07 分程控制与选择控制
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图示为锅炉燃烧控 制系统，已知控制 阀为“气开”式。 现为了防止阀后压 力过高造成脱火， 需增加阀后压力的 选择控制。试设计 选择控制系统。
作业
P112： 6-7，6-8
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。
热点温度的选择性控制
进料 Tsp 放 热 反 应 器
此种方案为被控 变量的选择控制
TC
HS
冷却液
产品
超驰控制概念
“超驰控制系统”的被控变量往往包括： 一个常规被控变量，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。 “超驰控制系统”的操纵变量往往只有 一个因此，控制系统需要随时针对实际情况 ，选择某一个被控变量加以控制。
单回路控制
Tsp, Tm 60 40 Tm
%
20 0 0 150 Level 100 20 40 60 80 100 Level, U 120 140 160 180 200
Disturbance
%
U 50
0
0
20
40
60
80
100 Time, min
120
140
160
180
200
选择性与单回路控制比较
Biblioteka Baidu 多回路PID控制系统小结
用于改善控制系统性能的多回路PID系统 （1）串级控制系统； （2）前馈控制系统； （3）变增益/变比值控制系统。 用于满足工艺特定需要的多回路PID系统 （1）均匀控制系统； （2）比值控制系统； （3）分程控制系统； （4）阀位控制系统； （5）选择性控制系统。
课堂提问：选择控制
冷水阀 Tsp ＋ － u(t) TC 蒸汽阀 Tm 温度测量 fB(t) 换热器 fA(t) ＋ 反应釜 ＋
问题：
Tm Tm f A f B
分程控制系统非线性的补偿
冷水阀 Tsp ＋ － u(t) TC 蒸汽阀 Tm 温度测量 fB(t) 换热器 fA(t) ＋ 反应釜 ＋
补偿原理：
u2
＋ ＋
Tm
1 TI s 1
v2
分程控制
本讲主要内容
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。
间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
“A” “B”
冷水 蒸汽
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？
阀开度(%)
阀
关
气
N2
阀
0.10
排 空
100
调节阀气动信号（MPa）
贮罐气封分程动作过程
如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量?
100
阀开度(%)
“B”
0 0.02
“A”
0.10
1、控制阀引入不 灵敏区。 2、同时，控制器 引入调节死区
气
调节阀气动信号（MPa）
阀
0.058 0.062
气
开 阀
关
测量1
LS
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。
选择性控制防积分饱和的实现
Lm
－ ＋
1 TI s 1
v1
Lmax
KC
TD s 1 AD TD s 1
＋
u1
＋
LS u Tsp
＋ －
KC
TD s 1 AD TD s 1
Tm f A Tm f B f A u f B u
分程控制非线性补偿方法
100
补偿原理：
Tm f A Tm f B f A u f B u
阀开度(%)
“A” “B”
0 0.02 0.04 0.06 0.10
若:
Tm Tm 3 f A f B
调节阀气动信号（MPa）
f A f 3 B u u
课堂练习：贮罐气封系统
阀开度(%)
关
气关阀 “B”
“A”
0 0.02
阀
气
0.06
PC
气
开
“B”
0.10
“A” 气开阀
N2
调节阀气动信号（MPa）
100
如何避免两调节阀的频 “B” “A” 繁开闭以减少 N2用量?
开 阀 气
0 0.02 0.06
选择性控制系统方块图
Lm － ＋ Lmax Tsp ＋ － 液位测量 液位 对象 阀 温度 对象 温度测量 LC u(t) LS TC Tm
分析这样的控制方案应注意什么问题？
产生积分饱和的条件 1.控制器具有积分作用； 2.控制器处于开环状态； 3.偏差信号长期存在；
选择性控制的防积分饱和
设定1 控 制 器 1 积分外反馈 u1 u2 控 制 器 2 设定2
选择性控制
关宏伟
浙江大学宁波理工学院信科系 2010/11/25
主要内容
选择性控制的分类； 选择性控制的设计方法 选择性控制的防积分饱和。
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。
液氨蒸发器的单回路控制
待冷却 物料 气氨
TC
气开阀 液氨
如何实现待冷却物料温度的控制，并保证液氨不 满罐?
液氨蒸发器的选择性控制
气氨
控制器正反作 用的选择；
LS
TC
气开阀 液氨
LC
Lsp Tsp
液氨蒸发器的选择性控制
气氨
选择器(低选器LS 或高选器HS) 的选择。
LS
TC
气开阀 液氨
LC
Lsp Tsp
0 0.02
阀
0.10
调节阀气动信号（MPa）
调节阀气动信号（MPa）
工作过程： （1）当温度变低时，调节阀的气动信号增大。若冷水阀还未 全关，则先逐步关冷水阀；否则，再开大蒸汽阀； （2）当温度变高时，调节阀的气动信号减少。若蒸汽阀还未 全关，则先逐步关蒸汽阀；否则，再开大冷水阀；
关
气
分程控制系统的非线性
反应器温度分程控制系统
问题： （1）选择两调节阀 的气开气关属性； （2）温度控制器的 正反作用； （3）如何协调两调 节阀的动作； （4）如何克服广义 对象的非线性。
调节阀的分程动作关系
100
100
阀开度(%)
阀开度(%)
气
阀
阀
开
关
开
气
阀
气
“A”
0 0.02
“B”
0.10
“B”
“A”
0.06
0.06
作业
P112： 6-7，6-8
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。
热点温度的选择性控制
进料 Tsp 放 热 反 应 器
此种方案为被控 变量的选择控制
TC
HS
冷却液
产品
超驰控制概念
“超驰控制系统”的被控变量往往包括： 一个常规被控变量，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。 “超驰控制系统”的操纵变量往往只有 一个因此，控制系统需要随时针对实际情况 ，选择某一个被控变量加以控制。
单回路控制
Tsp, Tm 60 40 Tm
%
20 0 0 150 Level 100 20 40 60 80 100 Level, U 120 140 160 180 200
Disturbance
%
U 50
0
0
20
40
60
80
100 Time, min
120
140
160
180
200
选择性与单回路控制比较
Biblioteka Baidu 多回路PID控制系统小结
用于改善控制系统性能的多回路PID系统 （1）串级控制系统； （2）前馈控制系统； （3）变增益/变比值控制系统。 用于满足工艺特定需要的多回路PID系统 （1）均匀控制系统； （2）比值控制系统； （3）分程控制系统； （4）阀位控制系统； （5）选择性控制系统。
课堂提问：选择控制
冷水阀 Tsp ＋ － u(t) TC 蒸汽阀 Tm 温度测量 fB(t) 换热器 fA(t) ＋ 反应釜 ＋
问题：
Tm Tm f A f B
分程控制系统非线性的补偿
冷水阀 Tsp ＋ － u(t) TC 蒸汽阀 Tm 温度测量 fB(t) 换热器 fA(t) ＋ 反应釜 ＋
补偿原理：
u2
＋ ＋
Tm
1 TI s 1
v2
分程控制
本讲主要内容
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。
间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
“A” “B”
冷水 蒸汽
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？
阀开度(%)
阀
关
气
N2
阀
0.10
排 空
100
调节阀气动信号（MPa）
贮罐气封分程动作过程
如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量?
100
阀开度(%)
“B”
0 0.02
“A”
0.10
1、控制阀引入不 灵敏区。 2、同时，控制器 引入调节死区
气
调节阀气动信号（MPa）
阀
0.058 0.062
气
开 阀
关
测量1
LS
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。
选择性控制防积分饱和的实现
Lm
－ ＋
1 TI s 1
v1
Lmax
KC
TD s 1 AD TD s 1
＋
u1
＋
LS u Tsp
＋ －
KC
TD s 1 AD TD s 1
Tm f A Tm f B f A u f B u
分程控制非线性补偿方法
100
补偿原理：
Tm f A Tm f B f A u f B u
阀开度(%)
“A” “B”
0 0.02 0.04 0.06 0.10
若:
Tm Tm 3 f A f B
调节阀气动信号（MPa）
f A f 3 B u u
课堂练习：贮罐气封系统
阀开度(%)
关
气关阀 “B”
“A”
0 0.02
阀
气
0.06
PC
气
开
“B”
0.10
“A” 气开阀
N2
调节阀气动信号（MPa）
100
如何避免两调节阀的频 “B” “A” 繁开闭以减少 N2用量?
开 阀 气
0 0.02 0.06
选择性控制系统方块图
Lm － ＋ Lmax Tsp ＋ － 液位测量 液位 对象 阀 温度 对象 温度测量 LC u(t) LS TC Tm
分析这样的控制方案应注意什么问题？
产生积分饱和的条件 1.控制器具有积分作用； 2.控制器处于开环状态； 3.偏差信号长期存在；
选择性控制的防积分饱和
设定1 控 制 器 1 积分外反馈 u1 u2 控 制 器 2 设定2
选择性控制
关宏伟
浙江大学宁波理工学院信科系 2010/11/25
主要内容
选择性控制的分类； 选择性控制的设计方法 选择性控制的防积分饱和。
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。
液氨蒸发器的单回路控制
待冷却 物料 气氨
TC
气开阀 液氨
如何实现待冷却物料温度的控制，并保证液氨不 满罐?
液氨蒸发器的选择性控制
气氨
控制器正反作 用的选择；
LS
TC
气开阀 液氨
LC
Lsp Tsp
液氨蒸发器的选择性控制
气氨
选择器(低选器LS 或高选器HS) 的选择。
LS
TC
气开阀 液氨
LC
Lsp Tsp
0 0.02
阀
0.10
调节阀气动信号（MPa）
调节阀气动信号（MPa）
工作过程： （1）当温度变低时，调节阀的气动信号增大。若冷水阀还未 全关，则先逐步关冷水阀；否则，再开大蒸汽阀； （2）当温度变高时，调节阀的气动信号减少。若蒸汽阀还未 全关，则先逐步关蒸汽阀；否则，再开大冷水阀；
关
气
分程控制系统的非线性
反应器温度分程控制系统
问题： （1）选择两调节阀 的气开气关属性； （2）温度控制器的 正反作用； （3）如何协调两调 节阀的动作； （4）如何克服广义 对象的非线性。
调节阀的分程动作关系
100
100
阀开度(%)
阀开度(%)
气
阀
阀
开
关
开
气
阀
气
“A”
0 0.02
“B”
0.10
“B”
“A”
0.06
0.06