复杂控制系统ppt课件.ppt

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1、第4章复杂控制系统在一般情况下简单控制系统（单回路控制系统）基本上能够满足生产控制要求。但针对一些特殊的情况：如系统干扰因素多、干扰剧烈，以及工艺上有特殊的要求时，采用简单的控制系统无论怎样进行参数调整也达不到生产控制要求时，则必须采用复杂的控制系统。所谓复杂控制系统就是在简单反馈控制回路中增加了计算环节、控制环节或其他环节的控制系统称为复杂控制系统。但从输入和输出变量的关系来看，其总体上仍是单一的。复杂控制系统主要有串级、均匀、比值、前馈、分程、选择性、双重等控制系统。本章主要说明各类控制系统：基本原理、系统结构、性能分析、以及它们的设计和应用等方面的问题。这些控制系统有的以结

2、构命名（如串级控制），有的以功能特征或原理命名（如比值控制），有的则两者结合在一起（如选择性比值控制）。4.1串级控制系统（附：双重控制）4.2前馈控制系统4.3其他复杂控制系统4.3.1比值控制系统4.3.2选择性控制系统4.3.3分程控制系统4.3.4均匀控制系统复杂控制系统4.1串级控制系统基本概念系统结构工作原理性能分析设计和应用投运与整定4.1.1基本概念串级控制系统（cascadecontrolsystem)是一种常用的复杂控制系统，它根据系统结构命名。它由两个或两个以上的控制器串联连接组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，这类控制系统称为串级控制系统。冷流F

3、1,T1i体载热体F2,T2iT10T204.1.2系统结构换热器的温度控制热交换器是一种传热设备，它可以将冷物料加热(或冷却)到预定的温度。图示为一个列管式换热器，其中载流体的热量首先传给套管的内壁，经管壁传导后再传给冷流体。传热过程中存在几个串联的热阻，故换热器是一个多容量对象，时间常数和滞后都比较大。根据工艺要求，需要控制的参数是冷流体被加热后的出口温度T1O，此温度要求保持在某一设定数值。列管式换热器影响出口温度T1O的扰动因素主要有：1-冷流体进口温度T1i和流量F12-载热体入口温度T2i和流量F2常见控制方案有下面两种：换热器温度控制方案一：控制载热体流量(b)方案二

4、：控制冷流体分流量冷流F1,T1i体载热体F2,T2iT1OT20TCF’1,T1F1T1OF2TC方案一的特点与不足特点：方案一是以载热体流量作为操纵量来控制换热器出口温度。当T1O偏离设定温度时，控制器发出相应的控制信息，改变阀门开度，控制载热体流量，从而使其满足工艺要求。由于这种方案结构简单，在工厂应用较多。不足：对于一个换热器来说，其传热面积是一定的，当载热体流量已足够大，热交换达到饱和状态时，再继续增大其流量来提高出口温度的效果就不大了。此外当换热器结构复杂，容量滞后和时间常数都比较大时，控制通道的反应不灵敏，不易获得好的控制质量。冷流F1,T1i体载热体F2,T2iT1

5、OT20TC方案二的特点与不足特点：方案二则是通过改变冷流体分流量的方法使冷流体出口温度T1O满足要求：在冷流体入口侧安装三通控制阀，一部分冷流体不经过换热器，直接流到换热器出口侧与被加热的一部分流体混合。当流体出口温度偏低(高)时，就可以减小(增大)旁路流量，增加(减少)流经换热器的流量F1。这个控制方案的特点是冷流体的混合过程起很大作用，滞后时间和时间常数都比前一种方案小得多，控制通道反应快。不足：然而这个方案中载热体一直处于最大流量（F2）状态，且要求传热面积有较大的裕量，以便冷流体能获得足够的热量，这样才能有效地克服扰动的影响。因此，当冷流体流量较小时，热能的利用率不高，不

6、太经济。F’1,T1F1T1OF2TCF1TCFCT10F2换热器温度串级控制系统为了使换热器的控制系统不管是载热体流量的干扰还是冷流体流量的干扰都能及时准确快速的作出响应，对上面的两种方案进行综合，在调节载热体流量控制冷流体出口温度的系统上，增加一个以载热体流量为被控量的控制回路与原来的温度单回路系统构成串级控制系统。此时把冷流体出口温度控制器TC的输出，作为载热体流量控制器FC的设定值。载热体流量F2用节流式流量计测量，其测量值输入FC控制器与设定值比较。根据偏差的大小和方向，控制器发出控制信号去操纵控制阀动作。这样，载热体的流量扰动因素可及时地被克服，能够较好地保证冷流体出口

7、温度的控制质量。F1TCFCT10F2换热器温度串级控制系统温度控制器流量控制器控制阀流量对象温度对象温度变送器流量变送器换热器串级控制系统方框图特点：两个闭环环路，内环和外环内环：副环，副控制器、副对象、副变送器（流量）——随动控制系统，给定值由主控制器输出给定，副控制器输出控制控制阀外环：主环，主控制器、主对象、主变送器（温度）——定值控制系统，给定值由工艺设定，主控制器输出作为副控制器的设定串级控制系统方框图换热器温度-流量串级控制系统主控（变）量指工艺控制指标