过程控制课件第二章 常用复杂控制系统
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过程控制--复杂控制串级控制系统与均匀控制系统 ppt课件
出料 水温度变化 →釜壁温度变 化 → 反应釜温度变化
控制变量的影响：冷却剂调 节阀开度变化 → 冷却剂流 量变化 → 夹套内冷却剂温 度变化 → 釜壁温度变化 → 反应釜温度变化
ppt课件
17
解决方法
夹套冷却剂温度T2比反应釜温度T1能更快地感受 到来自干扰（冷却剂入口温度）以及来自控制的 影响。因而可设计夹套水温单回路控制系统TC2 以尽快地克服冷却剂方面的扰动。但TC2的设定 值应根据T1的控制要求作相应的变化（这一要求 可用反应温度调节器TC1来自动实现）。
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
副回路（有时称内环）具有快速调节作用， 它能有效地克服二次扰动的影响；
由于
D2' (s)
1
D2 (s) 1+ Gc2GvGp2Gm2
假设副回路的动态滞后较小，对于低频干扰，有
Gc2GvGp2Gm2 1
D2' D2
ppt课件
25
反应器温度的串级控制响应
ppt课件
26
串级控制系统的特点（2）
振”（系统稳定性
进料 越差）。
ppt课件
38
串级系统副调节器选型
副调节器常选择PI控制律
原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一 般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快 速克服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能 力，理想上不用加积分作用。但实际运行中，串级 系统有时会断开主回路，因而，通常需要加入积分 作用。但积分作用要求较弱以保证副回路较强的抗 干扰能力。
修改主手操器使副偏差为0，将副控制器切换到自动； 修改主控制器的设定值使主控制器的偏差为0，然后将
控制变量的影响：冷却剂调 节阀开度变化 → 冷却剂流 量变化 → 夹套内冷却剂温 度变化 → 釜壁温度变化 → 反应釜温度变化
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17
解决方法
夹套冷却剂温度T2比反应釜温度T1能更快地感受 到来自干扰（冷却剂入口温度）以及来自控制的 影响。因而可设计夹套水温单回路控制系统TC2 以尽快地克服冷却剂方面的扰动。但TC2的设定 值应根据T1的控制要求作相应的变化（这一要求 可用反应温度调节器TC1来自动实现）。
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
副回路（有时称内环）具有快速调节作用， 它能有效地克服二次扰动的影响；
由于
D2' (s)
1
D2 (s) 1+ Gc2GvGp2Gm2
假设副回路的动态滞后较小，对于低频干扰，有
Gc2GvGp2Gm2 1
D2' D2
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25
反应器温度的串级控制响应
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26
串级控制系统的特点（2）
振”（系统稳定性
进料 越差）。
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38
串级系统副调节器选型
副调节器常选择PI控制律
原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一 般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快 速克服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能 力，理想上不用加积分作用。但实际运行中，串级 系统有时会断开主回路，因而，通常需要加入积分 作用。但积分作用要求较弱以保证副回路较强的抗 干扰能力。
修改主手操器使副偏差为0，将副控制器切换到自动； 修改主控制器的设定值使主控制器的偏差为0，然后将
过程控制 第二章 PID调节
第一篇
简单控制
第二章
比例积分为分控制及其调节过程
第二章
比例积分微分控制及其调节过程
§2-1 §2-2 §2-3 §2-4 §2-5 基本概念 比例调节 积分调节 比例积分调节 比例积分微分调节
第一篇
简单控制
第二章
比例积分为分控制及其调节过程
§2-1
基本概念
统计表明生产过程80%的控制可以用PID控制器构成单回路 反馈控制系统进行控制（简单控制系统）。 PID控制是比例积分微分控制的简称。 是一种负反馈控制。 即控制器与广义被控对象构成的系统为闭环负反馈系统。其作用
有直接关系 。
第一篇
简单控制
第二章
比例积分为分控制及其调节过程
4.TI变化对系统控制性能指标的影响
r e
1 TI s
u
Ke-τs Ts + 1
D y
衰减率ψ ↑ TI↑ S0↓ 稳态误差ess=0 超调量σ ↓ 振荡频率ω ↓
第一篇
简单控制
第二章
比例积分为分控制及其调节过程
5.与P调节比较
系统稳定性下降（加了一个位于原点的开环极点） 静态：无稳态误差；动态：由于调节不及时σ较大 在相同的稳定裕度下积分调节σ↑，振荡频率低，调节过程加长。
，选择P或PI调节
，选择PD或PID调节 ，用复杂控制。
Ke-τs G(s) = Ts +1
0.2 τ/T 1.0
τ/T > 1.0
蒸 汽 D
θ
B
1
A
θ θ A
0
o
稳态误差
冷 水 Q
冷 凝 水
Ke-τs Ts + 1
θ
1
简单控制
第二章
比例积分为分控制及其调节过程
第二章
比例积分微分控制及其调节过程
§2-1 §2-2 §2-3 §2-4 §2-5 基本概念 比例调节 积分调节 比例积分调节 比例积分微分调节
第一篇
简单控制
第二章
比例积分为分控制及其调节过程
§2-1
基本概念
统计表明生产过程80%的控制可以用PID控制器构成单回路 反馈控制系统进行控制（简单控制系统）。 PID控制是比例积分微分控制的简称。 是一种负反馈控制。 即控制器与广义被控对象构成的系统为闭环负反馈系统。其作用
有直接关系 。
第一篇
简单控制
第二章
比例积分为分控制及其调节过程
4.TI变化对系统控制性能指标的影响
r e
1 TI s
u
Ke-τs Ts + 1
D y
衰减率ψ ↑ TI↑ S0↓ 稳态误差ess=0 超调量σ ↓ 振荡频率ω ↓
第一篇
简单控制
第二章
比例积分为分控制及其调节过程
5.与P调节比较
系统稳定性下降（加了一个位于原点的开环极点） 静态：无稳态误差；动态：由于调节不及时σ较大 在相同的稳定裕度下积分调节σ↑，振荡频率低，调节过程加长。
，选择P或PI调节
，选择PD或PID调节 ，用复杂控制。
Ke-τs G(s) = Ts +1
0.2 τ/T 1.0
τ/T > 1.0
蒸 汽 D
θ
B
1
A
θ θ A
0
o
稳态误差
冷 水 Q
冷 凝 水
Ke-τs Ts + 1
θ
1
第二章过程装备控制基础
为 同理，在 qV2、 qV3 变化量很小时，水流出量与液位的关系近似
qV 2 qV 3 h1 RS 1 h2 RS 2
（2—14） （2—15）
将式（2—14）和式（2—15）代入式（2—12），并求微分后， 经整理得到
dh d 2 h2 Rs1 dh2 1 Rs1 A2 2 dt dt Rs 2 dt （2—16）
第1节 被控对象的特性
从它的特性曲线可以看出，由于水槽的流出量不变，液位 H 将随时间 t 的 推移恒速上升，不会稳定下来直至从水槽顶部溢出。这就是无自衡特性。无自 衡特性的被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。 对这类被控对象除必须施加控制外，还常常设有自动报警系统。
第1节 被控对象的特性
①求纯滞后时间：从t0时刻起到输出开始变化的这段时间， 即输入变化而输出不发生变化的这段时间为纯滞后时间。
②求静态放大倍数：
K y () y 0 x() x(0)
（2-20）
③求时间常数T：在反应曲线上找到输出量变化至终值63.2% 时的坐标点，它所对应的时刻与输出量开始变化时的时刻之差就 是时间常数T。
影响变换炉一段反应温度的因素主要有冷激流量、蒸汽流量和半水煤气 流量。改变阀门1、2、3的开度就可以分别改变冷激量、蒸汽量和半水煤气量 的大小。从右上图看出，冷激量对温度的相对放大系数最大；蒸汽量对温度 的相对放大系数次之；半水煤气量对温度的相对放大系数最小。 26
第2节 对象特性的实验测定
对象的求取方法通常有两种：一种就是上面所介绍的公式法,即数学 方法；另一种是通过对被控对象的实验测试求出其特性参数,即所谓的实验 测定法。 对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对象上，加上一个人为的输入 作用（输入量），然后，用仪表测取并记录表征对象特性的物理量（输出量） 随时间变化的规律，得到一系列实验数据（或曲线）。这些数据或曲线就可以 用来表示对象的特性。
qV 2 qV 3 h1 RS 1 h2 RS 2
（2—14） （2—15）
将式（2—14）和式（2—15）代入式（2—12），并求微分后， 经整理得到
dh d 2 h2 Rs1 dh2 1 Rs1 A2 2 dt dt Rs 2 dt （2—16）
第1节 被控对象的特性
从它的特性曲线可以看出，由于水槽的流出量不变，液位 H 将随时间 t 的 推移恒速上升，不会稳定下来直至从水槽顶部溢出。这就是无自衡特性。无自 衡特性的被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。 对这类被控对象除必须施加控制外，还常常设有自动报警系统。
第1节 被控对象的特性
①求纯滞后时间：从t0时刻起到输出开始变化的这段时间， 即输入变化而输出不发生变化的这段时间为纯滞后时间。
②求静态放大倍数：
K y () y 0 x() x(0)
（2-20）
③求时间常数T：在反应曲线上找到输出量变化至终值63.2% 时的坐标点，它所对应的时刻与输出量开始变化时的时刻之差就 是时间常数T。
影响变换炉一段反应温度的因素主要有冷激流量、蒸汽流量和半水煤气 流量。改变阀门1、2、3的开度就可以分别改变冷激量、蒸汽量和半水煤气量 的大小。从右上图看出，冷激量对温度的相对放大系数最大；蒸汽量对温度 的相对放大系数次之；半水煤气量对温度的相对放大系数最小。 26
第2节 对象特性的实验测定
对象的求取方法通常有两种：一种就是上面所介绍的公式法,即数学 方法；另一种是通过对被控对象的实验测试求出其特性参数,即所谓的实验 测定法。 对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对象上，加上一个人为的输入 作用（输入量），然后，用仪表测取并记录表征对象特性的物理量（输出量） 随时间变化的规律，得到一系列实验数据（或曲线）。这些数据或曲线就可以 用来表示对象的特性。
过程控制系统ppt课件
2、调节原理 二、稳定边界法（临界比例度法）
4、变送器：一般为“＋”； 一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。
当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
二、控制阀的流量特性
1、概念
l Q ,L Q max
Ql f( )(33)
§2-2 被控参数和控制参数的选择
一、被控参数(即被控量)的选择
1.选择的意义
2. 选择方法
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全 运行的参数。(如锅炉锅筒的水位控制。)
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。(如用反应釜的温度 控制间接实现化学反应的质量控制。)
3. 选间接参数的原则
它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即：
B1 B2
B1
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即：
3．余差：
A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作
用下，余差（Steady-state error）为：
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器 液位控制器
执行器
2、系统方块图
1-1典型单回路控制系统
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元： (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。 • 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。 • 间接参数要有足够的灵敏度。
4、变送器：一般为“＋”； 一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。
当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
二、控制阀的流量特性
1、概念
l Q ,L Q max
Ql f( )(33)
§2-2 被控参数和控制参数的选择
一、被控参数(即被控量)的选择
1.选择的意义
2. 选择方法
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全 运行的参数。(如锅炉锅筒的水位控制。)
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。(如用反应釜的温度 控制间接实现化学反应的质量控制。)
3. 选间接参数的原则
它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即：
B1 B2
B1
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即：
3．余差：
A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作
用下，余差（Steady-state error）为：
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器 液位控制器
执行器
2、系统方块图
1-1典型单回路控制系统
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元： (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。 • 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。 • 间接参数要有足够的灵敏度。
过程控制系统建模方法PPT课件
第26页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
• 自平衡过程
• 受扰后被调量能够自动地稳定在新的平衡点上的过 程
• 如，用惯性环节描述的单容对象 • 自平衡过程是一种稳定的过程
• 无自平衡过程
• 受扰后，无法自动恢复平衡的过程 • 如，用积分环节描述的单容对象
第27页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
第15页/共117页
单容对象的传递函数
• 根据物料平衡关系，有：
➢初
始Qi
时 Q刻o
dV
，dt
水,
槽V为处水于槽贮平水衡量，状V 态A：*h
Qo=Qi，h＝h0
➢进水阀开度发生阶跃变化Δu时：
• Qi→ Qi +ΔQi h →h+Δh Qo→ Qo +ΔQo
• 于是有
Qi Qo
A dh dt
.
0.8
uc
输出uc
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
u (sec)
第2页/共117页
建模的概念
• 建模需要三类主要的信息源
1、要确定明确的输入量与输出量
• 通常选一个可控性良好，对输出量影响最大的一 个输入信号作为输入量，其余的输入信号则为干 扰量。
第3页/共117页
建模需要三类主要的信息源（续）
无自平衡能力的单容对象
• 流出端采用容积式计量泵 • 排出恒定的流量Qo • 输入流量受扰后，水位或一直上升或一直下降 • 无法通过控制使其平衡
无自平衡能力的单容水槽
第28页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
无自平衡能力的单容对象的特性分析
无自平衡能力的单容对象特性
• 自平衡过程
• 受扰后被调量能够自动地稳定在新的平衡点上的过 程
• 如，用惯性环节描述的单容对象 • 自平衡过程是一种稳定的过程
• 无自平衡过程
• 受扰后，无法自动恢复平衡的过程 • 如，用积分环节描述的单容对象
第27页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
第15页/共117页
单容对象的传递函数
• 根据物料平衡关系，有：
➢初
始Qi
时 Q刻o
dV
，dt
水,
槽V为处水于槽贮平水衡量，状V 态A：*h
Qo=Qi，h＝h0
➢进水阀开度发生阶跃变化Δu时：
• Qi→ Qi +ΔQi h →h+Δh Qo→ Qo +ΔQo
• 于是有
Qi Qo
A dh dt
.
0.8
uc
输出uc
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
u (sec)
第2页/共117页
建模的概念
• 建模需要三类主要的信息源
1、要确定明确的输入量与输出量
• 通常选一个可控性良好，对输出量影响最大的一 个输入信号作为输入量，其余的输入信号则为干 扰量。
第3页/共117页
建模需要三类主要的信息源（续）
无自平衡能力的单容对象
• 流出端采用容积式计量泵 • 排出恒定的流量Qo • 输入流量受扰后，水位或一直上升或一直下降 • 无法通过控制使其平衡
无自平衡能力的单容水槽
第28页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
无自平衡能力的单容对象的特性分析
过程控制技术-第二章过程控制系统的数学模型精品PPT课件
式（２-７）中q s0是常数项，因此式（２-７）
成为只有输出变量（被控变量）Ｔout与输入变 量Ｔin的微分方程式，该式称为蒸汽直接加热器
扰动通道的微分方程式。
2 过程控制系统的数学模型
（5 输出变量和输入变量用增量形式表示的方程式 称为增量方程式。变量进行增量化处理后，使 方程不必考虑初始条件；能使非线性特性化成 线性特性；而且符合线性自动控制系统的情况。 因为在过程控制系统中，主要是考虑被控变量 偏离设定值的过渡过程，而不考虑在t＝０时刻 的被控变量。现以蒸汽直接加热器为例，说明 增量方程式的列写方法。
今后在习惯上为书写的便利，可以将一阶微分 方程式中的增量“Δ”省略，但要理解为是相 应变量的增量。因此，一阶被控对象的数学模 型便可写成：
T dy y Kx dt
2 过程控制系统的数学模型
于是上述所讨论的温度对象的阻力系数是：
T 1
热阻Ｒ＝温差/热量流量＝
＝
q FinC
热容Ｃ＝被储存的热量的变化/温度的变化＝
U Tout
Mc
2 过程控制系统的数学模型
二阶被控对象的数学模型
• 二阶被控对象数学模型的建立与一阶类似。由于二 阶被控对象实际是复杂的，下面仅以简单的实例作 一介绍。
• 【例2-2】 两个串联的液体储罐如图2-2所示。为便 于分析，假设液体储罐１和储罐２近似为线性对象， 阻力系数Ｒ1、Ｒ2
2 过程控制系统的数学模型
2 过程控制系统的数学模型
（1） 建立原始方程式：
A1
dL1 dt
F1
F2
A2
dL2 dt
F2
F3
F2
L1 R1
F3
L2 R2
2 过程控制系统的数学模型
成为只有输出变量（被控变量）Ｔout与输入变 量Ｔin的微分方程式，该式称为蒸汽直接加热器
扰动通道的微分方程式。
2 过程控制系统的数学模型
（5 输出变量和输入变量用增量形式表示的方程式 称为增量方程式。变量进行增量化处理后，使 方程不必考虑初始条件；能使非线性特性化成 线性特性；而且符合线性自动控制系统的情况。 因为在过程控制系统中，主要是考虑被控变量 偏离设定值的过渡过程，而不考虑在t＝０时刻 的被控变量。现以蒸汽直接加热器为例，说明 增量方程式的列写方法。
今后在习惯上为书写的便利，可以将一阶微分 方程式中的增量“Δ”省略，但要理解为是相 应变量的增量。因此，一阶被控对象的数学模 型便可写成：
T dy y Kx dt
2 过程控制系统的数学模型
于是上述所讨论的温度对象的阻力系数是：
T 1
热阻Ｒ＝温差/热量流量＝
＝
q FinC
热容Ｃ＝被储存的热量的变化/温度的变化＝
U Tout
Mc
2 过程控制系统的数学模型
二阶被控对象的数学模型
• 二阶被控对象数学模型的建立与一阶类似。由于二 阶被控对象实际是复杂的，下面仅以简单的实例作 一介绍。
• 【例2-2】 两个串联的液体储罐如图2-2所示。为便 于分析，假设液体储罐１和储罐２近似为线性对象， 阻力系数Ｒ1、Ｒ2
2 过程控制系统的数学模型
2 过程控制系统的数学模型
（1） 建立原始方程式：
A1
dL1 dt
F1
F2
A2
dL2 dt
F2
F3
F2
L1 R1
F3
L2 R2
2 过程控制系统的数学模型
过程控制系统 (2)
(4)过渡时间。从干扰作用于系统起，到被控变量进入新 稳态值±5％(或4-2％)的允许误差带范围内，且不再越 出所经历的时间，称为过渡时间
图7-1 定值控制系统阶跃响应过渡过程曲线
7.2 过程参数的检测与变送
在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和自动控制， 需要对工艺生产中的压力、流量、液位、温度等参数进行 测量。用来测量这些参数的仪表称为检测仪表，经常与变 送器配合使用。
将上述数据代入，得
EK (800,30) EK (800,0) EK (30,0) 32.074mV
例7-2 今用一只S型热电偶测温，已知冷端温度 t0 30C 测得热电势 Es (t,t0) 14.195mV
t 求被测介质的实际温度
解 由相应的分度表可知：
Es (30,0) 0.173mV
7.1.4 过程控制系统的性能指标
控制性能良好的过程控制系统，在受到外来干扰作用或者 给定值发生变化后，应能够平稳、迅速、准确地回到给定 值上。
在衡量一个控制方案时，必须给出相应的性能指标。 控制性能指标是根据生产工艺过程的实际需要确定的，过
渡过程是衡量控制系统性能指标的依据，一般采用定值控 制系统阶跃响应过渡过程曲线来讨论控制系统的性能指标。
数据代入变换，得
Es (t,0) Es (t,30) Es (30,0) 14.195 0.173 14.368(mV )
再由附录可以查得l4.368mV对应的温度t为1400℃。
工业常用的热电偶有铂铑 10
铂热电偶，分度号为S；镍铬一镍硅热电偶，分度号为K；镍铬一康铜热电 偶，分度号为E，选用时根据要求而定。
(3)利用热阻效应测温，它利用导体或半导体的电阻随温 度变化的性质制成。
(4)利用热辐射原理测温，利用物体辐射能随温度变化而 变化的性质制成，属于非接触式温度计.
图7-1 定值控制系统阶跃响应过渡过程曲线
7.2 过程参数的检测与变送
在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和自动控制， 需要对工艺生产中的压力、流量、液位、温度等参数进行 测量。用来测量这些参数的仪表称为检测仪表，经常与变 送器配合使用。
将上述数据代入，得
EK (800,30) EK (800,0) EK (30,0) 32.074mV
例7-2 今用一只S型热电偶测温，已知冷端温度 t0 30C 测得热电势 Es (t,t0) 14.195mV
t 求被测介质的实际温度
解 由相应的分度表可知：
Es (30,0) 0.173mV
7.1.4 过程控制系统的性能指标
控制性能良好的过程控制系统，在受到外来干扰作用或者 给定值发生变化后，应能够平稳、迅速、准确地回到给定 值上。
在衡量一个控制方案时，必须给出相应的性能指标。 控制性能指标是根据生产工艺过程的实际需要确定的，过
渡过程是衡量控制系统性能指标的依据，一般采用定值控 制系统阶跃响应过渡过程曲线来讨论控制系统的性能指标。
数据代入变换，得
Es (t,0) Es (t,30) Es (30,0) 14.195 0.173 14.368(mV )
再由附录可以查得l4.368mV对应的温度t为1400℃。
工业常用的热电偶有铂铑 10
铂热电偶，分度号为S；镍铬一镍硅热电偶，分度号为K；镍铬一康铜热电 偶，分度号为E，选用时根据要求而定。
(3)利用热阻效应测温，它利用导体或半导体的电阻随温 度变化的性质制成。
(4)利用热辐射原理测温，利用物体辐射能随温度变化而 变化的性质制成，属于非接触式温度计.
宋彤《过程控制工程》3 串级控制系统
串级控制系统方框图
主回路：定值控制 给定值为常数 R1(s) =count 副回路：随动控制 给定值是主控制器输出 R2(s)=u1(s) 如图中压力控制器的给定值是温度控制器输出 值，副参数跟随给定值(主控制器输出)变动而变动。
3.1.2 精馏塔塔釜温度串级控制动作分析
1）系统设定 方块图
Z1(s)
管式加热炉出口温度-炉膛温度 串级控制系统方框图
②串级控制系统一般方框图
系统控制图
TC
T1C T1T 原料 出口
TT PT
PC
T2C
T2T
燃料 原料
温度-压力串级控制
方框图
D2(s) R1(s) GCT(s) Z1(s) R2(s) GCP(s) GV(s) GTP(s) GTT(s) GPP(s) Y2(s) D1(s) GPT(s) Y1(s)
GPP(s)
内环（副回路）方框图 GTP(s)
R1(s)
e1(s)
GTC(s) z1(s) TTOUT
u1(s) TCOUT
GTT(s) 副回路
Y2(s) P
GPT(s)
Y1(s) [T]
温度-压力串级控制 主要干扰：加热蒸气压力
串级控制系统方框图 GTT(s)
外环（主回路）方框图
回路： 副回路：由副控制器、执行器、副对象构成的闭环系统 如图中的蒸汽压力控制回路 主回路：由主控制器、副回路、主对象构成的闭环系统 如例中的温度控制回路
Z1(s)
Z2(s)
设：反向干扰， f1 → T↓; f2 → P↑
动作过程
GC 2 ( ) GV ( ) GTP ( ) 副：P e 2 u2 q P T GC ( ) GTT ( ) 主：T e1 u1 e 2 q
过程控制 第二篇复杂控制
2）副回路是一个快速流量随动系统，能快速跟踪主调节器的输 出，精确地控制调节量（流量），从而保证控制品质。
过程控制
第二篇
复杂控制系统
§5-3 串级控制系统设计和实施中的几个问题
1. 副回路的设计
1）副调参数选择应使副回路的时 间常数小；
这样通道短，反应灵敏。 2）副回路应包含主要的扰动；
一般应把调节量扰动包含在内。
θr
PID1
PID2
θT2
θT1
减温器 过热器
过程控制
第二篇
复杂控制系统
2. 主、副回路工作频率的选择
R
Gc1(s)
Gc2(s)
1
Y2
1
Y1
e-1s
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(5.3s + 1)2
(10.3s +1)2
ω M( )
ωr
ω
1 3
1
2 ωr
副回路的工作频率应选择主回路工作频率的3~10倍
过程控制
第二篇
复杂控制系统
- Gc(s) Kv
D Gd (s)
+y Gp(s) +
反馈控制的缺点： 有偏差才控制 不能事先规定调节器的输出
D
Gff(s) Kv
Gd (s)
+y Gp(s) +
前馈控制器
设计控制器Gff(s)，使 Gff(s) Kv Gp(s)+ Gd (s)=0。
则扰动D的变化与输出Y无关。
过程控制
第二篇
复杂控制系统
Vs
B
燃料扰动：
给煤机（给粉机）转速变化 媒质变化
方案1：以给煤机（给粉机）转速为中间测点 方案2：以构造的热量测量信号为中间测点
过程控制
第二篇
复杂控制系统
§5-3 串级控制系统设计和实施中的几个问题
1. 副回路的设计
1）副调参数选择应使副回路的时 间常数小；
这样通道短，反应灵敏。 2）副回路应包含主要的扰动；
一般应把调节量扰动包含在内。
θr
PID1
PID2
θT2
θT1
减温器 过热器
过程控制
第二篇
复杂控制系统
2. 主、副回路工作频率的选择
R
Gc1(s)
Gc2(s)
1
Y2
1
Y1
e-1s
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(5.3s + 1)2
(10.3s +1)2
ω M( )
ωr
ω
1 3
1
2 ωr
副回路的工作频率应选择主回路工作频率的3~10倍
过程控制
第二篇
复杂控制系统
- Gc(s) Kv
D Gd (s)
+y Gp(s) +
反馈控制的缺点： 有偏差才控制 不能事先规定调节器的输出
D
Gff(s) Kv
Gd (s)
+y Gp(s) +
前馈控制器
设计控制器Gff(s)，使 Gff(s) Kv Gp(s)+ Gd (s)=0。
则扰动D的变化与输出Y无关。
过程控制
第二篇
复杂控制系统
Vs
B
燃料扰动：
给煤机（给粉机）转速变化 媒质变化
方案1：以给煤机（给粉机）转速为中间测点 方案2：以构造的热量测量信号为中间测点
过程控制原理与工程第2章
2.1 建立被控对象的数学模型
描述系统的输出量与输入量之间关系的微分方程是系 统最基本的数学模型。 建立微分方程的一般步骤是： 1) 确定输出量和输入量。 2) 从输入端开始，根据相应的物理规律，依次列写各 环节的方程式。 3) 将各方程式联立起来消去中间量，获得一个只含有 输出量和输入量的微分方程式。 图2-1 R、C串联电路过程控制原理与工程第2章 过 程控制系统的数学模型4) 将该方程式整理成标准形式。 即把与输出量有关的各项放在等式的左边，把与输入 量有关的各项放在等式的右边，各导数项按降幂排列。
图2-7 比例环节的功能框图和阶跃响应曲线
过程控制原理与工程
2.积分环节
(1)微分方程 (2)传递函数 (3)动态响应
过程控制原理与工程
2.积分环节
图2-8 积分环节的功能框图和阶跃响应曲线
过程控制原理与工程
3.理想微分环节
(1)微分方程 (2)传递函数 (3)动态响应
过程控制原理与工程
3.理想微分环节
2.结构图的等效变换规则
图2-17 分支点互换
(3)比较点的后移 需乘以所越过环节的传递函数，如图218所示。
过程控制原理与工程
2.结构图的等效变换规则
图2-18 比较点后移
(4)比较点的前移 需乘以所越过环节的传递函数的倒数， 如图2-19所示。
过程控制原理与工程
2.结构图的等效变换规则
图2-19 比较点前移
过程控制原理与工程
2.3.1 拉氏变换的概念
表2-1 常用函数拉氏变换对照表
过程控制原理与工程
2.3.1 拉氏变换的概念
表2-1 常用函数拉氏变换对照表
过程控制原理与工程
2.3.2 拉氏变换的运算定理
过程控制系统ppt课件
气动执行器：其作用是接受调节器送来的信号， 相应地去改变操纵变量以稳定被控变量。46.
自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。 自动控制系统由被控对象和能实现过程控制的自动化装 置组成
液位控制系统的工作过程
学习要点2：识读带控制点的工艺流程图
精馏塔控制方案常采用（温度）控制来保证产品的纯度。
z(t)
量
值
测量元件或变送器
自动化装置
工艺对象
自动控制系统组成：由被控对象和能实现过程控制的自动
化装置组成
控制系统的作用：自动控制装置是能克服（偏差） 使被控变量回到给定值的装置。
控制系统特点：（被控变量）是指对象内要求保持给定值的 物理量。
操纵变量是指受控制器操纵，用于克服干扰使被控变量 保持设定值的物理量和能量。
控制
1.（√ ）自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。
变送器、调节器、执行器的作用 2.自动控制系统组成，以下（由被控对象和能实现过程控制的自动化装置组成）项是正确的。
变送器：将非电压或者电流信号转换成标准的 4-20mA的电流信号。
调节器：是一种工业控制仪表, 用于温度,压力, 流量,液位等参数的控制,带有自整定PID算法， 具有RS485通讯功能。
过程控制系统稳定性
63.一个线性系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（ ）。
A.干扰作用的形式 B.干扰作用的强弱 C.系统本身的结构及参数 D.干扰作用的形式及强弱和系统本身的结构及参数
自动控制系统的分类（正负反馈）
开环控制系统
按照是否有反馈分类
闭环控制系统 按照设定值的不同分类
定随 程 值动 序 控控 控 制制 制 系系 系 统统 统
（d）非周期衰减过程
自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。 自动控制系统由被控对象和能实现过程控制的自动化装 置组成
液位控制系统的工作过程
学习要点2：识读带控制点的工艺流程图
精馏塔控制方案常采用（温度）控制来保证产品的纯度。
z(t)
量
值
测量元件或变送器
自动化装置
工艺对象
自动控制系统组成：由被控对象和能实现过程控制的自动
化装置组成
控制系统的作用：自动控制装置是能克服（偏差） 使被控变量回到给定值的装置。
控制系统特点：（被控变量）是指对象内要求保持给定值的 物理量。
操纵变量是指受控制器操纵，用于克服干扰使被控变量 保持设定值的物理量和能量。
控制
1.（√ ）自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。
变送器、调节器、执行器的作用 2.自动控制系统组成，以下（由被控对象和能实现过程控制的自动化装置组成）项是正确的。
变送器：将非电压或者电流信号转换成标准的 4-20mA的电流信号。
调节器：是一种工业控制仪表, 用于温度,压力, 流量,液位等参数的控制,带有自整定PID算法， 具有RS485通讯功能。
过程控制系统稳定性
63.一个线性系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（ ）。
A.干扰作用的形式 B.干扰作用的强弱 C.系统本身的结构及参数 D.干扰作用的形式及强弱和系统本身的结构及参数
自动控制系统的分类（正负反馈）
开环控制系统
按照是否有反馈分类
闭环控制系统 按照设定值的不同分类
定随 程 值动 序 控控 控 制制 制 系系 系 统统 统
（d）非周期衰减过程
《常用复杂控制系统》课件
总结词
非线性控制系统是指系统的输出与输 入之间存在非线性关系的控制系统。
详细描述
非线性控制系统的行为非常复杂，难 以用简单的数学模型描述。常见的非 线性控制系统有开关控制系统、非线 性比例控制器等。
鲁棒控制系统
总结词
鲁棒控制系统是一种对不确定性具有较强适应能力的控制系 统。
详细描述
鲁棒控制系统的设计目标是使系统在存在一定不确定性或扰 动的情况下仍能保持稳定和良好的性能。常见的鲁棒控制系 统有H∞控制、鲁棒状态反馈等。
网络化
随着物联网和通信技术的进步，复杂控制系统正 逐渐实现网络化，能够实现远程监控、数据共享 和协同控制等功能，提高系统的可靠性和可维护 性。
自适应性
复杂控制系统正朝着自适应性方向发展，能够根 据环境和任务的变化自动调整参数和性能，以实 现最优的控制效果。
面临的挑战
安全问题
随着复杂控制系统应用的广泛，安全问题日益突出。如何 保证系统的安全性和稳定性，防止黑客攻击和数据泄露， 已成为亟待解决的问题。
复杂控制系统的重要性
1 2
提高生产效率
通过实现自动化控制和优化，复杂控制系统可以 提高生产效率，降低能耗和减少生产成本。
保障安全
在某些高风险领域，如核电站、石油化工等，复 杂控制系统可以保障设备和人员的安全。
3
推动科技进步
复杂控制系统的研究和应用需要多学科知识的交 叉融合，有助于推动相关领域的科技进步。
协同控制问题
对于多个复杂控制系统组成的系统，如何实现它们之间的 协同控制，以保证整个系统的性能最优，是另一个重要的 挑战。
实时性问题
复杂控制系统的实时性要求很高，如何保证系统在各种情 况下都能够快速响应和稳定运行，是复杂控制系统面临的 重要挑战之一。
第2章-过程控制系统基本概念解析
智能建筑环境检测与控制技术
2.4.2 按给定信号的特点分类
（3）程序控制系统 程序控制系统的给定量按照已知的规律变化， 要求其输出量与给定量的变化规律相同，如数控 机床的程序控制系统、造纸中制浆蒸煮的温度控 制、程序控制电液伺服系统和周期性工作的加热 设备等。程序控制系统的设定值按照预先设定的 程序自动改变，系统按设定程序自动运行，直至 全部程序运行完为止。程序控制系统可以是开环 的，也可以是闭环的。
智能建筑环境检测与控制技术
2.2 过程控制系统的特点
连续型生产过程的基本特征是过程参数的变 化不仅受过程内部环境和条件的影响，也会受到 外界因素的影响，而且在很多情况下影响生产的 参数大多不止一个，其作用也各不相同，这些都 造成了过程控制系统的复杂性和多样性。因此， 过程控制系统与其他自动控制系统相比，除了具 有一般自动化技术所具有的共性之外，还具有其 自身的特点。
（1）反馈控制系统 在过程控制系统中，反馈控制系统是一种最 基本的控制结构形式。反馈控制系统依据被控参 数与设定值之间的偏差进行工作，系统运行的最 终目标是减小或消除偏差。锅炉液位控制系统就 是一个反馈控制系统。如果反馈信号不止一个， 就构成了多个闭合回路，也称多回路控制系统。
智能建筑环境检测与控制技术
智能建筑环境检测与控制技术
2.2 过程控制系统的特点
（5）过程控制多属慢过程参数控制 在过程控制系统中，通常用温度、流量、压 力、转速、液位、浓度等物理量来表征生产过程 的正常与否。由于被控过程大多具有大惯性、大 滞后等特点，使得多半过程控制具有慢过程控制 参数控制的特点。
智能建筑环境检测与控制技术
2.1 过程控制系统的发展概况
过程控制（process control）通常是指石油、 化工、电力、冶金、轻工、纺织、造纸、医药、 建材、核能等工业生产中连续的或按照一定周期 程序进行的生产过程的自动控制。
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1.引入中间辅助变量的串级控制系统 2.引入阀门定位器的串级控制系统
第二节 均匀控制系统
一、基本原理和结构
1.基本原理 2.均匀控制系统的实施方案 ★单回路控制系统结构 ★串级控制系统结构 ★双冲量均匀控制系统结构 ○被控变量的差作为被控变量 ○被控变量的和作为被控变量 3.均匀控制系统的特点和示例
由Gc1(s)和副回路、Gp1(s)和Gm1(s)组成的控制回路称为主回路，或主环。
串级控制系统中有关的传递函数如下：
Y1( s ) R1 ( s ) Gc1 ( s )Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )G p1 ( s ) 1 Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )Gm 2 ( s ) Gc1 ( s )Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )G p1 ( s )Gm1 ( s )
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理 2.基本结构 ● 单纯前馈控制系统 ● 前馈信号与反馈信号相乘的前馈-反馈控制系统 ● 前馈信号与反馈信号相加的前馈-反馈控制系统 3.性能分析
二、前馈控制系统设计和工程应用中的问题
1.扰动变量的选择 2.前馈控制规律的设计 3.前馈-反馈控制系统中流量副回路的引入 4.前馈控制通道中非线性环节的处理 5.前馈控制规律的实现和偏置值的设置 6.前馈控制系统的参数整定和投运 7.多变量前馈控制系统 8.比例滞后控制
二、控制器参数整定
1.控制器控制规律的选择 2.控制器参数整定 3.控制系统分析 ★控制系统分析 ★液位被控对象近似为积分环节 ★液位被控对象近似为一阶惯性环节
第三节 比值控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理 2.基本结构 3.性能分析
二、控制方案分析
1.相乘方案的实施 2.相除方案的实施
串级控制系统的框图
F2 GF2(S) R1 E1 YM1
U1=R2 E2
F1 GF1(s) GP1(s) Y1
GC1(s) YM2
GC2(s)
U2
Q GV(s) GP2(s)
Y2
GM2(s)
GM1(s)
串级控制系统的相关名词术语
主被控变量y1是要保持平稳控制的主要被控变量。 副被控变量y2是串级控制系统的辅助被控变量。
Y1 ( s) GF 2 ( s)GF 1 ( s) F2 ( s) 1 Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)Gm 2 ( s) Gc1 ( s)Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)G p1 ( s)Gm1 ( s)
Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s ) Y2 ( s ) G副 ( s ) R2 ( s ) 1 Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )Gm 2 ( s )
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计算公式
前馈与反馈控制的比较
前馈控制框图
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示例二
示例一
示例二
示例一
TC u1 < TY u2
LC
控制阀 正常： TC→控制阀
二、串级控制系统设计和工程应用中的问题
1.串级控制系统主、副被控变量的选择 2.串级控制系统主、副控制器控制规律的选择 3.串级控制系统主、副控制器正反作用的选择 4.串级控制系统的积分饱和及防止积分饱和的措施 5.串级控制系统中副环的非线性 6.串级控制系统中控制器的参数整定和系统投运
三、串级控制系统的变型
二、双重控制系统设计和工程应用中的问题
1.主、副操纵变量的选择 2.主、副控制器的选择 3.主、副控制器正反作用的选择 4.双重控制系统的关联 5.双重控制系统的投运和参数整定
第八节 基于模型计算的控制系统
一、根据模型计算测量值的控制系统
1.质量流量的控制 2.热量控制 3.内回流控制
二、根据模型计算设定值的控制系统
主控制器、副控制器的传递函数Gc1(s)、Gc2(s) 。
主被控对象、副被控对象传递函数Gp1(s)、Gp2(s) 。 主被控变量的检测变送环节Gm1(s)、副被控变量的检测变送环节Gm2(s) 。 主被控变量的测量值ym1、副被控变量的测量值ym2。 F1和F2分别是进入主、副被控对象的扰动。扰动通道传递函数分别为Gf1(s) 和Gf2(s)。 由Gc2(s)、 Gv(s)、Gp2(s)和Gm2(s)组成的控制回路称为副回路，或副环。
u1=kc1e1+u1/(Tis+1)
Tis/(Tis+1)u1=kc1e1
u1/e1=(Tis+1)/Tis PI作用 而LC：u2=kc2e2+u1/(Tis+1) 异常：e2反向时 u2=kc2e2+u1/(Tis+1)<u1 u2=kc2e2+u2/(Tis+1) 此时LC切上 u1<u2
具有PI作用
GF 1 ( s ) Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)Gm 2 ( s )GF 1 ( s ) Y1 ( s ) F1 ( s ) 1 Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)Gm 2 ( s) Gc1 ( s )Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )G p1 ( s )Gm1 ( s )
1.主动量和从动量的选择 2.比值控制系统类型的选择 3.比值函数环节的选择 4.检测变送环节的选择 5.其他问题 6.比值控制系统的参数整定和投运 公式汇总
三、比值控制系统设计和工程应用中的问题
四、比值控制系统的变型
1.快速跟踪 2.无限可调比的比值控制系统 3.均分控制系统
第四节 前馈控制系统
YM2
GM1(s)
串级控制框图
提高系统工作效率
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工作效率和其他参数的关系
串级控制框图
示例一
示例二
示例三
示例四
示例五
防积分饱和
串级控制框图
串级控制框图
方案二
方案一
与单回路液位控制的区别
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示例一 示例二
u1=kc1e1+u2/(Tis+1)>u2
满足同步要求
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1.具有压力补偿的温度控制 2.离心压缩机的防喘振控制系统 3.根据计算指标控制系统应用时的注意事项
三、非线性控制
1.补偿被控对象的非线性 ● 采用控制阀的非线性流量特性补偿 ● 采用非线性控制规律进行补偿 ● 采用串级控制系统 2.位式控制 3.满足一定控制要求而引入的非线性
第二章结束 谢谢！
控制系统框图
示例一
示例二
示例三
第六节 选择性控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理 2.基本结构和性能分析 ● 选择器位于两个控制器和一个执行器之间 ● 选择器位于几个检测变送环节与控制器之间 ● 利用选择器实现非线性控制规律
二、选择性控制系统与其他控制系统的结合
1.选择性控制系统与比值控制系统的结合 ● 具有逻辑规律的比值控制系统 ● 从动量供应不足时的比值控制系统 2.选择性控制系统与分程控制系统的结合 3.补充燃料的选择性控制系统
三、选择性控制系统设计和工程应用中的问题
1.选择器类型的选择 2.控制器的选择 3.防积分饱和 选择性控制实验 实验结果
第七节 双重控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理和结构 2.性能分析 ● 增加开环零点，改善控制品质，提高系统稳定性 ● 提高双重控制系统的工作频率 ● 动静结合，快慢结合，急则治标，缓则治本
串级控制系统传递函数
F2 GF2(S) R1 E1
U1=R2 E2
F1 GF1(s)
GC1(s) YM2
GC2(s)
U2
Q GV(s) GP2(s)
Y2
G(s)
GM1(s)
F2 GF2(S) R2 E2 GC2(s) U2 Q GV(s) GP2(s) Y2 GP1(s) F1 GF1(s) Y1
第二章 常用复杂控制系统
第一节 串级控制系统
一、基本原理、结构和性能分析 1.基本概念和系统结构
2.性能分析 ★能迅速克服进入副回路扰动的影响 ★改善主控制器Gc2的广义对象特性，提高工作频率 ★容许副回路内各环节特性在一定范围内变动不影响整个系统控制品质 ★能够更精确控制操纵变量的流量 ★可实现更灵活的操作方式
第五节 分程控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理 2.基本结构和性能分析
釜式反应器温度分程控制系统分析
二、分程控制系统设计和工程应用 中的问题
1.分程控制系统中控制阀的泄漏量 2.分程控制工作范围的选择和实现 3.分程点广义对象特性的突变 ● 分程控制用于适应不同控制要求 ● 分程控制用于扩大可调范围
第二节 均匀控制系统
一、基本原理和结构
1.基本原理 2.均匀控制系统的实施方案 ★单回路控制系统结构 ★串级控制系统结构 ★双冲量均匀控制系统结构 ○被控变量的差作为被控变量 ○被控变量的和作为被控变量 3.均匀控制系统的特点和示例
由Gc1(s)和副回路、Gp1(s)和Gm1(s)组成的控制回路称为主回路，或主环。
串级控制系统中有关的传递函数如下：
Y1( s ) R1 ( s ) Gc1 ( s )Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )G p1 ( s ) 1 Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )Gm 2 ( s ) Gc1 ( s )Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )G p1 ( s )Gm1 ( s )
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理 2.基本结构 ● 单纯前馈控制系统 ● 前馈信号与反馈信号相乘的前馈-反馈控制系统 ● 前馈信号与反馈信号相加的前馈-反馈控制系统 3.性能分析
二、前馈控制系统设计和工程应用中的问题
1.扰动变量的选择 2.前馈控制规律的设计 3.前馈-反馈控制系统中流量副回路的引入 4.前馈控制通道中非线性环节的处理 5.前馈控制规律的实现和偏置值的设置 6.前馈控制系统的参数整定和投运 7.多变量前馈控制系统 8.比例滞后控制
二、控制器参数整定
1.控制器控制规律的选择 2.控制器参数整定 3.控制系统分析 ★控制系统分析 ★液位被控对象近似为积分环节 ★液位被控对象近似为一阶惯性环节
第三节 比值控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理 2.基本结构 3.性能分析
二、控制方案分析
1.相乘方案的实施 2.相除方案的实施
串级控制系统的框图
F2 GF2(S) R1 E1 YM1
U1=R2 E2
F1 GF1(s) GP1(s) Y1
GC1(s) YM2
GC2(s)
U2
Q GV(s) GP2(s)
Y2
GM2(s)
GM1(s)
串级控制系统的相关名词术语
主被控变量y1是要保持平稳控制的主要被控变量。 副被控变量y2是串级控制系统的辅助被控变量。
Y1 ( s) GF 2 ( s)GF 1 ( s) F2 ( s) 1 Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)Gm 2 ( s) Gc1 ( s)Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)G p1 ( s)Gm1 ( s)
Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s ) Y2 ( s ) G副 ( s ) R2 ( s ) 1 Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )Gm 2 ( s )
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计算公式
前馈与反馈控制的比较
前馈控制框图
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示例二
示例一
示例二
示例一
TC u1 < TY u2
LC
控制阀 正常： TC→控制阀
二、串级控制系统设计和工程应用中的问题
1.串级控制系统主、副被控变量的选择 2.串级控制系统主、副控制器控制规律的选择 3.串级控制系统主、副控制器正反作用的选择 4.串级控制系统的积分饱和及防止积分饱和的措施 5.串级控制系统中副环的非线性 6.串级控制系统中控制器的参数整定和系统投运
三、串级控制系统的变型
二、双重控制系统设计和工程应用中的问题
1.主、副操纵变量的选择 2.主、副控制器的选择 3.主、副控制器正反作用的选择 4.双重控制系统的关联 5.双重控制系统的投运和参数整定
第八节 基于模型计算的控制系统
一、根据模型计算测量值的控制系统
1.质量流量的控制 2.热量控制 3.内回流控制
二、根据模型计算设定值的控制系统
主控制器、副控制器的传递函数Gc1(s)、Gc2(s) 。
主被控对象、副被控对象传递函数Gp1(s)、Gp2(s) 。 主被控变量的检测变送环节Gm1(s)、副被控变量的检测变送环节Gm2(s) 。 主被控变量的测量值ym1、副被控变量的测量值ym2。 F1和F2分别是进入主、副被控对象的扰动。扰动通道传递函数分别为Gf1(s) 和Gf2(s)。 由Gc2(s)、 Gv(s)、Gp2(s)和Gm2(s)组成的控制回路称为副回路，或副环。
u1=kc1e1+u1/(Tis+1)
Tis/(Tis+1)u1=kc1e1
u1/e1=(Tis+1)/Tis PI作用 而LC：u2=kc2e2+u1/(Tis+1) 异常：e2反向时 u2=kc2e2+u1/(Tis+1)<u1 u2=kc2e2+u2/(Tis+1) 此时LC切上 u1<u2
具有PI作用
GF 1 ( s ) Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)Gm 2 ( s )GF 1 ( s ) Y1 ( s ) F1 ( s ) 1 Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)Gm 2 ( s) Gc1 ( s )Gc 2 ( s )Gv ( s )G p 2 ( s )G p1 ( s )Gm1 ( s )
1.主动量和从动量的选择 2.比值控制系统类型的选择 3.比值函数环节的选择 4.检测变送环节的选择 5.其他问题 6.比值控制系统的参数整定和投运 公式汇总
三、比值控制系统设计和工程应用中的问题
四、比值控制系统的变型
1.快速跟踪 2.无限可调比的比值控制系统 3.均分控制系统
第四节 前馈控制系统
YM2
GM1(s)
串级控制框图
提高系统工作效率
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工作效率和其他参数的关系
串级控制框图
示例一
示例二
示例三
示例四
示例五
防积分饱和
串级控制框图
串级控制框图
方案二
方案一
与单回路液位控制的区别
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示例一 示例二
u1=kc1e1+u2/(Tis+1)>u2
满足同步要求
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1.具有压力补偿的温度控制 2.离心压缩机的防喘振控制系统 3.根据计算指标控制系统应用时的注意事项
三、非线性控制
1.补偿被控对象的非线性 ● 采用控制阀的非线性流量特性补偿 ● 采用非线性控制规律进行补偿 ● 采用串级控制系统 2.位式控制 3.满足一定控制要求而引入的非线性
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控制系统框图
示例一
示例二
示例三
第六节 选择性控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理 2.基本结构和性能分析 ● 选择器位于两个控制器和一个执行器之间 ● 选择器位于几个检测变送环节与控制器之间 ● 利用选择器实现非线性控制规律
二、选择性控制系统与其他控制系统的结合
1.选择性控制系统与比值控制系统的结合 ● 具有逻辑规律的比值控制系统 ● 从动量供应不足时的比值控制系统 2.选择性控制系统与分程控制系统的结合 3.补充燃料的选择性控制系统
三、选择性控制系统设计和工程应用中的问题
1.选择器类型的选择 2.控制器的选择 3.防积分饱和 选择性控制实验 实验结果
第七节 双重控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理和结构 2.性能分析 ● 增加开环零点，改善控制品质，提高系统稳定性 ● 提高双重控制系统的工作频率 ● 动静结合，快慢结合，急则治标，缓则治本
串级控制系统传递函数
F2 GF2(S) R1 E1
U1=R2 E2
F1 GF1(s)
GC1(s) YM2
GC2(s)
U2
Q GV(s) GP2(s)
Y2
G(s)
GM1(s)
F2 GF2(S) R2 E2 GC2(s) U2 Q GV(s) GP2(s) Y2 GP1(s) F1 GF1(s) Y1
第二章 常用复杂控制系统
第一节 串级控制系统
一、基本原理、结构和性能分析 1.基本概念和系统结构
2.性能分析 ★能迅速克服进入副回路扰动的影响 ★改善主控制器Gc2的广义对象特性，提高工作频率 ★容许副回路内各环节特性在一定范围内变动不影响整个系统控制品质 ★能够更精确控制操纵变量的流量 ★可实现更灵活的操作方式
第五节 分程控制系统
一、基本原理、结构和性能分析
1.基本原理 2.基本结构和性能分析
釜式反应器温度分程控制系统分析
二、分程控制系统设计和工程应用 中的问题
1.分程控制系统中控制阀的泄漏量 2.分程控制工作范围的选择和实现 3.分程点广义对象特性的突变 ● 分程控制用于适应不同控制要求 ● 分程控制用于扩大可调范围