浙大工业过程控制9选择性控制与分程控制
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“超驰控制系统”的操作变量往往只有 一个，因此，控制系统需要随时针对实际情 况，选择某一个受控变量加以控制。
202Hale Waihona Puke Baidu/2/13
可编辑版
6
液氨蒸发器的单回路控制
待冷却 物料
气氨
TC
气开阀
液氨
2021/2/13
可编辑版
7
液氨蒸发器的选择控制系统
LS
TC
Tsp
气氨
气开阀 LC
Lsp
液氨
问题： （1）调节阀气开气 关特性的选择； （2）控制器正反作 用的选择； （3）选择器（低选 器LS或高选器HS） 的选择。
2021/2/13
可编辑版
20
分馏塔轻柴油 抽出塔板温度控制问题
C-201
TIC203
TC
分
FC
馏
一中回流 塔
FIC203
反应油气
富气
D-201 粗汽油 轻柴油 回炼油浆 外甩油浆
问题：TIC203与轻柴油的产品质 量关系密切，需要加以有效控制。 但原控制方案中三通调节阀的调 节能力不足，经常需要人工干预 （手动调节一中回流量）。 如何改进方案？要求： （1）确保TIC203的控制能力； （2）尽可能使一中回流经换热 器进行能量回收； （3）一中回流量作为稳定塔的 热源，希望波动尽可能小。
13
反应器温度分程控制系统
问题：
TC
（1）选择两调节阀
T
的气开气关属性；
Y
（2）温度控制器的
冷水 正反作用；
“A”
蒸汽 （3）协调两调节阀
“B”
的动作；
（4）如何克服广义
对象的非线性。
2021/2/13
可编辑版
14
阀开度(%) 气开阀
反应器温度控制系统 调节阀的分程动作关系
100
气 关
“A” 阀
2021/2/13
可编辑版
10
选择控制系统抗积分饱和的实现
Lm
1
v1
TI s + 1
－
＋
＋
Lmax
KC
TD s + 1 ADTD s + 1 ＋
u1
LS u
Tsp
＋
KC
TD s + 1 ADTD s + 1 ＋
－
＋
Tm
u2
1
v2
TI s + 1
2021/2/13
可编辑版
11
分程与阀位控制系统
戴连奎
2021/2/13
可编辑版
3
选择性控制分类
超驰控制（Override Control），也称约 束控制（Constraint Control）
特点：被控变量类型不同，通常有两个以上的 控制器，主要用于设备软保护。
被控变量选择控制（Selective Control）
特点：被控变量类型相同，通常只有一个控制 器，与单回路控制相近，只是控制器输入由多 个测量信号选择得到。
浙江大学智能系统与决策研究所 2003/10/12
2021/2/13
可编辑版
12
间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
冷水
“A”
蒸汽
“B”
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需 的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水 进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度？
2021/2/13
可编辑版
冷水阀 f1(t)
Tsp
u(t)
＋
TC
－
＋
蒸汽阀
f2(t)
＋ 换热器
反应釜
Tm 温度测量
问题： Tm Tm f1 f2
2021/2/13
可编辑版
16
分程控制系统非线性的补偿
冷水阀 f1(t)
Tsp
u(t)
＋
TC
－
＋
蒸汽阀
f2(t)
＋ 换热器
反应釜
Tm 温度测量
补偿原理： Tmf1 Tmf2 f1 u f2 u
2021/2/13
可编辑版
17
分程控制非线性补偿方法
补偿原理：
Tmf1 Tmf2 f1 u f2 u
若
3Tm Tm f1 f2
阀开度(%)
100
“A”
“B”
0 0.02
0.04
0.06
0.10
调节阀气动信号（MPa）
f1 3f2 u u
2021/2/13
可编辑版
18
贮罐气封分程控制系统
排空 气关阀 “B”
选择性控制与分程控制
戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所
2021/2/13
可编辑版
1
主要内容
选择性控制问题的由来； 选择性控制的设计方法与应用场合； 分程控制的特点与适用场合； 分程区间的确定方法； 阀位控制的概念与设计方法。
2021/2/13
可编辑版
2
选择性控制系统
戴连奎
浙江大学智能系统与决策研究所 2004/04/06
反应油气
（2）通过设定Vsp，可实现能 量回收的最大化。
2021/2/13
可编辑版
22
多回路PID控制系统小结
2021/2/13
可编辑版
8
液氨蒸发器选择控制方块图
－ ＋ Lmax
Tsp
＋ －
Lm LC
TC Tm
液位测量
u(t)
LS
阀
温度测量
液位 对象
温度 对象
2021/2/13
可编辑版
9
选择控制系统的抗积分饱和
设定1 控 制 器
测量1 1
积分外反馈
u1
LS
u2
控 设定2 制 器 2 测量2
抗积分饱和方法：当某一控制器起作用时，让另一备 用控制器的输出跟踪起作用控制器的输出，从而避免 备用控制器的积分累加。
2021/2/13
可编辑版
4
放热反应器热点温度选择控制
进料
Tsp
放
TC
HS
热 反
应
器
冷却液
产品
2021/2/13
可编辑版
5
超驰控制概念
“超驰控制系统”的受控变量往往包括： 一个常规受控变量，需要进行定值控制； 一个区间约束变量，正常工况下无需控制，
但一旦超出允许范围就需要及时加以调节， 以防止事故的发生。
2021/2/13
可编辑版
21
轻柴油抽出板温度 的双重控制系统
Tsp
图中VPC称为“阀位控制器”，
TC
其测量值为主调节阀（本例
VPC Vsp
中为三通调节阀）的开度。
FC
TIC203 分
馏
系统特点： （1）对主参数的控制能力显
一中回流 塔 轻柴油 著提高。与分程控制不同的
FIC203
是，两调节阀可同时动作。
“B”
0 0.02
0.06
0.10
调节阀气动信号（MPa）
工作过程： （1）当温度偏低时，调节阀 气动信号增大。若冷水阀还 未全关，则逐步关冷水阀； 否则，开大蒸汽阀； （2）当温度偏高时，调节阀 气动信号减少。若蒸汽阀还 未全关，则逐步关蒸汽阀； 否则，开大冷水阀；
2021/2/13
可编辑版
15
分程控制系统的非线性
N2
PC
“A”
N2
气开阀
问题： （1）协调两调节 阀的动作； （2）如何避免两 调节阀的频繁开闭
以减少N2用量?
2021/2/13
可编辑版
19
阀开度(%) 气
关 阀 气开阀
贮罐气封分程控制系统 分程动作过程
100
“B”
“A”
0 0.02
0.058 0.062
0.10
调节阀气动信号（MPa）
避免两调节阀频繁开 闭的方法： （1）控制阀引入不 灵敏区。 （2）同时，控制器 引入调节死区（为什 么？）
202Hale Waihona Puke Baidu/2/13
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6
液氨蒸发器的单回路控制
待冷却 物料
气氨
TC
气开阀
液氨
2021/2/13
可编辑版
7
液氨蒸发器的选择控制系统
LS
TC
Tsp
气氨
气开阀 LC
Lsp
液氨
问题： （1）调节阀气开气 关特性的选择； （2）控制器正反作 用的选择； （3）选择器（低选 器LS或高选器HS） 的选择。
2021/2/13
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20
分馏塔轻柴油 抽出塔板温度控制问题
C-201
TIC203
TC
分
FC
馏
一中回流 塔
FIC203
反应油气
富气
D-201 粗汽油 轻柴油 回炼油浆 外甩油浆
问题：TIC203与轻柴油的产品质 量关系密切，需要加以有效控制。 但原控制方案中三通调节阀的调 节能力不足，经常需要人工干预 （手动调节一中回流量）。 如何改进方案？要求： （1）确保TIC203的控制能力； （2）尽可能使一中回流经换热 器进行能量回收； （3）一中回流量作为稳定塔的 热源，希望波动尽可能小。
13
反应器温度分程控制系统
问题：
TC
（1）选择两调节阀
T
的气开气关属性；
Y
（2）温度控制器的
冷水 正反作用；
“A”
蒸汽 （3）协调两调节阀
“B”
的动作；
（4）如何克服广义
对象的非线性。
2021/2/13
可编辑版
14
阀开度(%) 气开阀
反应器温度控制系统 调节阀的分程动作关系
100
气 关
“A” 阀
2021/2/13
可编辑版
10
选择控制系统抗积分饱和的实现
Lm
1
v1
TI s + 1
－
＋
＋
Lmax
KC
TD s + 1 ADTD s + 1 ＋
u1
LS u
Tsp
＋
KC
TD s + 1 ADTD s + 1 ＋
－
＋
Tm
u2
1
v2
TI s + 1
2021/2/13
可编辑版
11
分程与阀位控制系统
戴连奎
2021/2/13
可编辑版
3
选择性控制分类
超驰控制（Override Control），也称约 束控制（Constraint Control）
特点：被控变量类型不同，通常有两个以上的 控制器，主要用于设备软保护。
被控变量选择控制（Selective Control）
特点：被控变量类型相同，通常只有一个控制 器，与单回路控制相近，只是控制器输入由多 个测量信号选择得到。
浙江大学智能系统与决策研究所 2003/10/12
2021/2/13
可编辑版
12
间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
冷水
“A”
蒸汽
“B”
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需 的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水 进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度？
2021/2/13
可编辑版
冷水阀 f1(t)
Tsp
u(t)
＋
TC
－
＋
蒸汽阀
f2(t)
＋ 换热器
反应釜
Tm 温度测量
问题： Tm Tm f1 f2
2021/2/13
可编辑版
16
分程控制系统非线性的补偿
冷水阀 f1(t)
Tsp
u(t)
＋
TC
－
＋
蒸汽阀
f2(t)
＋ 换热器
反应釜
Tm 温度测量
补偿原理： Tmf1 Tmf2 f1 u f2 u
2021/2/13
可编辑版
17
分程控制非线性补偿方法
补偿原理：
Tmf1 Tmf2 f1 u f2 u
若
3Tm Tm f1 f2
阀开度(%)
100
“A”
“B”
0 0.02
0.04
0.06
0.10
调节阀气动信号（MPa）
f1 3f2 u u
2021/2/13
可编辑版
18
贮罐气封分程控制系统
排空 气关阀 “B”
选择性控制与分程控制
戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所
2021/2/13
可编辑版
1
主要内容
选择性控制问题的由来； 选择性控制的设计方法与应用场合； 分程控制的特点与适用场合； 分程区间的确定方法； 阀位控制的概念与设计方法。
2021/2/13
可编辑版
2
选择性控制系统
戴连奎
浙江大学智能系统与决策研究所 2004/04/06
反应油气
（2）通过设定Vsp，可实现能 量回收的最大化。
2021/2/13
可编辑版
22
多回路PID控制系统小结
2021/2/13
可编辑版
8
液氨蒸发器选择控制方块图
－ ＋ Lmax
Tsp
＋ －
Lm LC
TC Tm
液位测量
u(t)
LS
阀
温度测量
液位 对象
温度 对象
2021/2/13
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9
选择控制系统的抗积分饱和
设定1 控 制 器
测量1 1
积分外反馈
u1
LS
u2
控 设定2 制 器 2 测量2
抗积分饱和方法：当某一控制器起作用时，让另一备 用控制器的输出跟踪起作用控制器的输出，从而避免 备用控制器的积分累加。
2021/2/13
可编辑版
4
放热反应器热点温度选择控制
进料
Tsp
放
TC
HS
热 反
应
器
冷却液
产品
2021/2/13
可编辑版
5
超驰控制概念
“超驰控制系统”的受控变量往往包括： 一个常规受控变量，需要进行定值控制； 一个区间约束变量，正常工况下无需控制，
但一旦超出允许范围就需要及时加以调节， 以防止事故的发生。
2021/2/13
可编辑版
21
轻柴油抽出板温度 的双重控制系统
Tsp
图中VPC称为“阀位控制器”，
TC
其测量值为主调节阀（本例
VPC Vsp
中为三通调节阀）的开度。
FC
TIC203 分
馏
系统特点： （1）对主参数的控制能力显
一中回流 塔 轻柴油 著提高。与分程控制不同的
FIC203
是，两调节阀可同时动作。
“B”
0 0.02
0.06
0.10
调节阀气动信号（MPa）
工作过程： （1）当温度偏低时，调节阀 气动信号增大。若冷水阀还 未全关，则逐步关冷水阀； 否则，开大蒸汽阀； （2）当温度偏高时，调节阀 气动信号减少。若蒸汽阀还 未全关，则逐步关蒸汽阀； 否则，开大冷水阀；
2021/2/13
可编辑版
15
分程控制系统的非线性
N2
PC
“A”
N2
气开阀
问题： （1）协调两调节 阀的动作； （2）如何避免两 调节阀的频繁开闭
以减少N2用量?
2021/2/13
可编辑版
19
阀开度(%) 气
关 阀 气开阀
贮罐气封分程控制系统 分程动作过程
100
“B”
“A”
0 0.02
0.058 0.062
0.10
调节阀气动信号（MPa）
避免两调节阀频繁开 闭的方法： （1）控制阀引入不 灵敏区。 （2）同时，控制器 引入调节死区（为什 么？）