复杂控制系统.ppt

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1、复杂控制系统简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式，是一种单输入、单输出的单回路控制系统，在工厂中约占全部自动控制系统的80％左右。对于被控对象比较特殊，被控量不止一个，生产工艺对控制品质的要求比较高或者被控对象特性并不复杂，但控制要求却比较特殊，对于这些情况简单回路控制系统就无能为力了。为此，需要在单回路控制系统基础上，采取一些措施组成复杂控制系统。在复杂控制系统中可能有几个过程测量值、几个PID控制器以及不止一个执行机构；或者尽管主控制回路中被控量、PID控制器和执行机构各有一个，但还有其他的过程测量值、运算器或补偿器构成辅

2、助控制系统，这样主、辅控制回路协同完成复杂控制功能。复杂控制系统中有几个闭环回路，因而也称多回路控制系统。复杂控制系统种类繁多，根据系统的结构和所担负的任务来说，常见的复杂控制系统有：串级、均匀、比值、分程、前馈、取代、解藕等控制系统。在PTA二期项目中，大量使用了串级、比值、分程控制，下面详细讲述这三种复杂控制系统。一、串级控制系统当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，可考虑采用串级控制系统。串级控制系统由两个被控参数构成，由两个PID控制器串联而成。控制原理图如下所示：主变量：使它保持稳定是控制的主要目标。副变量：它是被控制过程中引出的中间变量。副对

3、象：它反映了副变量与操纵变量的通道特性。主对象：它反映了主变量与副变量关系的通道特性。主控制器：接受的是主变量的偏差，其输出是去改变副控制器的设定值。副控制器：接受的是副变量的偏差，其输出是操纵阀门。副回路：处于串级控制系统内部的，由副变量测量变送、副控制器、控制阀、副对象组成的回路。主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出为输入，以副变量为输出的等效环，则串级系统转化成一个单回路，这个单回路为主回路。由方块图可以看出：主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出作用于执行器（如阀门），实施控制功能。两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自

4、己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控制过程。在串级控制系统中有内、外两个闭环回路，其中副控制器执行器和副对象形成的内闭环称为副环或副回路；主控制器和主对象形成的外闭环称为主环或主回路。串级控制系统中副环是典型的单回路PID控制系统，如果把副环看作一个广义的对象，那目主环也是典型的单回路PID控制系统，也就是说，串级控制系统包环两个单回路PID控制系统。副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。因此、在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，

5、大大提高了控制质量。串级控制的主要优点是：1、由于副回路的快速作用，发生于副回路的干扰，在影响主变量之前可由副控制器予以校正。2、副对象的相位滞后，由于构成副回路而显得减小，从而改善了主回路的响应速度。这对克服进入主、副回路的干扰是有利的。3、串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性。4、副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流进行精确的控制。二、比值控制系统在连续生产过程中，工艺上常需要将两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，如果比例一旦失调、将影响生产或造成事故。实现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，通常为

6、流量比值控制系统。在需要保持比值关系的两种物料中，必有一种物料处于主导地位，这种物料称之为主物料，表征这种物料的参数称之为主动量，由于在生产过程控制中主要是流量比值控制系统，所以主动量也称为主流量，用Q1表示。；而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料，表征其特性的参数称为从动量或副流量，用Q2表示。比值控制系统就是要实现副流量Q2与主流量Q1成一定比值关系，满足如下关系式：K=Q2/Q1式中K为副流量与主流量的流量比值。1.单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统仅对副流量进行闭环控制，副流量PID控制器F2C的给定值等于主物

7、料流量乘以比值系数K。控制原理图如下：在稳定情况下，主、副流量满足工艺要求的比值，Q2／Q1＝K。当主流量Q1变化时，经变送器送至主控制器F1C(或其他计算装置)。F1C按预先设置好的比值使输出成比例地变化，也就是成比例地改变副流量控制器F2C的给定值，此时副流量闭环系统为一个随动控制系统，从而Q2跟随Q1变化，使得在新的工况下，流量比值K保持不变。单闭环比值控制系统的主流量Q1相似于串级控制系统中的主变量，但主流量并没有构成闭环系统，Q2的变化并不影响到Q1。尽管它亦有两个控制器。但只有一个闭合回路．这就是两者的根本区别。单闭环比值控制系统的优点是它不但

8、能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且还可以克服副流量本身干扰对