按某些特定要求而开发的控制系统

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1、第三章 按某些特定要求而开 发的控制系统,陈兆娜 信息与控制工程学院自动化系,过程控制工程,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,2,本章内容,比值控制系统 均匀控制系统 分程控制系统 选择性控制系统 按计算指标控制 阀位控制系统,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,3,3.1 比值控制系统,本节要点 3.1.1 比值控制概述 3.1.2 常见的比值控制方案 3.1.3 比值控制系统的实施 3.1.4 比值控制系统的设计、投运及整定 3.1.5 比值控制系统中若干问题的讨论,2018/9/20,Copyright by Zhao

2、na Chen,4,3.1.1比值控制概述,比值控制问题的由来,问题：当NaoH用量QB变化时，调整稀释水量QA 以使稀释液NaoH的浓度为6-8%左右。 解决方案： （1）出口浓度控制； （2）入口流量的比值控制,溶液配制问题,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,5,3.1.1比值控制概述,比值控制的定义,定义实现使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,油品调合,废水处理,注意：比值系统定义是按控制目的要求而定义的,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,6,3.1.1比值控制概述,主流量：起主导作用的流

3、量，用G1表示； 副流量：跟随主流量而变化的流量，用G2表示。,比值控制系统就是要实现副流量与主流量成一定的比值关系，即,式中，K为副流量与主流量的流量比值。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,7,3.1.1比值控制概述,一般的比值控制问题,要求： （比值系数）而G1为主动流量，G2为可控量，要求设计一控制系统通过调节G2 以实现上述比值控制目标。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,8,3.1.2比值控制方案,开环比值控制,认为阀的开度(输入)与流量是对应关系, 认为是线性关系 。,特点：结构简单，仪表少 缺点：开环控制，

4、比值不准确,应用：NaOH浓度稳定 H2O压力稳定 总量不限,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,9,3.1.2比值控制方案,单闭环比值控制,引入原因：单闭环控制系统主要解决从动量压力波 动造成的比例失调。 (2)单闭环比值控制：G1流量 测量乘以系数K做为G2流量的给定值。即 I1KI2 优点：比值精确。缺点：G1+G2总量随G1变。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,10,3.1.2比值控制方案,双闭环比值控制,引入原因：克服主动量波动。两个流量都是闭环，G1是定值控制，同时把测量信号I1乘以K做为第二个流量G2的给定值

5、，I1=KI2 优点： 比值准确，总量一定 提、降负荷容易 缺点： 投资大,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,11,3.1.2比值控制方案,三种比值控制方案的共同特点是： 它们都以保持两物料流量比值一定为目的 比值计算器的参数经计算设置好后不在变动 工艺要求的实际流量比值K也就固定不变,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,12,3.1.2比值控制方案,变比值控制例： 氧化率与 比值影响最大对RC调节器，测量值为 两流量的比值，所以称为比值控制 器，同时其给定值是T的输出, 输 出是变化的，所以又称变比值控制,控制过程是T变化

6、改变的比值来控制氧化炉温度。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,13,3.1.2比值控制方案,变比值控制,G1,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,14,3.1.3比值控制的实施,1. 相乘方案表示乘法实现系统为乘法器：改变pc值的大小，即改变比值系数。（1）比值系数 的确定：要求采 用比值器 。比值器输出运算关系：,k,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,15,3.1.3比值控制的实施,1. 相乘方案,与 与流量的关系有两种：, 差压测量不开方,2018/9/20,Copyright by

7、 Zhaona Chen,16,1. 相乘方案,差压变送器输出信号,比值器的设定系数, 流量比。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,17,1. 相乘方案, 差压测量加开方,此时，,=,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,18,2. 相除方案,对 RC 控制器，测量值为比值，信号比。,除法器输出：,=,=,有开方器：,无开方器：,=,=, 稳定性下降，注意负荷变化对稳定性影响。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,19,3.1.4比值控制的设计、投运及整定,1、 主、从动量的确定其原则是在生产

8、过程中起主导作用、可测而不可控、且较昂贵的物料流量一般为主动量。 2、控制方案的选择根据不同的工艺情况、负荷变化、扰动性质、控制要求等进行合理选择。 3、控制器控制规律的确定由不同控制方案和控制要求而确定。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,20,3.1.4比值控制的设计、投运及整定,1、比值控制系统的投运（1） 投运前的准备工作充分了解控制意图仪表的接线、校验设置好初始参数（2） 投运 原则： 无扰动切换步骤: 1、手动操作调节器的输出值,使测量值等于给定值；2、手动切到自动,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,21,3.

9、1.4比值控制的设计、投运及整定,2、比值控制系统的整定变比值控制系统因结构上是串级控制系统，因此主控制器按串级控制系统整定。双闭环比值控制系统的主流量回路可按单回路定值控制系统整定。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,22,3.1.5比值控制若干问题讨论,关于开方器的使用 不加开方器：测量环节的放大倍数：因为 为常数， 所以，非线性稳定性下降，动态难跟踪。 加开方器：测量环节的放大倍数： 线性不随负荷变化，稳定性不变。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,23,2. 动态跟踪,动态跟踪即在变化过程中保证 两流量的比值关系。

10、如图所示在比 值控制系统中人为加入一个动态补 偿环节GZ(s)。 主流量对副流量的传递函数为因为要求副流量跟随主流量变化， 在同步情况下无相位差，为此,动态补偿,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,24,2. 动态跟踪,因为 (设流量与流量信号为线性关系)所以补偿式为,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,25,3. 逻辑提量问题,1、保持比值有个先后的问题，蒸汽压力是控制目标，燃料是调节量，锅炉燃烧系统，要求比值一定。 2、同时要求：增加 时，先增加 量，降 时， 先降 ，后降,2018/9/20,Copyright by Z

11、haona Chen,26,3.2 均匀控制系统,本节要点3.2.1 均匀控制的概念与特点3.2.2 常见的均匀控制系统3.2.3 均匀控制系统的应用场合3.2.4 均匀控制系统参数整定,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,27,3.2.1 均匀控制的概念与特点,1、 例：脱乙烷塔脱丙烷塔前者要求液面稳定，后者要求进料稳定。塔的平稳：希望进料和塔 底液位尽量波动小,1# 液位定值控制,2# 进料流量定值控制,两个方案不能同时存在,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,28,3.2.1 均匀控制的概念与特点,2、 解决办法：均匀控

12、制矛盾的折中，使二参数都缓慢的变化。（1）均匀要求：二参数在一定的范围内缓慢变化。（2）均匀的概念：受控变量和操纵变量都在允许范围内缓慢波动。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,29,3.2.1 均匀控制的概念与特点,3、均匀控制系统的特点(1) 不同于常规的定值控制系统，而对被控变量 (CV)与控制变量(MV)都有平稳的要求；(2) 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。(3) 均匀控制指的是控制目的，而不是控制结构。,2018/9/20,Cop

13、yright by Zhaona Chen,30,3.2.2 均匀控制方案,1、 简单均匀控制,结构同液位定值控制，但在此处控制目的不同：均匀控制,如何实现均匀？ 在控制规律和参数整定上实现。 采用P规律，大的(大于100%)， 有时采用PI (大, Ti大)，,缺点：对于 ，有较大变化时不适用。对于自衡作用强的对象也不适用。,P2,P1,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,31,3.2.2 均匀控制方案,2、串级均匀控制,如图方案 控制目的与串级不同。 要求液位和流量都波动小。,对于液位可用P规律，控制器整定的要弱(大),对于流量可用PI规律，比例度要大(4

14、0%100%)，积分时间要小(0.11min),2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,32,3.2.2 均匀控制方案-双冲量均匀控制,以PL和PF作为测量，形式上同 单回路，但有二个测量，故命名为双冲量，实质是串级结构。从流程图上看,=常数,G用PI作用,即,当 一定，则 也一定，可克服 等对G的影响。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,33,3.2.2 均匀控制方案,3、双冲量均匀控制当 变化时，例 增大，则 也增大，保持 一定，达到均匀控制。,相当于串级控制，主调节器P作用，=100%。,实施：用电动仪表，利用多输入通道也

15、可代替加法器。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,34,3.2.3 均匀控制参数工程整定,1、纯比例控制时先将比例度放置在估计不会引起液位超越的数值，例如比例度=100%左右；观察记录曲线，若液位的最大波动小于允许范围，则可增加值，其结果必然是液 位“质量”降低，而使流量更为平稳；当发现液位的最大波动可能回超过允许 范围时，则应减小值；这样反复调整值，直到液位最大波动接近允许范围为止。,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,35,3.2.3 均匀控制参数工程整定,2、比例积分控制时按纯比例控制进行整定，得到液位最大波动接近允许范围时的值；适当增加值后，加积分作用。逐渐减少积分时 间，使液位在每次扰动过后，都有回复到设定值的趋势；减小积分时间，直到流量记录曲线将要出现缓慢的周期性衰减振荡过程为止,2018/9/20,Copyright by Zhaona Chen,36,3.3 分程控制系统,本节要点3.3.1 分程控制的概念与特点3.3.2 为什么要分程3.2.3 分程控制方案3.2.4 分程控制实现,2018/9/20,