《过程装备控制基础》PPT课件.ppt

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1、第二章过程装备控制基础2过程装备控制基础8/27/202112.3复杂控制系统复杂控制系统分类（按开发目的不同）①为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统开发这类系统的目的，主要是企图获得比单回路PID控制更优越的过渡过程质量，如串级控制系统、前馈控制系统等。②按某些特殊目的而开发的控制系统这是为满足不同的化工生产工艺、操作方式、乃至特殊的控制性能指标而开发的控制系统，如比值控制系统、分程控制系统等。8/27/202122.3.1串级控制系统（1）串级控制的基本原理被加热油料的流量和温度的扰动D1；

2、燃料油压力的波动、热值的变化D2；喷油用的过热蒸汽压力的波动D3；配风、炉膛漏风和大气温度方面的扰动D4等。被控变量：油料出口温度T；操纵变量：燃料油流量。8/27/202132.3复杂控制系统（串级控制系统）（1）串级控制的基本原理为了保持被加热油料出口温度稳定，可以根据炉膛温度的变化，先调节燃油量，然后再根据被加热油料出口温度与给定值之间的偏差，进一步调节燃料油量，以保持出口温度稳定，这样就构成了出口温度调节器与炉膛温度调节器串联起来的串级控制系统，如左图所示。8/27/202142.3复杂控制系统

3、（串级控制系统）被控对象包括炉膛、管壁和油料等三个热容积。8/27/202152.3复杂控制系统（串级控制系统）连续槽反应器温度控制系统三个热容积：夹套、槽壁、反应槽。8/27/202162.3复杂控制系统（串级控制系统）从冷却水调节阀动作到反应温度T改变，需要相继通过夹套、槽壁、反应槽等三个热容积，因此反应很缓慢。8/27/202172.3复杂控制系统（串级控制系统）8/27/202182.3复杂控制系统（串级控制系统）通用的串级控制系统方框图8/27/202192.3复杂控制系统（串级控制系统）串级

4、控制系统中常用的名词和术语主变量：被控变量；副变量：引出的中间变量；副对象：副变量与操纵变量之间的通道特性；主对象：主变量与副变量之间的通道特性；副控制器：接受副变量的偏差，其输出去操纵阀门；主控制器：接受主变量的偏差，其输出去改变副控制器的设定值；副回路：粗调回路；主回路：细调回路，若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出的等效环节，则串联控制系统转化为一个单回路，称这个单回路为主回路。8/27/2021102.3复杂控制系统（串级控制系统）通用的串级控制系统方框图8/27/20

5、21112.3复杂控制系统（串级控制系统）串级控制系统的主要特点和应用场合①能迅速克服进入副回路的干扰；②能改善被控对象的特性，提高系统克服干扰的能力；③主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度。适用对象：凡是可以利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合，都可以采用串级控制系统，特别是在被控对象的容量滞后大、干扰强、要求高的场合，采用串级控制可以获得明显的效果。8/27/2021122.3.2前馈控制系统反馈控制的特点：优点：不论什么干扰引起被控变量变化，均可根据偏差进行调节；缺点：对象总存

6、在滞后惯性，从扰动作用出现到形成偏差需要时间。当偏差产生后反馈环路产生调节作用又需要一些时间。因此反馈控制根本无法将扰动克服在被控变量偏离给定值之前，调节作用总不及时。由于反馈控制构成一闭环系统，信号的传递要经过闭环中的所有储能元件，因而包含着内在的不稳定因素。8/27/2021132.3复杂控制系统（前馈控制系统）（1）前馈控制的基本原理前馈控制的概念：前馈控制又称扰动补偿，是通过测量进入过程的干扰，并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上。8/27/2021142.3复杂

7、控制系统（前馈控制系统）8/27/2021152.3复杂控制系统（前馈控制系统）前馈控制计算公式扰动通道传递函数控制通道传递函数前馈补偿器传递函数实现完全补偿时，则必须，同时，得8/27/2021162.3复杂控制系统（前馈控制系统）（2）前馈控制的主要形式①静态前馈控制利用物料或能量平衡，可以获得完善的静态前馈算式。例如，图2-41的热交换过程，其热平衡过程表达式为：物料比热容物料入口温度蒸汽流量蒸汽汽化热8/27/2021172.3复杂控制系统（前馈控制系统）由上式解得：用物料出口温度的设定值代替上

8、式中的8/27/2021182.3复杂控制系统（前馈控制系统）前馈控制器在测出扰动量以后，按过程中的某种物质或能量平衡条件计算出校正值，这种校正作用只能保证在稳态下补偿扰动作用，一般称为静态前馈。8/27/2021192.3复杂控制系统（前馈控制系统）②前馈-反馈控制系统前馈控制系统存在偏差：Ⅰ实际的工业对象会存在多个扰动，若均设置前馈通道，势必增加控制系统投资费用和维护工作量。Ⅱ受前馈控制模型精度限制，模型的误差将导致非完全补偿，使被控变