3）越接近1 （令 ），则控制系统性能越好。也即用以表征克 y1(s ) 服干扰能力的式子 W x1 (s ) x 1(s ) = W Z 2 (s ) y1(s ) z 2(s ) 的值越大越好。
当 T1 / T2 10 时表示 T2 很小，副回路包括的干扰 因素越来越少，副回路克服干扰能力强的优点未 T 2 T / T 3 能充分利用；当 1 2 时表明 过大，副回路 包括的干扰过多，控制作用不及时；当 T1 / T2 1 时，主副对象之间的动态联系十分紧密，如果在 干扰作下，主、副参数任一个先振荡，必将引起 另一个也振荡，这样，两个参数互相促进，振荡 更加剧烈，这就是所谓的"共振效应"，显然应力 求避免。
主、副回路调节器调节规律的选择原则 控制器控制规律的选择应根据控制系统的要求确 定。 主控制器控制规律的选择通常为PID。 副控制器控制规律的选择通常为P或PI。 串级控制系统主、副控制器正反作用的选择 应满足负反馈的控制要求。因此，对主环和副环 都必须使总开环增益为正。
串级控制系统中副环检测变送环节的非线 性。 串级控制系统中副环检测变送环节的非线 性常出现在两种场合：一是副被控变量为 流量，采用孔板和差压变送器，未用开方 器的场合；二是用阀门定位器的凸轮改变 控制阀流量特性的场合。 在串级控制系统中，副被控变量为流量的 使用最广泛。
COM
T1
NC NO
F/H
x
1
K
| |
H/L
图 2 —５
采用跟踪保持功能限制积分饱和现象
当阀门开度(或副控制器输出)达到上限时，逻辑 信号送到跟踪保持组件，它保持主控制器输出为 当前值；逻辑信号送到切换开关T1，通过切换开 关了1，限制主控制器输出不能大于最大值。当 有反向随机扰动时，被控变量反向变化，主控制 器输出可立即减小，使阀门开度减小，避免了积 分饱和现象。反之亦然。在阀门开度(副控制器 输出)达到下限时，逻辑信号也使跟踪保持组件 保持主控制器输出当前值，同时，切换开关T2动 作，限制主控制器输出最小值。当有相反方向的 扰动时，被控制量反向变化，主控制器输出可立 即增加，阀门跟着开大，也既不存在积分饱和现 象了。本方法不影响主控制器和副控制器的控制 规律。
= K T 1K T 2
若采用如图2-3所示单回路控制系统，可 以算得 y1(s ) 其表征克服干扰能力的式子 x 1(s )
y1(s ) = WT 1 = K T1 z 2(s )
（2-5）
K T 1K T 2 > K T 1
一般有：
Z2
X1
WT 1 ( s )
WZ ( s )
W f (s)
WD 2 ( s )
ep
y
x
串级控制系统的变型
导前微分控制系统
执行器
IT Z2
Ig
I1
I1
调节器
WT ( s )
I2
WZ ( s )
调节阀
W f (s)
Gj
WD 2 ( s )
2
WD 1 ( s )
1
微分器
Wd ( s )
I2
测量 、变送器
Wm 2 ( s )
测量、变送器
Wm1 ( s )
图2-7
导前微分控制系统原理方框图
（2-1）
输出对于扰动
Z2 的传递函数
¢2(S ) y1(s ) W D1(s )W D W Z 2 (s ) = = ¢2(s )W m 1(s )W Z (（ Z 2(s ) 1 + WT 1(s )WT 2(s )W D1(s )W D s ) 2-2）
输出对输入
¢2(s )W Z (s ) y1(s ) WT 1(s )WT 2(s )W D1(s )W D W x1 (s ) = = （ ¢2(s )W m 1(s )W Z ( x1(s ) 1 + WT 1(s )WT 2(s )W D1(s )W D s ) 2-3）
串级控制系统抗积分饱和
与单回路控制系统积分饱和现象相似，串级控制 系统的积分饱和现象也使控制品质变差，在设计 控制系统时，必须防止此现象的发生。 对于不同仪表，应根据其结构性能，组成不同的 抗积分饱和的系统结构。
采用跟踪保持功能实现限制积分饱和现象
y
K
COM T2 NO NC
yep
TR | |
主回路(外回路)： 断开副调节器的反馈回路后 的整个外回路。 副回路(内回路)： 由副参数、副调节器及所包 括的一部分对象所组成的闭合回路（随动回路)
主对象(惰性区)： 主参数所处的那一部分工艺 设备，它的输入信号为副变量，输出信号为主 参数(主变量)。
副对象(导前区)： 副参数所处的那一部分工艺 设备，它的输入信号为调节量，其输出信号为 副参数(副变量)。
串级控制系统的特点 串级控制系统具有很强的克服内扰的能力。 将图2-1简化为图2-2
Z2
X1
WT 1 ( s )
WT 2 ( s )
WZ ( s )
2 (s) WD
Y2
WD 1 ( s )
Y1
Wm1 ( s )
图2-2 串级控制系统原理简化方框图
其中
¢2(s ) = WD W f (s )W D 2(s ) y 2(s ) = m(s ) 1 + WT 2(s )W f (s )W D 2(s )W m 2(s )W Z (s )
显然
w串 ，所以 x串 > x单 > 1 w单
串级控制系统具有一定的自适应能力。 能够更精确控制操纵变量的流量。 可实现更灵活的操作方式。
串级控制系统设计及工程应用
串级控制系统主副回路和主副调节器选择 主副回路的选择原则
变化幅度大 最剧烈 最频繁 等干扰包括在副回路内，充分发 挥副回路改善系统动态特性的作 用，保证主参数的稳定;
WZ ( s)
W f (s)
WD 2 ( s)
Y2
WD1 ( s)
Y1
Wm 2 ( s )
Wm1 ( s)
图2-1 串级控制系统原理方框图
主调节器(主控制器)： 根据主参数与给 定值的偏差而动作，其输出作为副调节器 的给定值的调节器。 副调节器(副控制器)： 其给定值由主调 节器的输出决定，并根据副参数与给定值 (即主调节器输出)的偏差动作。
从上式可以看出，采用外部积分的中级系统与采用导 前微分信号的双回路控制系统非常相近，而与常规的 串级系统有较大区别。
采用浮动上、下限幅的防止积分饱 和统 y 当主控制器输出增加时，上限 K 幅上浮；反向动作时，下限幅跟着 | | 下浮。当阀门开度至极限位臵时， 副环被控变量不再变化，主控制器 输出增加到上限后不再增加。但当 主控制器输出减小、越过不灵敏区A K 后，副控制器输出才减小，形成一 个很小的、可调整的不灵敏区。所 以当阀门在权限位臵时，控制品质 稍为变差。此系统结构简单，但仅 适用于副环被控变量2惯性比较小的 采用浮动上、下限幅的防止积分饱和系统示意图 对象。