高性能过程控制(I)

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1、教书育人要义传道授业释疑；师生同心协力,共探过控真谛。熟悉仪表原理,统领系统设计；理论实践结合，思维创新第一。《过程控制与自动化仪表》西安理工大学潘永湘杨延西赵跃制作教学理念：第6章常用高性能过程控制系统本章要点1）了解串级控制系统的应用背景，熟悉串级控制系统的典型结构与特点；2）掌握串级控制系统的设计方法，熟悉串级控制系统的参数整定方法；3）了解前馈控制的原理及使用场合；4）掌握前馈补偿器的设计方法，熟悉前馈－反馈复合控制的特点及工业应用；5）了解大滞后被控过程的解决方案，掌握大滞后过程控制的设计方案。6.1串级控系统6.1.1串级控制系统的基本

2、概念一、什么是串级控制？它是怎样提出来的？其组成结构怎样?（图6－1;）工艺流程?控制要求?系统分析…问题：过渡过程时间长，调节不及时解决办法：串级控制(图6－3）图6－2串级控制系统的一般框图结构特点…6.1.2串级控制系统的控制效果1.能迅速克服二次干扰（图6－5）控制能力和抗干扰能力综合定义为：单回路系统(图6－7）及传递函数控制能力和抗干扰能力综合为：一般情况下有：结论：提高了控制质量2.能改善控制通道的动态特性，提高工作频率（1）等效时间常数减小，响应速度加快；(分析比较图6－5和图6－7）(2)提高了系统的工作频率串级系统的特征方程为：如式（6

3、－11）所示，则串级控制系统的工作频率为：对同一过程，采用单回路控制方案，用同样的分析方法，可得：若两种方案的阻尼系数相同，则有：结论：副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越高；同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。3能适应负荷和操作条件的剧烈变化副回路的等效放大系数为：2）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；3）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。综上所述，串级控制系统的主要特点有：1）对

4、进入副回路的干扰有很强的抑制能力；6.1.3串级控制系统的适用范围1.适用于容量滞后较大的过程：选容量滞后较小的辅助变量，减小时常，提高频率。（图6－8）2.适用于纯滞后较大的过程：（图6－9,）工艺要求：过滤前的压力稳定在250Pa;特点：距离长，纯滞后时间长。仿丝胶液压力与压力串级控制。3.适用于干扰变化剧烈、幅度大的过程：（图6－10）工艺要求：汽包液位控制，特点：快装锅炉容量小，蒸汽流量与水压变化频繁、激烈→三冲量液位串级控制。4.适用于参数互相关联的过程：（图6－11）同一种介质控制两种参数(图6－11)单回路控制：两套装置，不经济又无法工作；常

5、压塔塔顶出口温度和一线温度串级控制。5.适用于非线性过程特点：负荷或操作条件改变导致过程特性改变。若：单回路控制，需随时改变调节器整定参数以保证系统的衰减率不变；串级控制，则可自动调整调节器的整定参数。（图6－12）合成反应器温度串级控制：换热器呈非线性特性注意：串级控制虽然应用范围广，但必须根据具体情况，充分利用优点，才能收到预期的效果。a）：燃料油压力为主要干扰；b）：燃料油粘度、成分、热值、处理量为主要干扰6.1.4串级控制系统的设计问题：副参数如何选择？主、副回路的联系？调节器如何选择？正、反作用如何选择？1.副回路的设计与副参数的选择选择原则：（

6、1）副参数要物理可测、副对象的时间常数要小、纯滞后时间要尽可能短。如图6－3、图6－8等（2）副回路要尽可能多地包含变化频繁、幅度大的干扰，但也不能越多越好。如图6－13a)、b)所示。（3）主、副过程的时间常数要适当匹配.当串级控制与单回路控制的阻尼系数相等时，有假设为常量(图6－14）图示说明。。。；主、副被控过程时常不能太大也不能太小？频率的比值大于3，时常的比值在3～10范围内选择（4）应综合考虑控制质量和经济性要求(图6－15）a)冷剂液位为副参数，投资少，控制质量不高；b)冷剂蒸发压力为副参数，投资多，控制质量较高。选择应视具体情况而定。2主、

7、副调节器调节规律的选择主调：定值控制；副调：随动控制。主被控参数要无静差→PI,PID调节；副被控参数允许有静差→P,不引入PI；为保稳定，P选大时，可引入积分；不引入微分。3主、副调节器正、反作用方式的选择（开环放大系数为正）选择步骤：工艺要求→调节阀的气开、气关→副调节器的正、反作用→主、副过程的正、反作用→主调节器的正、反作用。示例(图6－8）燃油阀气开，副对象为正过程，副调为反作用调节器；主对象也为正过程，主调为反作用调节器主、副调节器正、反作用方式选择参见188页表6-16.1.5串级控制系统的参数整定整定原则：尽量加大副调节器的增益，提高副回路

8、的频率，使主、副回路的频率错开，以减少相互影响1.逐步逼近整定法1