复杂控制系统课件

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。
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• 在需要保持比值关系的两种物料中，必有一种物料处于主导 地位，这种物料称之为主物料，表征这种物料的参数称之为主动 量，由于在生产过程控制中主要是流量比值控制系统，所以主动 物料进行配比， 在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料，表征其特性的 参数称为从动量或副流量，用Q2表示。
• 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。
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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 ：
在影响主变量之前可由副控制器予以校正。 • 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。
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• 在稳定情况下，主、副流量满足工艺要求的比 值，Q2／Q1＝K。当主流量Q1变化时，经变送器 送至主控制器F1C(或其他计算装置)。F1C按预先设 置好的比值使输出成比例地变化，也就是成比例地 改变副流量控制器F2C的给定值，此时副流量闭环 系统为一个随动控制系统，从而Q2跟随Q1变化， 使得在新的工况下，流量比值K保持不变。
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• 在复杂控制系统中可能有几个过程测 • 量值、几个PID控制器以及不止一个执行机构；或者尽管主控制
回路中被控量、PID控制器和执行机构各有一个，但还有其他的 过程测量值、运算器或补偿器构成辅助控制系统，这样主、辅控 制回路协同完成复杂控制功能。复杂控制系统中有几个闭环回路， 因而也称多回路控制系统。
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简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、 最基本、应用最广的一种形式，是一种单输入、单 输出的单回路控制系统，在工厂中约占全部自动控 制系统的80％左右。 对于被控对象比较特殊，被 控量不止一个，生产工艺对控制品质的要求比较高 或者被控对象特性并不复杂，但控制要求却比较特 殊，对于这些情况简单回路控制系统就无能为力了。 为此，需要在单回路控制系统基础上，采取一些措 施组成复杂控制系统。
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• 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。
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2. 双闭环比值控制系统
• 双闭环比值控制系统是为了克服单闭环比值控制系统主流量不受
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控制原理图如下所示：
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• 主变量：使它保持稳定是控制的主要目标。
• 副变量：它是被控制过程中引出的中间变量。
• 副对象：它反映了副变量与操纵变量的通道特性。
• 主对象：它反映了主变量与副变量关系的通道特性。
• 主控制器：接受的是主变量的偏差，其输出是去改变副控
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制器的设定值。
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• 在串级控制系统中有内、外两个闭环回路，其中副控制器执 行器和副对象形成的内闭环称为副环或副回路；主控制器和主对 象形成的外闭环称为主环或主回路。串级控制系统中副环是典型 的单回路PID控制系统，如果把副环看作一个广义的对象，那目 主环也是典型的单回路PID控制系统，也就是说， 串级控制系统 包环两个单回路PID控制系统。
• 副控制器：接受的是副变量的偏差，其输出是操纵阀门。
• 副回路：处于串级控制系统内部的，由副变量测量变送、
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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
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副变量为输出的等效环，则串级系统转化成一个单回路，
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这个单回路为主回路。
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• 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。
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• 复杂控制系统种类繁多，根据系统的结构和所担负的任务来 说，常见的复杂控制系统有：串级、均匀、比值、分程、前馈、 取代、解藕等控制系统。
• 在PTA二期项目中，大量使用了串级、比值、分程控制，下面 详细讲述这三种复杂控制系统。
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一、串级控制系统
• 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。串级控制系统由两个被控参数构成，由两个PID控 制器串联而成。
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• 副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细 调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克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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• 串级控制的主要优点是： • 1、由于副回路的快速作用，发生于副回路的干扰，
• 单闭环比值控制系统的主流量Q1相似于串级 控制系统中的主变量，但主流量并没有构成闭环系 统，Q2的变化并不影响到Q1。尽管它亦有两个控 制器。但只有一个闭合回路．这就是两者的根本区 别。
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• 单闭环比值控制系统的优点是它不但能实现 副流量跟随主流量的变化而变化，而且还可以克 服副流量本身干扰对比值的影响，因此主、副流 量的比值较为精确。另外，这种方案的结构形式 较简单、实施起来也比较方便、所以得到广泛的 应用，尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控 制的场合。