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1、窗体顶端第1章工业过程控制原理 近年来，工艺装置的性能要求已变得越来越难以满足。更激烈的竞争，更加严格的环保和安全法规和瞬息万变的经济环境已经在收紧厂的产品质量标准的关键因素。更复杂的是，现代化的进程变得更加难以操作，因为更大，更高度集成的植物更小的浪涌能力之间的各种处理单元的趋势。这些植物给运营商很少有机会能防止翻倒从一台设备传输到其他互联单位。鉴于放置在安全的越来越重视。高效的工厂运营，这是很自然的主题，过程控制，在最近几年变得越来越重要。事实上，在没有过程控制中，就成了不能够操作最现代化过程安全，有益，同时满足植物的质量标准。举例说明作为一个引进的过程控制。考虑在图所示的连续搅拌槽加热器
2、。 1。 1。 1的进气口的液体流具有的质量流量w和温度T。搅拌罐内容，并提供问答瓦的电加热器加热。据推测，在入口和出口的流率是相同的，液体密度p保持恒定的，即是在温度变化足够小，可以忽略不计的温度依赖性的p。在这些条件下，液体在槽中的体积V保持恒定。搅拌罐的加热器的控制目标是保持的出口温度T在恒定的参考值TR。的基准值被称为对照术语作为设定点。接下来，我们考虑两个问题。问题1。多少热量必须被供给到搅拌槽加热器加热的液体从入口温度T，的出口温度TR？要确定所需的热量输入，为设计工况条件下，我们需要写一个稳态能量平衡的液体在槽中。在写这种平衡，它假定罐被完全混合，听到的损失是可以忽略不计。在这些
3、条件下有制作人：中国石油大学（华东）信控学院xueyue内的排名的内容是没有温度梯度，因此，出口温度是罐中的液体的温度相等。甲稳态能量平衡罐表明添加的热等于焓变化之间在入口和出口流：Q = WC（T-Ti）的（1）其中，Ti的Tw和Q表示体的Tw和Q的额定稳态设计值。和C是比热的液体。我们假设，C为常数。在设计条件下，T = TR（设定点）。这种替代式。 （1）给出的表达式或标称输入热量Q = WC（TR-T）（2）方程（2）是对听者的设计方程。如果我们的假设是正确的，如果在入口流率和入口温度等于其nomin81值，然后由方程给出的热输入。 （2）的出口温度保持在所需的值，TR。但是，如果条件
4、发生变化吗？这给我们带来了第二个问题：Quesrion2。假设入口温度Ti随时间的变化。我们怎样才能保证T保持在设定点附近TR吗？作为一个具体的例子。承担的Ti提高到一个新的值大于钛，如果Q是保持不变的人的名义Q值，我们知道，出口温度将增加，使T TR。 （cf.Eq.（1）。为了对付这种情况，也有一些可能的策略用于控制退出温度T。方法。测量T和调Q。的一种方式控制T，尽管这件T干扰。调Q根据T.直观地测量，如果T是太高，我们应该减少Q; T是太低了，我们应加大控制策略往往会问：这移动朝向的设定点（TR）和可以在许多不同的方式实施。例如，工厂操作员可以观察测得的温度，并比较测量值到TR。然后，
5、操作员会以适当的方式变化q。这将是一个手动控制的应用。但是，它可能会更方便，更经济，有这个简单的控制任务的电子设备，而不是一个人，那就是，利用自动控制自动执行。方法2。测量钛调整问：作为另一种合作方式l。我们可以测量变量T和相应的调Q。因此，如果Ti大于钛，我们将减少Q;为钛 Q.方法3。测量T调整W，而不是调整问：我们可以选择操作质量流量W。因此。如果T是太高，我们会增加w来降低相的质量流率的搅拌罐中的能量输入速率，从而降低出口温度。方法4。钛调整w在的类比方法3，如果这也是高的措施。 W应增加。方法5。测量的Ti和T。调整Q。此方法是方法1和2的组合。方法6。测量Ti和T，调整瓦特。这种方
6、法是一种方法3和4的组合。方法7。放置一个热交换器的入口流。的热交换器，是为了减少在T中的干扰，从而降低T中的变化，这种方法有时被称为“猪tieing”输入。制作人：中国石油大学（华东）信控学院xueyue方法8。使用较大的坦克。如果使用更大范围内的排名，T中的波动我们由于罐内容物的较大的热容，将趋向于被阻尼。不过量的增加油罐的工业厂房，由于资本成本增加较大的坦克将是一个昂贵的解决方案。注意，此方法是类似于大的热电容的浴作为散热片在化学实验室的水浴中的使用，从而提供了一个小规模的研究装置的等温环境。1.1.2控制策略的分类下一步，我们将上一节的8个控制策略进行分类，并讨论它们的相对优势和劣势。
7、方法1和3的反馈控制策略的例子。在反馈控制中，要被控制的过程变量的测量和测量另一个进程可以被操纵的变量，该变量是用来调整。因此，对于方法1，测量变量是T和操纵变量问：对于方法3，测量变量仍然是，但由操纵变量是现在w。需要注意的是在反馈控制干扰变量钛也没有测量。使负反馈和正反馈的负反馈是指理想情况下，由控制器采取的纠正措施，是指移动朝向设定点的控制变量之间的区别是很重要的。与此相反。当存在正反馈时，控制器往往会使事情变得更糟，迫使远离设定点的控制变量。因此，的搅拌罐加热器，如果T是过高的，我们将减少Q（负反馈），而不是增加Q（正反馈）。方法2和图4是前馈控制策略。这里的扰动变量T，被测量并用来操
8、纵任一Q（方法2）或w（方法4）。请注意，前馈控制中，控制变量T还没有测量。方法图5是一个前馈 - 反馈控制策略，因为它是一个相结合的方法1和2。同样，方法图6是一个前馈 - 反馈控制策略，因为它是一个相结合的方法3和4。方法7和第8包括设备的设计变化，因而没有真正的控制策略。请注意，方法图7是有点不合适的，因为它涉及的搅拌罐加热器，这本身就被设计为作为热交换器的功能添加一个热交换器的入口管线！总结于表1.1.1搅拌罐加热器的控制策略表1.1.1搅拌式加热器的温度控制策略方法测量变量可调节变量类别1QFB2钛QFF3瓦特FB4钛瓦特FF5钛和TQFF / FB6钛和T瓦特FF / FB7- -
9、 设计变更8- - 设计变更到目前为止，我们只考虑过程干扰的来源之一，钛波动我们也应该考虑是否有可能在其他过程变量的干扰，如环境温度，这会影响坦克的热损失。回想一下，热损失可以忽略不计早期。工艺设备的变化是另一个可能的来源制作人：中国石油大学（华东）信控学院xueyue干扰。例如，加热器的特性随着时间的推移，由于液体的缩放，可以改变。它是信息审查的影响上的前馈和反馈控制策略上面所讨论的，这些不同类型的干扰。首先，考虑前馈控制策略，方法2的骚乱T，计量和测量的结果用来调整的的操纵变量问：从理论的角度来看，这种控制方案是能够保持完全的控制变量T在设定点TR尽管干扰钛理想的情况下，如果准确的测量结果
10、T，是avail8ble的，如果在Q的调整以适当的方式，然后由加热器采取的纠正措施，取消了前T的扰动的影响影响。因此，在原则上，前馈控制是能够提供完善的控制，在这个意义上，将保持在设定点的控制变量。但是，如何将这种前馈控制策略执行，如果骚乱发生在其他过程变量？特别地，假定的流速w可以被保持恒定，但是，相反，随着时间的推移而变化。在这种情况下RW将被视为一个干扰变量。如果w的增加，然后将出口温度T将减少，除非加热器供给更多的热量。然而，在方法2的热输入的控制策略，Q被保持恒定，只要为T是恒定的。因此，没有采取纠正措施将，不可测量的气流扰动，原则上，我们可以处理这种情况，通过测量Ti和W，然后调Q
11、，以弥补这些干扰。然而，作为一个实际问题，它一般是不经济的尝试来测量的alt潜在干扰。这将是更实际的使用的组合进料正向反馈控制系统，由于反馈控制提供不可测量的干扰，如下面所讨论的纠正措施。因此，在工业应用中的前馈控制中，通常使用具有反馈控制组合使用。下一步，我们将考虑如何反馈控制策略的方法L执行中存在的干扰钛或W。如果方法1，没有任何的动作会出现，直到后的干扰破坏的过程。也就是说，直到后钛从TR不同。因此，通过其固有的性质，反馈控制是不能够完美的控制，因为之前采取纠正措施，控制变量mu.st的偏离设定点。然而，反馈控制的一个极其重要的优点是，采取纠正行动不管干扰源。因此，在方法升。将采取纠正措
12、施（调Q）的干扰后的Ti或不带T的偏离设定点。来历不明的处理不可测量的干扰的能力，是一个反馈控制器已广泛用于过程控制的重要原因。（选择【过程动态控制】D.Seborg T.Edgar JOHN WILEYSons.1989）撤消修改D 1 zhng gngy guchng kngzh yunl1 Ho jz zi guchng kngzh zhng chngsh hud yxi wnt zhqin, qng xin yud ximin de wnz 1. Zi zhge guchng gngchng de guchng sh znyng kngzh de? 2. Dinxng de guchn
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