环境工程仿真模拟第四章复杂控制系统

•第四章 复杂控制系统
4.3 比值控制系统
硫磺回收装置的燃料气/酸性气/ 空气比值控制
•主动量（开车）
•主动量（正常）
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•从动量
环境工程仿真模拟第四章复杂控制系 统
•第四章 复杂控制系统
4.4 均匀控制系统
结构与原理 均匀控制是指对两个被控变量 的兼顾。
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环境工程仿真模拟第四章复杂控制系 统
统
•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
应用实例——温度控制（连续消 毒塔温度）
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•主被控变量（消毒塔出口 温度） •前馈（蒸汽压力）
•连续消毒塔温度 前馈－反馈控制系 统示意图
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
原油污水处理装置污水浓度前 馈—串级反馈控制
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•锅炉汽包液位三
冲量控制系统示意 图 环境工程仿真模拟第四章复杂控制系
统
•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
应用实例——浓度控制（蒸发过 程）
•主被控变量（溶液沸点与 水沸点之差，与溶质含量 相关） •前馈（蒸汽流量）
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•蒸发过程前馈－
反馈控制系统示意 图 环境工程仿真模拟第四章复杂控制系
•小阀C小MAX=4，则C小MIN=4/30=0.133， •大阀C大MAX=100，则C大MIN=100/30=3.33； •两阀合用，CMIN=0.133，CMAX=104，因此，可环境调工比程仿R真’=模1拟0第4/四0.章1复33杂=控7制80系。
统
•第四章 复杂控制系统
4.5 分程控制系统
环境工程仿真模拟第四章复杂控制系 统
•第四章 复杂控制系统
4.3 比值控制系统
分类情况 按结构分类：开环、闭环（单闭 环，双闭环）； 按实施方案分类：乘法、除法； 按比值分类：定比值、变比值。
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•第四章 复杂控制系统
4.3 比值控制系统
主动量与从动量的选择
4.5 分程控制系统
工业废液PH值分程控制
根据负反馈的要求，选择控制
器的正反作用方式：
小加碱阀V1开大，PH上升，对
象Kp1为正，阀V2同上；
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控制器选反作用；
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•第四章 复杂控制系统
4.5 分程控制系统
工业废液PH值分程控制 确定分程控制类型： PH高，控制器测量值大，反作 用控制器输出小，应关小阀V1；
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•第四章 复杂控制系统
4.3 比值控制系统
结构与原理 控制两个物料比值的控制系统； 一个物料流量（从动量）跟随 另一各物料流量（主动量）变 化。
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•第四章 复杂控制系统
4.3 比值控制系统
4.1 串级控制系统
结构与原理 由两个或两个以上的控制器串
联连接组成，一个控制器的输 出作为另一个控制器的设定值。
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
结构与原理
•被控变量——加 热炉出口温度
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•燃料气压 力扰动时？
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结构与原理
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开环比值控制系统
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•第四章 复杂控制系统
4.3 比值控制系统
结构与原理
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单闭环比值控制系统
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•第四章 复杂控制系统
4.3 比值控制系统
结构与原理
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双闭环比值控制系统 （变比值控制系统）
度）：
•主被控变量T1（塔中温 度）
•副被控变量T2（塔顶温 度）
•塔顶温度和塔中温 度的串级控制
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
主、副控制器的选择 主控制器：PI或PID； 副控制器：P或PI。 主控制器要采用PI，才能保证 系统无余差。
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
主、副控制器正反作用的选择 副环可近似为1：1环节
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
主、副控制器正反作用的选择
1）根据副回路负反馈原则，判
理）：
•主被控变量T1（去反 应器温度）
•副被控变量T2（热水 仓温度）
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•进厌氧反应器的 废水温度串级控制
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
应用实例 纯滞后时间较大的过程（物料浸取 过程）：
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•浸取过程网前箱温度串级控制 环境工程仿真模拟第四章复杂控制系 统
•第四章 复杂控制系统
4.4 均匀控制系统
单回路控制 控制器选用较大比例度，较大 的积分时间，使液位和流量均 缓慢无振荡变化。
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•第四章 复杂控制系统
4.4 均匀控制系统
串级均匀控制 主控：较大比例度，较大的积 分时间。
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4.2 前馈控制系统
结构与原理
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
结构与原理
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
结构与原理
前馈： （开环）
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
仿真与分析
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
特点
1）主控制器的输出是副控制器
的设定；
2）由两个控制器、两个检测变
送器、一个执行器组成；
3）主回路是定值控制系统，副
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回路是随动控制系统。 环境工程仿真模拟第四章复杂控制系 统
结构与原理 一个控制器的输出同时送往两 个或两个以上的执行器，各执 行器的工作范围不同。
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•第四章 复杂控制系统
4.5 分程控制系统
分程控制的目的 （1）不同工况需要不同的控制 手段； （2）扩大控制阀的可调范围。
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•国产控制阀的可调比R=30；
•第四章 复杂控制系统
应4.用1 串实级例控制系统
扰动幅度大且变化大的过程（石
灰石-石膏湿法脱硫）：
•主被控变量D（浆液密 度）
•副被控变量W（给料机 速率）
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•石灰石浆液密度串
级控制系统 环境工程仿真模拟第四章复杂控制系
统
•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
应用实例
参数互相关联的过程（精馏塔温
断副控制器的正反作用；
2）将副回路看作1：1环节，根
据主回路负反馈原则，判断主
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控制器的正反作用。
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
主、副控制器正反作用的选择
1）根据副回路负反馈原则，判
断副控制器的正反作用；
2）将副回路看作1：1环节，根
•第四章 复杂控制系统
4.4 均匀控制系统
控制效果比较 单纯的液位控制 单纯的流量控制 均匀控制
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•第四章 复杂控制系统
4.4 均匀控制系统
特点 1）用一个控制器使两个被控变 量都得到控制； 2）通过控制器参数合理整定实 现均匀的目的；
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
结构与原理
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前馈—反馈（闭环）
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
仿真与分析
•蒸汽 •物料
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•物料
•蒸汽
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
特点 4）能迅速克服进入副回路干扰 的影响，在设计串级控制系统 时，应使主要扰动进入副回路， 使尽量多的扰动进入副回路。
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
应用实例
时间常数较大的过程（污水厌氧处
1）主动量通常可测不可控；
2）主动量可能会供应不足；
3）从安全角度出发选择主与从；
4）从动量通常可测可控；
5）从动量一般供应有余。
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•第四章 复杂控制系统
4.3 比值控制系统
自来水消毒装置的水氯比值控制
•主动 量
•从动 量
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溶解氧DO浓度和鼓风机风量串 级控制
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
结构与原理 反馈：只有出现偏差时才进行 调节； 前馈：在偏差还未出现之前把 扰动的影响消除。
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•第四章 复杂控制系统
环境工程仿真模拟第四 章复杂控制系统
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2020/11/23
环境工程仿真模拟第四章复杂控制系 统
•第四章 复杂控制系统
单回路控制系统
简单控制系统，最基本、最广
泛 复杂控制系统
串级、比值、前馈、均匀、分
程、选择控制等
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•第四章 复杂控制系统
据主回路负反馈原则，判断主
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控制器的正反作用。
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
画出串级控制系统的控制框图； 主控制器LC应为 作用 副控制器FC应为 作用
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
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•第四章 复杂控制系统
•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
结构与原理
•主控制器
•副控制器
•副被控变 •主被控变
量
量
•主控制回 路
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•副控制回 路
•副被控对 •主被控对
象
象
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统
•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
仿真与分析
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环境工程仿真模拟第四章复杂控制系 统
控制回路
闭环
开环
克服干扰
可克服多个干扰
克服特定干扰
典型控制器
P、PI、PID
超前——滞后环节
控制作用
在过程受扰动影响之后 在过程受扰动影响之前
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
应用实例——液位控制（锅炉汽 包液位）
•主被控变量（汽包液位） •副被控变量（给水流量） •前馈（蒸汽流量）
分程控制的结构
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•第四章 复杂控制系统
4.5 分程控制系统
工业废液PH值分程控制 根据工艺安全性，选择控制阀 的气开和气关方式： 小加碱阀V1和大加碱阀V2选气 开型；
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•第四章 复杂控制系统
•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
结构与原理
•进料负荷 扰动时？
•加热炉出口温度
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•第四章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
结构与原理
•进料负荷 扰动时？ •燃料气压 力扰动时？
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•被控变量——加 热炉出口温度
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•第四章 复杂控制系统
4.4 均匀控制系统
特点 3）控制目标：流量平稳或缓慢 变化；在最大干扰下，液位仍在 工艺操作允许范围内波动； 4）参数整定原则：P大，I大。
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•第四章 复杂控制系统
4.5 分程控制系统
适用情况 1）扰动变量可测不可控； 2）扰动变化频繁，幅度变化大； 3）扰动变量对被控变量影响大。
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•第四章 复杂控制系统
4.2 前馈控制系统
比较
被测变量
反馈控制 被控变量
前馈控制 扰动量
控制器输入
偏差
被测的扰动量
控制规律的实现
可精确控制
有时只能近似