06 比值控制与均匀控制选择性控制 过程控制工程教案

均匀控制系统仿真举例
均匀控制的PID参数整定
对于串级均匀控制系统的副调节器，应选择PI规律， 按单回路工程整定法确定其PI参数。
对于主调节器，一般应选择纯比例规律，即积分时间 足够大。通过调整增益Kc以使出料尽可能地平缓，而 同时确保液位不超出允许范围。有时为减少液位的调 节余差，可引入少量的积分作用，但积分时间应大于 纯比例控制下系统对于主要扰动的恢复时间。
课堂提问
前馈控制的原理是什么？ 是否可用普通的PID控制器作为前馈控制
器，为什么？ 为什么一般不单独使用前馈控制？
溶液配制问题
30% NaoH
H2O
QB
QA
混 合 器
6~8% NaoH
问题：假设NaoH用量QB和稀释 水量QA可测并且QA可调。如果 QB变化，如何调整以使稀释液 NaoH的浓度为6~8%左右？ 解决方案：
变比值串级控制
×
RVsp
RV
FC
RF
TC
蒸汽
T2sp
系统功能：
（3）前馈反馈串级
T2
控制 ？
凝液
工艺 介质
上一节中所采用的前馈控制器： RVsp1KvRF(T2spT1)
系统功能——变增益串级
×
RVsp
RV
FC
TC
蒸汽
T2sp
RF
K
1 RF
凝液
T2
工艺 介质
系统功能——前馈串级控制
＋ 前馈控制器
4
QA
16KAB
QBmax QAmax
4
mA
变比值控制系统
IB
÷K
IA
QB
y
RC
YC
QA
对DDZ III型仪表, 除法器的输 入输出关系为
KIA44 mA IB4
KQAQBm ax QB QAm ax
KABQ QB Am m a ax x
存在问题：物料A的流量回路存在非线性，当物料B的流 量减少时，回路增益增大，有可能使系统不稳定，并可 能出现“除零”运算。
化值。
均匀控制系统的分析(续2)
Qi(t) 精 馏
H(t) 塔
A
LC FC
hsp(s)
＋ －
qi(s)
qo(s) ＋
h(s) 1
Gc
－
Th s
对于纯比例控制器Gc = －Kc，
Qo(t)
可得到的闭环特性为：
1 h(s) 1 K c , qo(s) K c 1 qi(s) T hsK c T hK cs1 qi(s) T hsK c T hK cs1
位h(t)与出料 qo(t)同时 平稳，以确保塔乙进
料波动的减少。
完全不同于单纯的液位控制系统，要求液位与出 料 同时“均匀”地变化。
均匀控制系统的特点
不同于常规的定值控制系统，而对被控变量 (CV)与操纵变量(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，液位在贮罐的上下限内波动，而 流量应在一定范围内平缓渐变。
（1）出口浓度控制； （2）入口流量的比值控制（流 量比值 ？）。
流量比值控制问题
物料 B
QB 后续
物料 A
QA
装置
要求：QA / QB = KAB（比值系数）而QB 为主动流量， QA 为可控量，要求设计一控制系统通过调节QA 以 实现上述比值控制目标。
定比值控制方案
QB IB K IA
FC
QB
∑ ××
k1
－
T1
RF
T2sp
TC
RVsp
RV
FC
蒸汽
T2
凝液
工艺 介质
均匀控制
于玲
浙江大学控制系 2008/04/10
均匀控制内容
均匀控制的概念与特点； 常见的均匀控制系统； 均匀控制系统的分析。
均匀控制问题
qi(t)
塔 甲
h(t)
塔 乙
LC
qo(t)
当塔甲的进料量qi(t)变 化时，希望塔甲的液
A来自百度文库dH (tt)Qi(t)Qo(t)
均匀控制系统的分析(续1)
Qi(t) 精 馏
H(t) 塔
A
假设液位测量范围为Hmax， 进出流量的测量范围均为
Qmax，则广义对象特性可
LC
表示成
FC
Thdd(th)tqi(t)qo(t),ThA Q m m H aaxx
Qo(t)
其中h(t)、 qi(t)、 qo(t)分别 为液位与进出流量的归一
纯比例均匀控制系统的特点
1 h(s) 1 K c , qo(s) K c 1 qi(s) T hsK c T hK cs1 qi(s) T hsK c T hK cs1
可实现进出物料的自动平衡； 当物料的平均停留时间Th一定时，控制器增益
Kc的减少可使出料更加平缓，但使液位的波动 与余差同时增大； 为减少液位的调节余差，主控制器需要引入少 量的积分作用。
I0 K (IB 4 ) 4m A
2
2
QQAmAax
KQQBmBax
QA
2
KK2 AB
Q QBAm maaxx
乘法器的设定
QB 对DDZ III型仪表, 乘法器的输 入输出关系为
IB
×
Is
I0Is41 6 (IB4)4 m A
I0
稳态条件: IA = I0
FC
IA
Is
16QA QBmax QB QAmax
IB
F 1C
K
IA
F 2C
QA
单闭环比值控制系统
QA
双闭环比值控制系统
比值器的设定1
QB
IB
K
IA
I0
FC
假设流量测量变送环节为线性对象。
IA Q Q A m A a x(2 0 4 ) 4 m A , IB Q Q B m B a x(2 0 4 ) 4 m A
对DDZ III型仪表, 比值器的输入输出关系为
FC
QA
K2
1 QAmax KAB QBmax
1 K
比值器的设定2
IB K
IA
I0
FC
QB假设流量测量变送环节为非线性对象。
2
2
IA Q Q A m A a x (2 0 4 ) 4 m A , IB Q Q B m B a x (2 0 4 ) 4 m A
对DDZ III型仪表, 比值器的输入输出关系为
均匀控制指的是控制功能，而不是控制方案。
常用的均匀控制方案
塔
塔
塔
甲
塔 乙
甲
乙
h(t)
LC
LC
FC
单回路均匀控制系统
qo(t)
串级均匀控制系统
均匀控制系统的分析
Qi(t) 精 馏
H(t) 塔
A
LC FC
Qo(t)
假设流量回路调节迅速， 对液位对象而言其动态滞 后可忽略；并不考虑液位 测量滞后。则广义对象特 性可表示成
I0 K (IB 4 ) 4m A
稳态条件: IA = I0
QA K QB
QAmax
QBmax
QA
令：
KAB
QA QB
KKAB
QBmax QAmax
比值器的设定1（续）
IA K2
QB IB
稳态条件:
IB K 2 (IA 4 ) 4m A
K2
QA QB ,
Q Q Amax
Bmax
KAB
QA QB