第八章 复杂控制系统
第八章复杂控制系统
均匀控制的特点
• 不同于常规的定值控制系统，而对被控变量(CV)与控制变量 (MV)都有平稳的要求；
• 为解决CV与MV都希望平稳这一对矛盾，只能要求CV与MV都 渐变。均匀控制通常要求在最大干扰下，CV在上下限内波动， 而MV应在一定范围内平缓渐变。
• 均匀控制指的是控制功能，而不是控制方案。因为就系统的结 构来看，有时象简单控制系统，有时象串级控制系统。所以要 识别控制方案是否起均匀控制作用，应从控制的目的进行确定。
服掉的干扰影响能彻底加以克服。 因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充 分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。
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串级控制系统的特点及应用范围：
(1) 从系统结构来看，串级控制系统有主、副两个闭合回路；有 主、副两个控制器；有分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。
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比值控制方案1：开环比值控制系统
给定
控制器
－
执行器 测量、变送
开环比值控制系统方块图
对象
Q2
Q1
• 主、副流量均开环；
• 由于系统开环，该方案对副流量Q2无克服干扰的能力，只适用 于副流量较平稳且比值要求不高的场合。
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比值控制方案2：单闭环比值控制系统
控制器
－
控制阀B
测量、变送
分程控制系统方块图
对象
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分程控制的种类
100
阀
门
A阀
开
B阀
度
％ 阀压kPa
(a)
100
阀 门 开 度 ％
两阀同向动作
A阀
B阀
阀压kPa
(b)
100
复杂控制系统(精)
被控变量：原料出口温度；操纵变量：燃料流量。 当对出口温度控制要求不高时，简单控制系统可以 满足要求。
图9－1
ห้องสมุดไป่ตู้
加热炉温度控制系统
图9－1简单控制系统控制品质不高的原 因：有干扰时，TC输出信号改变阀门开度， 进而改变燃料流量，在炉膛中燃烧后，炉膛 温度改变，传给管道，最终改变原料温度。 该过程时间常数大，可达到15min。因此等 到出口温度改变后，再改变操纵变量，控制 不及时，偏差在较长时间内不能被消除。 问题：如何及时抑制扰动？ 首先分析扰动性质及对被控变量的影响。
图9－3
加热炉温度串级控制系统方框图
以原对象的输出为主被控变量，即分解后 的第二个被控对象的输出，构成一个控制系 统，称为主控制系统或主环。 主控制系统中控制器的输出信号作为副控 制系统控制器的设定值，副控制系统的输出 作为主对象的输入，如图9－4所示。
图9－4
串级控制系统组成原理及术语示意图
TS升高，直接导致TM上升，ZM上升，EM 下降，使得RS下降。RS是副环的设定值，RS 的下降，副环进一步抑制了扰动压力的变化 所引起的炉膛温度TS的变化。 由于副环的作用，使控制作用变得更快、 更强。 下标：M:主环，Master S:副环，Slave
2、扰动作用于主对象
作用于主对象的扰动，可能是原料的流 量波动或入口温度波动。当原料流量增加时， 炉膛温度TS几乎不受影响，但原料出口温度 TM下降，使ZM下降，EM上升，RS上升，RS 是副环的设定值，RS上升，副环的输出TS一 定上升，最终使TM回升，克服扰动。 虽然这时TS升高了，但副环不会把TS调整到 原来的TS值，因为副环的设定值RS已经调高 了。
2、控制器控制规律选择
（1）主控制器：主环是定值控制系统，因 此主控制器的选择与简单控制系统类似。由 于串级控制系统的主被控变量往往是比较重 要参数，因此，主控制器通常要选用PI或 PID控制规律（滞后较大时）。
HG第八章复杂控制系统
二、简单均匀控制系统
1. 结构与单回路液位控制系 统相同； 2. 液位与流量协调变化 用控 制器控制规律实现； 3. 控制规律采用纯比例控制， 参数整定比例度大于100%； 4. 加积分、积分时间常数要 大；不能加微分。
18
三、串级均匀控制系统
简单均匀控制缺点： 压力干扰→流量变化 →液位变化→液位控制。 控制不及时 特点：
执行器 主测量变送 主流量对象 Q1
主控制器F1C
给定
K 副控制器F2C 执行器 副流量对象
Q2
副测量变送
24
变比值比值控制系统（自学）
定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响， 当其它参数存在对比值系数的扰动时，必须时时修 正比值系数，变比值控制
特点------两种物料流量的比值能灵活地随第三变量的 需要而变化。
只要主控制器有积分规律，主变量就可以保证没有余
差，不管干扰出现在什么位置；
8
5、主、副控制器正反作用的选择
选择顺序：先副后主 副控制器：副回路按单回路独立考虑，与主回路没有关 系，即从稳定性考虑，开环放大倍数必须为“负”。 要求，知道副对象的正反作用，以及执行器的正反作用。
主控制器：考虑主环内各个环节的正反作用。
13
（2）一步法
主要整定主控制器，比两步法简单、实用 。 A、副控制器参数经验设置值； B、按单回路方法直接整定主控制器 ； C、观察控制过程，适当调整主控制器K值，或适当 调整副控制器的参数 。
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7、串级控制系统适应场合
被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控 制系统不能满足质量指标； 对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质 量指标； 控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰；
#21 复杂控制系统(已修改)
21 复杂控制系统一、概述1、单回路控制系统——简单控制系统：在一般情况下能够满足生产控制要求。
特殊情况：系统干扰因素多、干扰变化剧烈，以及工艺特殊要求。
2、复杂控制系统——串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、前馈控制系统、选择控制系统、分程控制系统等复杂系统--随着控制理论与工业应用的发展，包含的内容也不同，例如复杂大系统--人口系统，环境控制，能源控制，企业生产经营控制等。
3、多回路系统多回路系统特征：基于PID控制策略；由多个控制回路组成的系统。
4、多回路系统的发展80-90%控制系统是基于PID控制的系统，包括多回路系统。
多回路系统应用状况以乙烯生产厂为例，它共有421个控制回路其中：常规PID单回路347个，串级、比值等74个（串级24）多回路系统占17.5%。
二、串级控制系统的构成加热炉是工业生产中常用设备之一。
工艺要求被加热物料的温度为某一定值，因此选取加热炉的出口温度为被控变量，选取燃料量为操纵变量，构成图5-1（a）所示的单回路控制系统。
影响炉出口温度的因素很多，主要有：被加热物料的流量和炉前温度变化[f1(t)]；燃料热值的变化、压力的波动[f2(t)]；烟囱挡板位置的改变、抽力的变化[f3(t)]等。
图5-1（a）系统的特点是，所有对被控变量的扰动都包含在这个回路之中，并都由温度控制器来克服。
但是控制通道的时间常数和容量滞后较大，控制作用不用及时，系统克服扰动的能力较差，不能满足工艺的要求。
为此，另外选择，炉膛温度为被控变量，燃料量为操纵变量，设计图5-1（b）所示的单回路控制系统，以维持炉口温度为某一定值。
该系统的特点是对于扰动[f2(t)] 、[f3(t)]能及时有效地克服，但是扰动[f1(t)]未包括在系统内，系统不能克服扰动[f1(t)]对炉出口温度的影响，仍然不能达到生产工艺要求。
综上分析，为了充分应用上述两种方案的优点，选取炉出口温度为被控变量，选择炉膛温度为中间辅助参数，把炉出口温度控制器的输出作为炉膛温度控制器的设定值，构成了图5-2所示的炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统，图5-3是它的方块图。
复杂过程控制系统
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过程控制及仪表
2．相对增益
在多变量过程控制系统中，虽然变量间相互关联，然而 总有一个操纵变量对某一被控变量旳影响是最基本旳， 对其他被控变量旳影响是次要旳，这就是操纵变量与被 控变量间旳搭配关系，也就是常说旳变量配对。
相对增益便是用来衡量一种选定旳操纵变量与其配正 确被控变量间相互影响旳尺度。
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过程控制及仪表
该系统中被控变量有两个，分别是塔顶温度T1 和塔底 温度T2；操作变量也有两个，即加热蒸汽流量Q2和回流 Q3。
T1C为塔顶温度控制器，其输出P1控制回流控制阀， 控制塔顶旳回流量，实现对塔顶温度T1旳控制。
T2C为塔底温度控制器，其输出P2控制再沸器加热蒸 汽控制阀，控制加热蒸汽流量Q2，实现对塔底温度T2旳 控制。
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过程控制及仪表
2．教授系统旳特点
教授系统经过移植到计算机内旳相应知识，模拟人类教 授旳推理决策过程。这一人工智能处理措施与常规旳软 件程序相比，具有如下旳明显特征：
1）教授系统是一种知识信息处理系统。 2）教授系统具有高度灵活旳问题求解能力。
3）教授系统具有启发性和透明性。
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过程控制及仪表
根据其设计原理和构造旳不同，主要涉及： 增益调度自适应控制; 模型参照自适应控制系统; 自校正控制系统等。
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过程控制及仪表
1．增益调度自适应控制
这是一种最为简朴旳自适应控制系统，主要经过监测 过程旳运营条件来变化控制器旳参数，以此补偿系统 受环境等条件变化而造成对象参数变化旳影响，故称 为增益调度自适应控制。
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过程控制及仪表
复杂控制系统讲义教案
培训教案复杂控制系统一、教学要求1、教材分析复杂控制系统是“化工过程控制”课程中的重要内容，是化工生产过程控制不可缺少的组成部分。
本章是在单回路控制系统的基础上，对控制系统的进一步引伸。
掌握好本章内容，有助于正确的分析和处理复杂控制系统运行和维护过程中出现的各种问题。
2、教学目的①理解和掌握复杂控制系统的组成原理及特点。
②了解对象特性，提高分析和解决问题的能力。
3、教学重点复杂控制系统的组成、特点及参数的选择。
4、教学难点理解复杂控制系统主要参数的选择、PID参数的选择和控制的稳定性问题。
5、课堂教学方式讲授为主。
二、教学过程及实施1、导入课程先举一个聚合釜温度控制系统的例子。
说明单回路控制系统在化工生产过程中的局限性，必须采用更为先进的控制方案，才能满足要求。
2、讲授新课第一节串级控制系统1、串级控制系统的组成简单的说，串级控制系统就是把两个调节器串接起来，其中前一调节器的输出作为后一调节器的给定。
组成见图1。
图1串级控制系统方块图2、串级控制系统的常用名词主参数：生产工艺过程中主要控制的工艺指标。
在串级调节系统中其主导作用的那个被调参数即为主参数。
副参数：影响主参数的主要变量或是因为满足某种关系的需要而引入的中间变量。
主对象：为生产过程中所要控制的，由主参数表征其主要特性的工艺生产设备。
副对象：生产过程中影响主参数的，由副参数表征其主要特性的工艺生产设备。
主调节器：在系统中起主导作用，按主参数与给定值的偏差而动作，其输出作为副参数给定值的那个调节器。
副调节器：其给定值由主调节器的输出所决定，并按副参数与主调节器的输出的偏差而动作，其输出直接控制调节阀的那个调节器。
副回路：处于串级调节系统内部的，由副参数测量变送、副调节器、调节阀、副对象等组成的内部回路。
主回路：既整个串级调节系统，共包括主调节器，副回路等效环节，主对象及主参数测量变送等部分。
3、串级控制系统的特点①由于副回路的预先调节作用，对进入副回路的干扰有较强的抗干扰能力。
复杂控制系统
若能在扰动出现时就进行控制，而不是等到偏差发生 后再进行控制，这样就能更有效地消除扰动对被控参数的 影响。前馈控制就是依据这个思路提出来的。
一、 反馈控制和前馈控制的特点--反馈控制的特点
被控量，物料流量qF经常发生变化。因而对此干扰实行前 馈控制。当qF变化时，通过FT，FFC的信号变化，从而调 节阀门的开度，改变。
整理得：Y (s) N (s)
Dn (s)G(s)
Gn (s)
二、 不变性原理与前馈控制器设计--前馈控制器的典型结构
根据绝对不变性原理：
Y (s) N (s)
Dn (s)G(s)
Gn (s)
0
由此得到前馈控制器传递函数为：
Dn
(
s)
Gn (s) G(s)
也可由e不变性或稳态不变性原理来设计前馈控制器。（略）
一、 反馈控制和前馈控制的特点--前馈控制的特点
• 前馈控制的特点
[例]换热器前馈控制。如果该系统中物料流量q是被控量2 的主要扰动。如果q变化频繁且幅值大，对出口温度2的影 响最大。这时可考虑采用前馈控制。
前馈控制器
蒸汽 qD kv
流量传感器
u ft 前馈控制器
q
qD
2
广义被控对象
q
q
热交换器
q u ft kv 2
✓ 稳态不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，虽然被控参数 y(t)的动态偏差不为零，但其静态偏差恒为零，即：
lim y(t) 0, [ f (t) 0]
t
二、 不变性原理与前馈控制器设计--前馈控制器
复杂控制系统ppt
• 副回路：处于串级控制系统内部的，由副变量测量变送、
•
副控制器、控制阀、副对象组成的回路。
• 主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出为输入，以
•
副变量为输出的等效环，则串级系统转化成一个单回路，
•
这个单回路为主回路。
• 由方块图可以看出：主控制器的输出作 为副控制器的给定值，副控制器的输出作 用于执行器（如阀门），实施控制功能。 两个控制器都有各自的测量输入，但只有 主控制器具有自己独立的设定值，只有副 控制器的输出信号送给被控制过程。
•
比值控制系统就是要实现副流量Q2与主流量
Q1成一定比值关系，满足如下关系式：K=Q2/Q1
式中K为副流量与主流量的流量比值。
1. 单闭环比值控制系统
• 单闭环比值控制系统仅对副流量进行闭环控
制，副流量PID控制器F2C的给定值等于主物料流 量乘以比值系数K。
•
控制原理图如下 ：
•
在稳定情况下，主、副流量满足工艺要求的
•
• 单闭环比值控制系统，虽然能保持两物 料量比值一定，但由于主流量是不受控制 的，当主流量变化时，总的物料量就会跟 着变化。这对于直接去化学反应器的场合 是不太合适的，因为负荷波动会给反应过 程带来一定的影响，有可能使整个反应器 的热平衡遭到破坏，甚至造成严重事故， 这是单闭环比值控制系统无法克服的一个 弱点。
• 2、副对象的相位滞后，由于构成副回路而显得减 小，从而改善了主回路的响应速度。这对克服进 入主、副回路的干扰是有利的。
• 3、串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较 好的鲁棒性。
• 4、副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能 量流进行精确的控制。
二、比值控制系统
• 在连续生产过程中，工艺上常需要将两 种或两种以上的物料保持一定的比例关系， 如果比例一旦失调、将影响生产或造成事 故。实现两个或两个以上参数符合一定比 例关系的控制系统，称为比值控制系统， 通常为流量比值控制系统。
复杂控制系统课件
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航空航天控制系统实例
总结词
航空航天控制系统的特点是高精度、高可靠性和高度集成化。
详细描述
航空航天控制系统的实例包括飞机和航天器的自动驾驶系统、导航系统、推进系统等。这些系统需要 精确地控制飞行姿态、速度和高度等参数，以实现安全、稳定的飞行和发射。同时，这些系统还需要 能够承受极端环境和条件下的工作，以确保飞行的安全和可靠性。
遗传算法是一种基于生物 进化原理的优化算法。
它通过模拟生物进化过程 中的基因突变、交叉和选 择等操作，来寻找最优解。
遗传算法具有全局搜索能 力强、能够处理多变量和 非线性问题等优点，但计 算量较大，需要调整的参 数也较多。
05
复杂控制系统的稳定性分析
稳定性分析的基本概念
平衡状态
系统在不受外界干扰的情 况下，能够保持不变的状态。
稳定性
系统受到外界干扰后，能 够恢复到平衡状态的性能。
线性系统与非线性系统
线性系统是指系统的输出 与输入成正比，而非线性 系统是指系统的输出与输
入不成正比。
线性系统的稳定性分析
1 2 3
劳斯-赫尔维茨准则 用于判断线性系统是否稳定的准则，通过计算系 统的特征方程的根来判断系统的稳定性。
频域分析法 通过分析系统的频率响应来研究系统的稳定性， 主要方法有Nyquist稳定判据和Bode图法。
优化算法广泛应用于控制系统设 计、信号处理、机器学习等领域。
优化算法的目标是找到使某个性 能指标达到最优的控制参数。
优化算法可以通过不同的迭代方 法来逼近最优解，如梯度下降法、 牛顿法等。
梯度下降法
梯度下降法是一种基于函数梯度的优化算 法。
它通过不断沿着函数梯度的负方向更新参 数，来逐渐逼近最优解。
复杂控制系统(已修改)
21 复杂控制系统一、概述1、单回路控制系统——简单控制系统：在一般情况下能够满足生产控制要求。
特殊情况：系统干扰因素多、干扰变化剧烈，以及工艺特殊要求。
2、复杂控制系统——串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、前馈控制系统、选择控制系统、分程控制系统等复杂系统--随着控制理论与工业应用的发展，包含的内容也不同，例如复杂大系统--人口系统，环境控制，能源控制，企业生产经营控制等。
3、多回路系统多回路系统特征：基于PID控制策略；由多个控制回路组成的系统。
4、多回路系统的发展80-90%控制系统是基于PID控制的系统，包括多回路系统。
多回路系统应用状况以乙烯生产厂为例，它共有421个控制回路其中：常规PID单回路347个，串级、比值等74个（串级24）多回路系统占17.5%。
二、串级控制系统的构成加热炉是工业生产中常用设备之一。
工艺要求被加热物料的温度为某一定值，因此选取加热炉的出口温度为被控变量，选取燃料量为操纵变量，构成图5-1（a）所示的单回路控制系统。
影响炉出口温度的因素很多，主要有：被加热物料的流量和炉前温度变化[f1(t)]；燃料热值的变化、压力的波动[f2(t)]；烟囱挡板位置的改变、抽力的变化[f3(t)]等。
图5-1（a）系统的特点是，所有对被控变量的扰动都包含在这个回路之中，并都由温度控制器来克服。
但是控制通道的时间常数和容量滞后较大，控制作用不用及时，系统克服扰动的能力较差，不能满足工艺的要求。
为此，另外选择，炉膛温度为被控变量，燃料量为操纵变量，设计图5-1（b）所示的单回路控制系统，以维持炉口温度为某一定值。
该系统的特点是对于扰动[f2(t)] 、[f3(t)]能及时有效地克服，但是扰动[f1(t)]未包括在系统内，系统不能克服扰动[f1(t)]对炉出口温度的影响，仍然不能达到生产工艺要求。
综上分析，为了充分应用上述两种方案的优点，选取炉出口温度为被控变量，选择炉膛温度为中间辅助参数，把炉出口温度控制器的输出作为炉膛温度控制器的设定值，构成了图5-2所示的炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统，图5-3是它的方块图。
复杂控制系统
2.4 复杂控制系统的结构
串级系统的一般框图
D2
y1,sp
y2,sp
＋
Gc1
＋
Gc2
Gv
－
－
ym2
Gm2
ym1 Gm1
＋ ＋
Gp2 副回路
D1
u
＋
Gp1 ＋
y1
主回路
定义：
1)不止一个控制器 2)控制器间相串接 3)一个控制器的输 出作为另一个控制 器的设定值的系统
y1,sp
＋ －
y2,sp
主控
副控
例2.2 一个系统由两个相反的一阶模型构成，即
G s K1 K2
11s 12s
这个系统是负响应系统的条件是？
G s K1 K2
11s 12s
=
K1
K2
1
K21
K1
K1
K2
2
1 1s 1 2 s
s
Highlights: What’s advanced PID control？ How to design the corresponding control law? What’s complex PC systems? How to design a control law for complex PC systems?
设计思想：加补偿器使闭环特征方程不含时滞项
缺点：对建模误差的灵敏性
设计步骤：
• Smith预估器局部回路的设计：建立一套可以得到 y*和y的方法，y可直接从过程模型得到，y*可从过 程模型的无延迟形式获得
• 设计Gc：按照无延迟系统设计 注： （1）Smith预估器需要一个理想的模型，而实际模型 不可能是理想的，所以必须谨慎的选择控制器参数。 （2）Smith预估器不能完全地补充滞后效应，系统将 存在滞后于差。 （3）Smith预估器不能抑制干扰
第八章复杂控制系统
/dalilvcai 豆丁网独家上传.1．某聚合反应釜内进行放热反应，釜温过高会发生事故，为此采用夹套水冷却。
由于釜温控制要求较高，且冷却水压力、温度波动较大，故设置控制系统如图1所示。
（1）这是什么类型的控制系统？试画出其方块图，说明其主变量和副变量是什么？（2）选择控制阀的气开、气关型式。
（3）选择控制器的正、反作用。
（4）如主要干扰是冷却水的温度波动，试简述其控制过程。
（5）如主要干扰是冷却水压力波动，试简述其控制过程，并说明这时可如何改进控制方案，以提高控制质量。
图1聚合反应釜的控制示意图2．某干燥器的流程图如图2所示。
干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。
夹套内通入的是经列管式加热器加热后的热水，而加热器采用的是饱和蒸汽。
为了提高干燥速度，应有较高的干燥温度θ，但θ过高会使物料的物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥温度θ进行严格控制。
图2 干燥器流程图（1）如果蒸汽压力波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？试确定这时控制阀的气开、气关型式与控制器的正、反作用。
（2）如果冷水流量波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？试确定这时控制阀的气开、气关型式与控制器的正、反作用。
（3）如果冷水流量与蒸汽压力都经常波动，应采用何种控制方案？为什么？试确定这时控制流程图，确定控制器的正、反作用。
3.图3所示的串级控制系统是否有错？错在什么地方？应作如何改正，为什么？图3 精馏塔釜控制系统4 .图4所示氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。
为保证氨冷器内有一定汽化空间，并避免液氨带入冰机造成事故，采用温度—液位串级控制。
（1）试画出温度—液位串级控制系统示意图和方块图；（2）试确定气动调节阀的气开、气关型式；（3）试确定调节器的正、反作用形式。
图4 氨冷器5．串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?6．串级控制系统中主、副变量应如何选择?7．为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统?8．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?9．如何选择串级控制系统中主、副控制器的正、反作用?10．串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定主要有哪两种方法?11．均匀控制系统的目的和特点是什么?12．简述均匀控制系统的控制方案。
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♦ 根据处理方法不同，选择性控制系统可以分为
三类；
– 开关型选择性控制系统：由限位信号切断控制器输 出； – 连续型选择性控制系统：由限位信号切换为另一个 控制器输出给执行器； – 混合型选择性控制系统：采用两个限制信号，同时 进行上述两种控制。
1 开关型选择性控制系统
2 连续型选择性控制
连续型选择性控制在结构上的最大特点是有一个选择 通常是两个输入信号，一个输出信号, 如图所示： 器，通常是两个输入信号，一个输出信号, 如图所示： 对于高选器，输出信号Y等于Xl X2中数值较大的一个 Xl和 中数值较大的一个， 对于高选器，输出信号Y等于Xl和X2中数值较大的一个， X1=5mA,，X2=4mA， Y=5mA。对于低选器，输出信号Y 如X1=5mA,，X2=4mA，则Y=5mA。对于低选器，输出信号Y 等于Xl X2中数值较小的一个 高选器时， Xl和 中数值较小的一个。 等于Xl和X2中数值较小的一个。高选器时，正常工艺情 况下参与控制的信号应该比较强，如设为XI XI， X1应明 况下参与控制的信号应该比较强，如设为XI，则X1应明 显大于X2 出现不正常工况时，X2变得大于X1， X2。 变得大于X1 显大于X2。出现不正常工况时，X2变得大于X1，高选器 输出Y转而等于X2 待工艺恢复正常后，X2又下降到小于 X2。 输出Y转而等于X2。待工艺恢复正常后，X2又下降到小于 X1， 又恢复为选择X1 X1。 X1，Y又恢复为选择X1。
2 用于控制满足工艺上操作的特殊要求
间歇式反应器的温度分程控制
100 TC
反
(%) 冷水 阀 开 度
气 关 阀 开
气
“A”气关阀
“A” 蒸汽 0 0.02
阀 “B”
气关
“B”气开阀
气开
0.06 MPa
0.1
3 用于生产工艺上操作的防护措施
排空 PC 气关阀 “B” “A” 气开阀 0 N2 0.02 0.06 MPa 0.1 N2 100 (%) 阀 开 度 气 关 “B” 阀 阀 开 “A” 气
高选器和低选器
气氨
气氨
液氨蒸发器 （利用液氨 的汽化需要 吸收大量热 量来冷却流 管内物料） 管内物料）
HC
TC TC 气开阀 气开阀
TC 液氨
LS
气开阀
R
液氨 液氨
图12-27 12-
液氨蒸发器温度控制系统方块图
3 混合型选择性控制系统
积分饱和及其防止
一个具有积分作用的控制器，当其处于开环工作状态时，如果偏 差输入信号一直存在，那么由于积分作用的结果，将使控制器的输出 不断增加或不断减小，一直达到输出的极限值并保持在此极限值上， 而控制器暂时丧失了控制功能的现象，称为“积分饱和”现象。
燃料量 原料 原料量变化
通过燃料量 调节炉温
串级控制系统工作过程 二、串级控制系统工作过程
♦ 1、干扰进入副回路 、 ♦ 2、干扰作用于主对象 、 ♦ 3、干扰同时作用于副回路和主对象 、
三
串级控制系统的特点
♦ 两个回路：主回路、副回路 ♦ 两个变量：主变量、副变量 ♦ 改善了对象的特性，有效地克服了滞后 ♦ 具有一定的自适应能力。可应用于负荷
– 主控制系统：系统目标参数控制系统； 主控制系统：系统目标参数控制系统； – 副控制系统：为实现目标参数控制而设置的 副控制系统： 辅助参数控制系统。 辅助参数控制系统。
例： 管式加热炉的控制
出口温度 炉温
♦ 主参数（目标参数）：
出口温度 ♦ 操纵变量：燃料量 ♦ 副变量：炉温
通过出口温度 调节炉温设定值 炉温变化 出口温度变化
控制不安全工况的控制方案将取代正常情况下的控制方案， 控制不安全工况的控制方案将取代正常情况下的控制方案，直到生 产操作重新回到安全范围以内恢复原控制方案为止。 产操作重新回到安全范围以内恢复原控制方案为止。 选择性控制系统设有两个控制器（或多个变送器） 选择性控制系统设有两个控制器（或多个变送器）由选择器选择 出能适应生产安全状况的控制信号，实现对生产过程的自动控制。 出能适应生产安全状况的控制信号，实现对生产过程的自动控制。
产生积分饱和的原因
1、控制系统中控制器具有积分控制规律； 2、控制器输入偏差长期存在得不到补偿。
3、控制器处于开环工作状态。
1、限幅法 通过专门的技术措施对积分反馈信号加以限制（电动Ⅱ 型仪表、电动Ⅲ 型仪表中有专门设计的限幅控制器 2、外反馈法 在控制器处于开环状态时，借用其它相应信号对控制器 进行积分外反馈来限制积分的作用 3、积分切除法 在控制器处于开环工作状态时，就将控制器的积分作用 切除掉
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
第一节
串级控制系统
一 概述 ♦ 串级控制系统是指：在对象滞后较大、 串级控制系统是指：在对象滞后较大、 干扰作用强烈而且频繁的主控制系统中， 干扰作用强烈而且频繁的主控制系统中， 对局部参数（副参数） 对局部参数（副参数）进行预先控制以 提高系统总体控制水平的复合控制系统。 提高系统总体控制水平的复合控制系统。 ♦ 串级控制系统通常包括： 串级控制系统通常包括：
和操作条件变化较大的场合。 自适应：自动调整设定值，以保证系统 整体具有较好的控制质量。
四、串级控制系统中副回路的确定 1、主、副变量间 应有一定的内在联系 2、使系统的主要干扰包在副回路内 3、使副环保括更多的次要干扰 4、防止“共振” 防止“共振” 5、使副回路少包含纯滞后 五、主、副控制器控制规律及正、反作用的选择 副控制器控制规律及正、 1、控制规律 2、正、反作用的选择
均匀控制方案
♦ 简单均匀控制 – 采用简单控制系统，选择适宜的控制参数， 降低单个参数的控制精度。
• 减小放大倍数，延长积分时间，不用微分控制。
♦ 串级均匀控制 – 通过两个参数的控制制约调和两个参数的矛 盾。 – 串级均匀控制的主、副回路一般都采用低精 度快反应的纯比例控制。要求高精度时可适当加入 积分作用。
第六节 分程控制系统
给定 控制器 控制阀B 控制阀B 测量变送 控制阀A 控制阀 对象 被控变量
由一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或 两个以上控制阀动作的系统称为分程控制系统
控制阀分程动作（同向）
控制阀分程动作（异向）
分程控制系统的应用
用于扩大控制阀的可调范围
高压蒸汽
气包
B
A PC 中压蒸汽 供水
§8.3 比值控制系统
♦ 比值控制系统：实现两个或两个以上参数符合
一定比例关系的控制系统。 ♦ 比值控制方案
– 开环比值控制系统：以一个参数的测定值控制另一 个参数； – 单闭环比值控制系统：以一个参数的测定值计算出 另一个参数闭环控制的设定值； – 双闭环比值控制系统：以一个单闭环参数的测定值 计算另一个参数闭环控制的设定值； – 变比值控制系统：以第三个参数的大小决定上述控 制系统的比值。
六、控制器参数的工程整定 1、两步整定法 2、一步整定法
第二节 均匀控制系统
♦ 当系统中具有两个相互关联的参数，其
中任意一个参数的稳定必然导致另一个 参数的大幅度变化，而工艺上需要两者 兼顾时，可采用均匀控制。 ♦ 均匀控制的目标：
– 两个参数都是变化的，且变化缓慢； – 两个参数的变化范围都要尽可能小。
第八章
♦
复杂控制系统
复杂控制系统是由两个及两个以上简单 控制系统组合起来的控制一个或同时控制多 个参数的控制系统。 个参数的控制系统。
串级控制系统 均匀控制系统 比值控制系统 分程控制系统 前馈控制系统 选择性控制系统 多冲量控制系统
♦ 常见复杂控制系统主要有以下几种： 常见复杂控制系统主要有以下几种：
Q1
FC Q2 给定 控制器 Q1 执行器
对象
Q2Байду номын сангаас
测量变送
Q1
F1C
F2C Q2
给定 -
控制器F 控制器 1C -
控制器F 控制器 2C 副测量变送
执行器
对象
Q2
主测量变送
Q1
Q1
F1 C k F2 C
Q2 给定 主测量变送
k
Q1 主流量控制器F 主流量控制器 1C 执行器 主流量对象
Q2 副流量控制器F 副流量控制器 1C 副测量变送 执行器 副流量对象
第四节 前馈控制系统
♦ 前馈控制系统及其特点 ♦ 前馈控制的主要形式
蒸汽 TC
进料
T
蒸汽 FC
进料 T
干扰 给定 反馈控制器 执行器 对象 测量变送 被控变量
前馈控制器 执行器
干扰 测量变送 被控变量 对象
第五节
选择性控制系统
两种系统保护措施： 两种系统保护措施： • 硬保护： 硬保护： 极限情况下，声光报警， 极限情况下，声光报警，转入人工控制或停 车； • 软保护： 软保护： 极限情况下，转入另一种控制模式， 极限情况下，转入另一种控制模式，进行自 ——选择性控制系统 选择性控制系统。 动处 理——选择性控制系统。 选择性控制系统-------当生产操作趋向限制条件时， -------当生产操作趋向限制条件时 选择性控制系统-------当生产操作趋向限制条件时，一个用于
分程控制应用中的几个问题
• 控制阀的泄漏量问题 • 控制阀流量特性的选择除考虑对象特性外更应注意在分程点处控制 阀的放大系数可能出现突变
• 分程控制控制器控制规律的选择及其参数整定可参照简单控制系统处理
§8.7 多冲量控制系统
♦ 多冲量控制系统：
——以多个变量经过一定 的运算后，共同控制同一 个执行器，以实现较高质 量的控制系统。
多冲量控制系统示例
——锅炉液位控制系统
FT LT LC LT LC FT LT LC
LA
LA 双冲量 e=(a-b)-s
LA FT 三冲量 e=(a-b+c)-s