中国石油大学过程控制课件05-复杂控制-前馈-比值-分程-选择控制系统

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1、上一讲内容回顾介绍了串级控制系统的概念与特点；结合控制原理，具体分析了串级系统的抗干扰性能；讨论了串级控制系统的设计原则；介绍了串级控制系统的防积分饱和；介绍了串级控制系统的投运。课堂提问1相比反馈控制，串级控制更有效抑制干扰，因此在控制方案选择时应首选串级控制？串级能够有效抑制副回路中的干扰，因此应选择能包含最多干扰的那个变量作为副变量？控制器的正反作用选择课堂提问2试分析串级控制为何能有效抑止二次扰动；试分析串级系统为何能克服副对象和调节阀的非线性。课堂提问3课堂提问41、如果加热蒸汽压力波动导致单回路控制效果不理想，怎么办？2、如果

2、工艺介质流量波动导致控制效果不理想，怎么办？前馈控制系统FeedforwardControl内容前馈控制的原理线性前馈控制的设计非线性前馈控制前馈反馈控制系统换热器的反馈控制假设主要干扰为RF，T1单回路控制的仿真采用串级控制？串级控制需要：单回路控制不能满足要求；可测量的副变量副变量需要满足：快速反应主要干扰的影响干扰对副、主变量的影响具有因果关系调节阀对副、主变量的影响具有因果关系NO!无法采用串级控制！换热器的前馈控制方案换热器的前馈控制方案干扰：进料温度，流量进料温度Ti↑（进流流量F↓）→出口温度T0↑ΔT0f设想：进料温度上升

3、的同时，关小蒸汽量→T0↓→ΔT0c若ΔT0f=ΔT0c，则T0不变前馈控制的思想D1，……，Dn为可测扰动；u，y分别为被控对象的操作变量与受控变量。前馈思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。线性前馈控制方块图开环不变性：输出值在扰动F(s)作用下不产生任何变化。前馈控制的特点开环控制，独立的前馈难以使用。根据干扰的大小控制，干扰必须可测。只对设计补偿的干扰起作用。调节规律由对象、干扰特性决定。前馈的应用场合：系统中存在可测、不可控、变化频繁、幅值大的干扰。前馈控制与反馈控制的比较前馈控制反馈

4、控制扰动可测，但不要求被控量可测被控量直接可测超前调节，可实现系统输出的不变性（但存在可实现问题）按偏差控制，存在偏差才能调节（滞后调节）开环调节，无稳定性问题闭环调节，存在稳定性问题系统仅能感受有限个可测扰动系统可感受所有影响输出的扰动对于干扰与控制通道的动态模型，要求已知而且准确对通道模型要求弱，大多数情况无需对象模型对时变与非线性对象的适应性弱对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强1、静态前馈控制例：换热器的静态方程：特点：只能保证稳定后，完全补偿，但存在动态误差1、静态前馈控制分析：无论是料液流量或是设定值Tor的增大，蒸汽流量都会

5、自动增大，因为它与两者的乘积成正比。①代表流量F增大所引起的温度T0的响应。②代表增大蒸汽量ω所引温度T0的响应。③出现了一段时间较小的偏差。这是由于扰动通道与调节通道之间对象动态特性不同所引起的动态偏差，这种偏差是静态前馈补偿所不能解决的，但最终仍然稳定在设定值上。1、静态前馈控制前馈作用太弱，蒸汽流量减少量不足以抵消料流量的变化。“欠补偿”。前馈作用过强，蒸汽流量变化超过料液流量变化所需要的蒸汽量。在Δω作用下，T0最终回到设定值，说明前馈补偿合适。（2）、若出口温度达不到设定值，只需调整K就以校正，直到残差被消除。2、动态前馈控制由

6、不变性原理：设控制通道的特性为：干扰通道的特性：∴前馈补偿装置的传递函数为：2、动态前馈控制由不变性原理：设控制通道的特性为：干扰通道的特性：∴前馈补偿装置的传递函数为：2、动态前馈控制前馈加反馈控制前馈加反馈控制将前馈与反馈结合起来，构成前馈-反馈控制系统。对于可测不可控的干扰，用前馈控制超前补偿；其余干扰，由反馈控制克服。前馈加反馈控制不变性原理：前馈＋反馈控制的仿真前馈加串级控制讨论引入前馈控制的可能应用场合：常规反馈控制系统难以满足要求；干扰可测。应用前馈控制的前提条件：主要干扰可测；调节阀与被测干扰之间没有因果关系；干扰通道的响

7、应速度比控制通道慢，至少应接近；干扰通道与控制通道的动态特性变化不大。比值控制RatioControl比值控制内容比值控制问题的由来；常用的比值控制方案与系统结构；流量比值与比值器参数的关系；变比值控制。溶液配制问题问题：假设NaoH用量QB和稀释水量QA可测并且QA可调。如果QB变化，如何调整以使稀释液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（流量比值？）。流量比值控制问题要求：QA/QB=KAB（比值系数）而QB为主动流量，QA为可控量，要求设计一控制系统通过调节QA以实现上述比值控制目标。

8、比值控制的概念比值控制系统：实现两个或多个参数符合一定比例关系的调节系统。主动量QB：处于主导地位的物料（主流量/主物料）。从动量QA：按主动量进行配比，随主动量进行变化的物料（副流量）。控制