1、-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)過程控制過程控制-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)單回路系統(tǒng)：單回路系統(tǒng)：一個被控過程一個被控過程，采用，采用一個測量變送器一個測量變送器檢測被控檢測被控過程，采用過程，采用一個控制器一個控制器保持保持一個被控參數(shù)一個被控參數(shù)恒定，恒定，或在小范圍內(nèi)變化，其輸出也只控制或在小范圍內(nèi)變化，其輸出也只控制一個執(zhí)行一個執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。著眼點：著眼點：運用運用PIDPID控制，著眼于控制，著眼于一個物理量一個物理量的穩(wěn)定工作，的穩(wěn)定工作，控制方塊圖也是由控制方塊圖也是由一個閉環(huán)一個閉環(huán)完成的。完成

2、的。偏差偏差被控變量被控變量控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象測量變送環(huán)節(jié)測量變送環(huán)節(jié)干擾干擾設(shè)定值設(shè)定值-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) 適用于被控對象的純滯后時間短、容量滯后小、適用于被控對象的純滯后時間短、容量滯后小、負荷變化比較平緩的簡單的單輸出生產(chǎn)過程。負荷變化比較平緩的簡單的單輸出生產(chǎn)過程。問問題題的的提提出出對象的特性并不復(fù)雜，但工藝對控制質(zhì)量的要求很高或很對象的特性并不復(fù)雜，但工藝對控制質(zhì)量的要求很高或很特殊特殊 對產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、對生產(chǎn)效率等提出更高的要求。對產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、對生產(chǎn)效率等提出更高的要求。用用復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)解決上述

3、問題解決上述問題單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)不能解決不能解決的問題：的問題： 調(diào)節(jié)對象特性決定它很難控制（滯后常數(shù)大或擾動很大）調(diào)節(jié)對象特性決定它很難控制（滯后常數(shù)大或擾動很大） 多輸出控制系統(tǒng)多輸出控制系統(tǒng)-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)模糊控制、預(yù)測控模糊控制、預(yù)測控制、推理控制、自制、推理控制、自適應(yīng)控制、人工神適應(yīng)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等系統(tǒng)由兩個以上的回系統(tǒng)由兩個以上的回路構(gòu)成，用一個以上路構(gòu)成，用一個以上的測量變送器，或調(diào)的測量變送器，或調(diào)節(jié)器或執(zhí)行器節(jié)器或執(zhí)行器復(fù)雜控制系統(tǒng)概念 當(dāng)采用單回路系統(tǒng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求時采用或在當(dāng)采用單回路系

4、統(tǒng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求時采用或在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，或在，或在控制算法上復(fù)雜控制算法上復(fù)雜的控制系統(tǒng)，以的控制系統(tǒng)，以便完成復(fù)雜的或是特殊的控制任務(wù)。便完成復(fù)雜的或是特殊的控制任務(wù)。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)9種控制系統(tǒng)本章主要內(nèi)容串級控制系統(tǒng)（系統(tǒng)的基本概念、串級控制系統(tǒng)（系統(tǒng)的基本概念、 特點、系統(tǒng)的設(shè)計、系特點、系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)的應(yīng)用場合及應(yīng)用中的問題）統(tǒng)的應(yīng)用場合及應(yīng)用中的問題）比值控制系統(tǒng)（系統(tǒng)的基本概念、常用的比值控制方案及比值控制系統(tǒng)（系統(tǒng)的基本概念、常用的比值控制方案及系統(tǒng)的設(shè)計）系統(tǒng)的設(shè)計）前饋控制系統(tǒng)（前饋控制系統(tǒng)的基本概念

5、、系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式及前饋控制系統(tǒng)（前饋控制系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式及系統(tǒng)的應(yīng)用場合）系統(tǒng)的應(yīng)用場合）均勻控制系統(tǒng)（系統(tǒng)的概念、控制方案）均勻控制系統(tǒng)（系統(tǒng)的概念、控制方案）分程控制系統(tǒng)（系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)的應(yīng)用中的幾個問題）分程控制系統(tǒng)（系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)的應(yīng)用中的幾個問題）選擇性控制系統(tǒng)（基本概念、系統(tǒng)的應(yīng)用、積分飽和及其防止）選擇性控制系統(tǒng)（基本概念、系統(tǒng)的應(yīng)用、積分飽和及其防止）-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)的基本概念、 特點、特點、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)的應(yīng)用場合及應(yīng)用中的問題的應(yīng)用場合及應(yīng)用中

6、的問題系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)的基本概念、方案方案及應(yīng)用場合及應(yīng)用場合串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)補償控制系統(tǒng)補償控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)一一. .串級控制系統(tǒng)的組成串級控制系統(tǒng)的組成二二. .串級控制系統(tǒng)的工作過程串級控制系統(tǒng)的工作過程三三. .串級控制系統(tǒng)的特點串級控制系統(tǒng)的特點四四. .串級控制系統(tǒng)的工業(yè)串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用應(yīng)用五五. .串級控制系統(tǒng)的設(shè)計串級控制系統(tǒng)的設(shè)計六六. .串級

7、控制系統(tǒng)的參數(shù)整定串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)串級控制思想的提出串級控制思想的提出以以加熱爐加熱爐控制為例控制為例工藝要求被加熱工藝要求被加熱物料的溫度物料的溫度為某一定值為某一定值目的：目的：可延長爐子壽命可延長爐子壽命，防止?fàn)t管燒壞防止?fàn)t管燒壞；可保證后面精可保證后面精餾餾分分離的質(zhì)量。離的質(zhì)量。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)（1 1）被加熱物料的流量和初溫）被加熱物料的流量和初溫f f1 1(t)(t)（3 3）煙囪檔板位置的改變、抽力的變化煙囪檔板位置的改變、抽力的變化f f3 3(t)(t)（

8、2 2）燃料熱值的變化、壓力的波動、流量的變化燃料熱值的變化、壓力的波動、流量的變化f f2 2(t)(t)加熱爐的干擾因素：加熱爐的干擾因素：-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)單回路系統(tǒng)（單回路系統(tǒng)（控制爐出口溫度控制爐出口溫度） 優(yōu)點優(yōu)點 ：所有對被控所有對被控參數(shù)的干擾都包括在參數(shù)的干擾都包括在控制回路之中?？刂苹芈分小?缺點缺點 ：控制通道時間?？刂仆ǖ罆r間常數(shù)和容量數(shù)和容量 滯后較大，控滯后較大，控制作用不及時，克服擾動制作用不及時，克服擾動能力較差。能力較差。冷物料冷物料燃料燃料熱物料

9、熱物料加熱爐加熱爐T1CT1Tr r1 1-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)燃料燃料冷物料冷物料加熱爐加熱爐熱物料熱物料單回路系統(tǒng)（單回路系統(tǒng)（控制爐膛溫度控制爐膛溫度） 優(yōu)點：優(yōu)點：能及時而有效地克服來能及時而有效地克服來自燃料油壓力和煙囪抽自燃料油壓力和煙囪抽力方面的干擾。力方面的干擾。缺點：缺點：放棄爐出口溫度控制將放棄爐出口溫度控制將無法克服來自原料流量無法克服來自原料流量和溫度和溫度f f1 1(t)(t)方面的干擾方面的干擾T2CT2Tr r2 2 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)串級串級控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)串級控制方案串級

10、控制方案：選取爐出口溫度為選取爐出口溫度為主被控參數(shù)主被控參數(shù)，選取爐膛溫度，選取爐膛溫度為為副被控參數(shù)副被控參數(shù)，把，把爐出口溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為爐膛溫度爐出口溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為爐膛溫度調(diào)節(jié)器的給定值調(diào)節(jié)器的給定值?？刂瓶驁D如下圖?？刂瓶驁D如下圖。T1CT1T燃料燃料冷物料冷物料熱物料熱物料加熱爐加熱爐T2CT2Tr r-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)串級系統(tǒng)框圖 特征：兩臺控制器串聯(lián)在一起，控制一個調(diào)節(jié)閥特征：兩臺控制器串聯(lián)在一起，控制一個調(diào)節(jié)閥-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) 在多回路控制系統(tǒng)中，采用不止一個控制器，而且控

11、制在多回路控制系統(tǒng)中，采用不止一個控制器，而且控制器間相串聯(lián)，一個控制器的輸出作為另一個控制器的設(shè)定值器間相串聯(lián)，一個控制器的輸出作為另一個控制器的設(shè)定值的系統(tǒng)，稱為串級控制系統(tǒng)。的系統(tǒng)，稱為串級控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)組成串級控制系統(tǒng)組成串級控制系統(tǒng)方塊圖-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)t t 主被控參數(shù)主被控參數(shù)起主導(dǎo)作用的被控參數(shù)。起主導(dǎo)作用的被控參數(shù)。 t t 副被控參數(shù)副被控參數(shù)為穩(wěn)定主參數(shù)而引入的中間輔助參數(shù)。為穩(wěn)定主參數(shù)而引入的中間輔助參數(shù)。 t t 主被控過程主被控過程由主被控參數(shù)表征其特性的生產(chǎn)過程。其輸入量為副被由主被控參數(shù)表征其特性的生產(chǎn)過程

12、。其輸入量為副被控參數(shù)，輸出量為主被控參數(shù)。控參數(shù)，輸出量為主被控參數(shù)。 t t 副被控過程副被控過程由副被控參數(shù)作為輸出的生產(chǎn)過程，其輸入量為控制參由副被控參數(shù)作為輸出的生產(chǎn)過程，其輸入量為控制參數(shù)。數(shù)。 t t主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器按主被控參數(shù)的測量值與給定值的偏差進行工作的調(diào)節(jié)器按主被控參數(shù)的測量值與給定值的偏差進行工作的調(diào)節(jié)器，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值。，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值。t t副調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器按副被控參數(shù)的測量值與主調(diào)節(jié)器輸出的偏差進行工作的按副被控參數(shù)的測量值與主調(diào)節(jié)器輸出的偏差進行工作的調(diào)節(jié)器，其輸出控制調(diào)節(jié)閥動作。調(diào)節(jié)器，其輸出控制調(diào)節(jié)閥動作。 t t副回路副回路由副調(diào)節(jié)

13、器、副被控過程和副測量變送器組成的閉合回路。由副調(diào)節(jié)器、副被控過程和副測量變送器組成的閉合回路。 t t一次擾動一次擾動不包括在副回路內(nèi)的擾動。不包括在副回路內(nèi)的擾動。 t t二次擾動二次擾動包括在副回路內(nèi)的擾動。包括在副回路內(nèi)的擾動。 串級控制系統(tǒng)中常用的名詞串級控制系統(tǒng)中常用的名詞 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)串級控制原理串級控制原理-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)溫度檢測溫度檢測變送器變送器溫度控溫度控制器制器期望期望溫度溫度-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)期望期望流量流量流量檢測流量檢測

14、變送器變送器流量控流量控制器制器-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)期望爐膛期望爐膛溫度溫度-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)執(zhí)行閥流量對象流量檢測變送器）（SE1）（SR2）（SR1）（SE2溫度調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器溫度對象溫度檢測變送器流量原料出口溫度）（SD2）（SD1-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)執(zhí)行閥副對象副檢測變送器主調(diào)節(jié)器主對象主檢測變送器副參數(shù)主參數(shù)副調(diào)節(jié)器二次擾動一次擾動設(shè)定值串級控制系統(tǒng)的通用方框圖：串級控制系統(tǒng)的通用方框圖

15、：-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)情況一：情況一：干擾來自燃料油流量的變化干擾來自燃料油流量的變化先副回路，先副回路， 后主回路后主回路情況二：情況二：干擾來自原料油方面，使?fàn)t出口溫度升高干擾來自原料油方面，使?fàn)t出口溫度升高-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)情況三：情況三：一次干擾和二次干擾同時存在一次干擾和二次干擾同時存在 主、副變量同向變化主、副變量同向變化 主、副調(diào)節(jié)器共同作用，執(zhí)行閥的開度大幅度變化，主、副調(diào)節(jié)器共同作用，執(zhí)行閥的開度大幅度變化，使得爐出口溫度很快恢復(fù)到設(shè)定值。使得爐出口溫度很快恢復(fù)到設(shè)定值。 主、副變量反向

16、變化主、副變量反向變化 兩種干擾作用相互抵消，或燃料油流量只作很小的兩種干擾作用相互抵消，或燃料油流量只作很小的調(diào)整。調(diào)整。 通過分析可知通過分析可知：副控制器具有：副控制器具有“粗調(diào)粗調(diào)”的作用，的作用，而主控制器具有而主控制器具有“細調(diào)細調(diào)”的作用，兩者互相配合，的作用，兩者互相配合，控制質(zhì)量必然高于單回路控制系統(tǒng)?？刂瀑|(zhì)量必然高于單回路控制系統(tǒng)。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)工作過程串級控制系統(tǒng)工作過程F 2 23 3F 1 1F 2 23 3-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) 干擾作用于副對象干擾作用于副對象

17、由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進入副回由于副回路控制通道短，時間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進入副回路時，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用路時，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用 干擾作用于主對象干擾作用于主對象 由于副回路的存在，可以及時改變副變量的數(shù)值，以達到穩(wěn)定由于副回路的存在，可以及時改變副變量的數(shù)值，以達到穩(wěn)定主變量的目的。主變量的目的。 設(shè)定值設(shè)定值 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥爐膛爐膛溫度溫度控制器控制器測量變送測量變送爐出口爐出口溫度溫度控制器控制器爐管內(nèi)爐管內(nèi)物料物料測量變送測量變送溫度溫度爐膛爐膛擾動作用副回路二次擾動二次擾動擾動作用主回路一次擾動一次擾動擾動作用副回路二次擾

18、動擾動作用主回路一次擾動氣開氣開反反反反-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)擾動作用副回路二次擾動擾動作用主回路一次擾動設(shè)定值設(shè)定值 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥爐膛爐膛溫度溫度控制器控制器測量變送測量變送爐出口爐出口溫度溫度控制器控制器爐管內(nèi)爐管內(nèi)物料物料測量變送測量變送溫度溫度爐膛爐膛氣開氣開反反反反l一、二次干擾同時出現(xiàn)一、二次干擾同時出現(xiàn)t t 使主、副變量同向變化使主、副變量同向變化t t 使主、副變量反向變化使主、副變量反向變化分析可知：分析可知：副控制器具有副控制器具有“粗調(diào)粗調(diào)”作用，主控制器具有作用，主控制器具有“細細調(diào)調(diào)”作用；兩者配合，控制質(zhì)量必高于單回路控制

19、系統(tǒng)。作用；兩者配合，控制質(zhì)量必高于單回路控制系統(tǒng)。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)在串級控制系統(tǒng)中，由于引入一個閉合的副回路，在串級控制系統(tǒng)中，由于引入一個閉合的副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對作用不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服。副回路具有于主對象上的干擾也能加速克服。副回路具有先調(diào)、先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)粗調(diào)、快調(diào)的特點；的特點；主回路具有主回路具有后調(diào)、細調(diào)、慢調(diào)后調(diào)、細調(diào)、慢調(diào)的特點，并對于副的特點，并對于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服?；芈窙]有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，

20、在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高配合、相互補充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。了控制質(zhì)量。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)設(shè)定值控制閥溫度控制器干擾測量變送溫 度控制器溫度對象干擾測量變送溫度溫度對象 1 1、在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：、在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路： 主回路和副回路；有兩個控制器：主控制器和副控主回路和副回路；有兩個控制器：主控制器和副控 制器；有兩個測量變送器。制器；有兩個測量變送器。串級控制系統(tǒng)的特點串級控制系統(tǒng)

21、的特點定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖2 2、在系統(tǒng)特性上，串級控制系統(tǒng)由于副回路的引、在系統(tǒng)特性上，串級控制系統(tǒng)由于副回路的引 入，改善了對象動態(tài)特性，使控制過程加快，具入，改善了對象動態(tài)特性，使控制過程加快，具 有超前控制的作用。有超前控制的作用。Wc1(S)Wc2(S)Wv(S)W02(S)Wm2(S)Wm1(S)X1(S)E1(S)E2(S)+X2(S)+W01(S)F2(S)F1(S)+Y2(S)Y1(S)Z1(S)Z2(S)-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制

22、系統(tǒng)簡化得到簡化得到串級控制系統(tǒng)的等效框圖串級控制系統(tǒng)的等效框圖分析過程：分析過程：20220222022( )( )( )( ) ( )( )1( )( )( )( )cvcvmWs W s WsY sWsXsWs W s Ws Ws1( )X sc1W (s)02W (s)*02W(s)01W (s)m1W (s)1( )F s1( )Y s2( )Y s+F F2 2( (S S) )-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)20220222022( )( )( )( ) ( )( )1( )( )( )( )cvcvmWs W s WsY sWsXsWs W s

23、Ws Ws假設(shè)假設(shè) 0202222202( ),( ),( ),( )1cCvvmmKWsWsKW sK WsKT s經(jīng)整理后可得：經(jīng)整理后可得： 1)(020202sTKsW-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)結(jié)論：串級控制系統(tǒng)中，由于增加了一個副回路，使等結(jié)論：串級控制系統(tǒng)中，由于增加了一個副回路，使等 效的被控過程的時間常數(shù)減小，從而改善了系統(tǒng)效的被控過程的時間常數(shù)減小，從而改善了系統(tǒng) 的動態(tài)特性。的動態(tài)特性。2022022021mvcvcKKKKKKKK202202021mvcKKKKTTT02c2Kc, Kc1c1*Kc2c2越大越大，抗干擾能力越強。，抗

24、干擾能力越強。結(jié)論：單回路比串級抗干擾能力差。結(jié)論：單回路比串級抗干擾能力差。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)4 4、具有一定的自適應(yīng)能力、具有一定的自適應(yīng)能力 設(shè)定值控制閥副控制器干擾副測量變送主控制器 主對象干擾主測量變送主變量 副對象 主控制器的輸出能按照負荷或操作條件的變化而變化，主控制器的輸出能按照負荷或操作條件的變化而變化，使副控制器的設(shè)定值能隨負荷及操作條件的變化而變化，使副控制器的設(shè)定值能隨負荷及操作條件的變化而變化，使得串級控制系統(tǒng)能對負荷和操作條件的改變具有一定的使得串級控制系統(tǒng)能對負荷和操作條件的改變具有一定的自適應(yīng)能力。自適應(yīng)能力。-過程

25、控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)無串級時，開環(huán)傳函：無串級時，開環(huán)傳函：)()()()(0102SWSWSWSGc)(1SX)(1SY）（SWc）（SW02）（SW01)(SH有串級時，開環(huán)傳函：有串級時，開環(huán)傳函：)()()(1)()()(010202SWSHSWSWSWSGc時當(dāng)1)()(02SHSW)()(1)()(01SWSHSWSGc所以，串級控制可以減小或消除副對象的非線性。所以，串級控制可以減小或消除副對象的非線性。某控制系統(tǒng)方框圖如下：某控制系統(tǒng)方框圖如下：-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) (1) (1) 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看

26、，串級控制系統(tǒng)有主、副兩個閉合回從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，串級控制系統(tǒng)有主、副兩個閉合回路；有主、副兩個控制器；有分別測量主變量和副變量的兩個路；有主、副兩個控制器；有分別測量主變量和副變量的兩個測量變送器。測量變送器。 在串級控制系統(tǒng)中，主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是在串級控制系統(tǒng)中，主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。隨動控制系統(tǒng)。 (2) (2) 在串級控制系統(tǒng)中，有主、副兩個變量。主變量是反在串級控制系統(tǒng)中，有主、副兩個變量。主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運行情況的主要工藝變量。控制的目的映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運行情況的主要工藝變量。控制的目的在于使這一變量等于工藝規(guī)定的給定值。在于使

27、這一變量等于工藝規(guī)定的給定值。 (3) (3) 從系統(tǒng)特性來看，串級控制系統(tǒng)由于副回路的引入，從系統(tǒng)特性來看，串級控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對象的特性，使控制過程加快，具有超前控制的作用，改善了對象的特性，使控制過程加快，具有超前控制的作用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) 對象容量滯后比較大，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足對象容量滯后比較大，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足 質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo) 控制系統(tǒng)內(nèi)存在變化激烈且幅值很大的干擾控制系統(tǒng)內(nèi)存在變化激烈且幅值很大的干擾 被控對象具有較大的非線性，而

28、負荷變化又較大被控對象具有較大的非線性，而負荷變化又較大 被控對象的控制通道純滯后時間較長，用單回路控被控對象的控制通道純滯后時間較長，用單回路控 制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)量指標(biāo)制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)量指標(biāo)-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)過程控制過程控制 第四章第四章 v 滯后較小的副變量滯后較小的副變量 例例 管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)v 容量滯后容量滯后v 溫度溫度v 串級控制串級控制-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)過程控制過程控制 第四章第四章 例例 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)D D2 2D D1 1q1 1q

29、2 2q1r1r主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥夾夾套套反應(yīng)反應(yīng)槽槽溫度變送溫度變送1 1q q2r2r槽槽壁壁溫度變送溫度變送2 2-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)v v v -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)過程控制過程控制 第四章第四章v v v -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)過程控制過程控制 第四章第四章v v -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)正確合理地設(shè)計，才能使串級控正確合理地設(shè)計，才能使串級控制系統(tǒng)發(fā)揮其特點。設(shè)計包括制系統(tǒng)發(fā)揮其特點。設(shè)計包

30、括主、副主、副回路選擇回路選擇，主、副控制器控制規(guī)律選型主、副控制器控制規(guī)律選型和和正、反作用正、反作用的確定的確定。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)1.1.主回路是一個定值控制系統(tǒng)，可以按單回路控制系統(tǒng)的主回路是一個定值控制系統(tǒng)，可以按單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計原則進行。設(shè)計原則進行。與單回路控制時被控變量的選擇原則是一樣與單回路控制時被控變量的選擇原則是一樣的，能直接或間接地表征生產(chǎn)過程質(zhì)量的參數(shù)都可以作為控的，能直接或間接地表征生產(chǎn)過程質(zhì)量的參數(shù)都可以作為控制系統(tǒng)的被控變量。制系統(tǒng)的被控變量。 主變量主變量( (操縱量操縱量) )的選擇原則的選擇原則主要有：主

31、要有：(1) (1) 條件允許時選質(zhì)量指標(biāo)作為主變量條件允許時選質(zhì)量指標(biāo)作為主變量(2) (2) 其次考慮選擇與質(zhì)量有單值關(guān)系的參數(shù)作為主變量。其次考慮選擇與質(zhì)量有單值關(guān)系的參數(shù)作為主變量。 (3) (3) 所選主變量應(yīng)有足夠的靈敏度，且工藝合理、易實現(xiàn)。所選主變量應(yīng)有足夠的靈敏度，且工藝合理、易實現(xiàn)。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)2. 2. 副回路應(yīng)考慮工藝上的合理性且包括盡可能多的擾動副回路應(yīng)考慮工藝上的合理性且包括盡可能多的擾動應(yīng)將變化最劇烈、幅度最大、最頻繁的擾動包括在副應(yīng)將變化最劇烈、幅度最大、最頻繁的擾動包括在副回路中。應(yīng)將生產(chǎn)過程中的主要干擾包

32、圍在內(nèi)，應(yīng)使副環(huán)回路中。應(yīng)將生產(chǎn)過程中的主要干擾包圍在內(nèi)，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾包圍更多的次要干擾 。研究系統(tǒng)的干擾來源是十分重要。研究系統(tǒng)的干擾來源是十分重要的。如前述的管式加熱爐，主擾動為燃油流量和熱值變化，的。如前述的管式加熱爐，主擾動為燃油流量和熱值變化，則方案合理。則方案合理。并非包括的干擾越大越好并非包括的干擾越大越好。干擾包括得越大，副變量。干擾包括得越大，副變量的位置會越靠近主變量，靈敏度會降低。的位置會越靠近主變量，靈敏度會降低。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)3. 3. 主、副對象的時間常數(shù)要匹配主、副對象的時間常數(shù)要匹配(1) (1)

33、 當(dāng)當(dāng)T T0101/T/T02021010時，則時，則T T0202很小，副回路包括的干擾很很小，副回路包括的干擾很 少，作用未發(fā)揮。少，作用未發(fā)揮。(3) (3) 當(dāng)當(dāng)T T0101/T/T0202 1 1時，主、副回路易出現(xiàn)時，主、副回路易出現(xiàn)“共振效應(yīng)共振效應(yīng)”。 一般認為：一般認為：T T0101/T/T0202=3=3 10 10 較合適。較合適。 究竟究竟T T0202取多大為好，應(yīng)按具體情況確定。若欲快速取多大為好，應(yīng)按具體情況確定。若欲快速克服主干擾，則小一點為好；若欲克服對象的大滯后，可克服主干擾，則小一點為好；若欲克服對象的大滯后，可取大點；若欲克服對象的非線性，則取大點

34、；若欲克服對象的非線性，則T T0101/T/T0202宜取大一些。宜取大一些。(2) (2) 當(dāng)當(dāng)T T0101/T/T0202310T01/T0210時，則時，則T02T02很小，副回路包括的干擾很少，很小，副回路包括的干擾很少，作用未發(fā)揮。作用未發(fā)揮。(2)(2)、當(dāng)、當(dāng)T01/T023T01/T023時，說明時，說明T02T02過大，副回路的控制作用不及時。過大，副回路的控制作用不及時。(3)(3)、當(dāng)、當(dāng)T01/T02T01/T02 1 1時，主、副回路易出現(xiàn)時，主、副回路易出現(xiàn)“共振效應(yīng)共振效應(yīng)”。 一般認為：一般認為：T01/T02=3T01/T02=3 1010 較合適。較合適

35、。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)3 3、選副回路應(yīng)考慮工藝上的合理性、選副回路應(yīng)考慮工藝上的合理性只有滿足工藝要求，才具有實用性。只有滿足工藝要求，才具有實用性。先考慮工藝要求，再考慮其他要求。先考慮工藝要求，再考慮其他要求。副變量選擇原則副變量選擇原則包括系統(tǒng)主包括系統(tǒng)主要干擾要干擾 主副時間常主副時間常數(shù)匹配數(shù)匹配 合理性與可合理性與可能性能性 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)（二）控制器的選擇（二）控制器的選擇 1 1、控制規(guī)律的選擇、控制規(guī)律的選擇對主變量控制質(zhì)量要求高對主變量控制質(zhì)量要求高主變量宜采用主變量宜采用PIP

36、I規(guī)律規(guī)律；欲克服容量滯后，應(yīng)引進微分作；欲克服容量滯后，應(yīng)引進微分作用，采用用，采用PIDPID規(guī)律規(guī)律。副變量一般采用副變量一般采用P P規(guī)律規(guī)律就可以了。一般不引入積分控制就可以了。一般不引入積分控制規(guī)律（會延長控制過程）也不引入微分控制規(guī)律（微分規(guī)律（會延長控制過程）也不引入微分控制規(guī)律（微分規(guī)律會使調(diào)節(jié)閥動作過大。）規(guī)律會使調(diào)節(jié)閥動作過大。） 滿足控制精度滿足控制精度快速抗干擾快速抗干擾 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)u串級控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量。串級控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量。 主變量是生產(chǎn)工藝的主要控制指標(biāo)，它直接關(guān)系

37、到產(chǎn)品的質(zhì)量主變量是生產(chǎn)工藝的主要控制指標(biāo)，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的正常，工藝上對它的要求比較嚴(yán)格。一般來說，主變量或生產(chǎn)的正常，工藝上對它的要求比較嚴(yán)格。一般來說，主變量不允許有余差。所以，主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，不允許有余差。所以，主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，以實現(xiàn)主變量的無余差控制。以實現(xiàn)主變量的無余差控制。u 在串級控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定副變量并不是目的，設(shè)置副變量的目在串級控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定副變量并不是目的，設(shè)置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量。的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量。 副變量的給定值是隨主控制器輸出變化而變化的。所以，在控副變量的給定值是隨

38、主控制器輸出變化而變化的。所以，在控制過程中，對副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許它有波動。因制過程中，對副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許它有波動。因此，副控制器一般采用比例控制規(guī)律。此，副控制器一般采用比例控制規(guī)律。因為因為: -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)執(zhí)行閥流量對象流量檢測變送器）（SE1）（SR2）（SR1）（SE2溫度調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器溫度對象溫度檢測變送器流量原料出口溫度）（SD2）（SD1返回-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)這種情況可以這樣來理解：如果將整個副回路看作是構(gòu)成主回路這種情況可以這樣來理解：如果將整個副回

39、路看作是構(gòu)成主回路的一個環(huán)節(jié)時，副回路這個環(huán)節(jié)的的一個環(huán)節(jié)時，副回路這個環(huán)節(jié)的輸入就是主控制器的輸出輸入就是主控制器的輸出( (即副即副回路的給定回路的給定) )，而其，而其輸出就是副變量輸出就是副變量。由于副回路的作用總是使副。由于副回路的作用總是使副變量跟隨主控制器的輸出變化而變化，不管副回路中副對象的特變量跟隨主控制器的輸出變化而變化，不管副回路中副對象的特性及執(zhí)行器的特性如何，當(dāng)性及執(zhí)行器的特性如何，當(dāng)主控制器輸出增加時，副變量總是增主控制器輸出增加時，副變量總是增加的，加的，所以在主回路中，副回路這個環(huán)節(jié)的特性總是所以在主回路中，副回路這個環(huán)節(jié)的特性總是“正正”作用作用方向的。方向的

40、。在主回路中，由于副回路、主測量變送這兩個環(huán)節(jié)的特性始終為在主回路中，由于副回路、主測量變送這兩個環(huán)節(jié)的特性始終為“正正”，所以為了使整個主回路構(gòu)成負反饋，主控制器的作用方，所以為了使整個主回路構(gòu)成負反饋，主控制器的作用方向僅取決于主對象的特性。向僅取決于主對象的特性。主對象具有主對象具有“正正”作用特性作用特性( (即副變即副變量增加時，主變量亦增加量增加時，主變量亦增加) )時，主控制器應(yīng)選時，主控制器應(yīng)選“反反”作用方向，作用方向，反之，當(dāng)主對象具有反之，當(dāng)主對象具有“反反”作用特性時，主控制器應(yīng)選作用特性時，主控制器應(yīng)選“正正”作作用方向。用方向。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜

41、過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) 選擇副回路控制器的正反作用選擇副回路控制器的正反作用與簡單控制系統(tǒng)中控制器與簡單控制系統(tǒng)中控制器“正正”、“反反”作用的選擇作用的選擇方式相同，先判斷副對象的正反作用，然后根據(jù)工藝方式相同，先判斷副對象的正反作用，然后根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的安全等要求，選定執(zhí)行器的“正正”、“反反”作用方式作用方式，并按照使副控制回路成為一個負反饋系統(tǒng)的原則來，并按照使副控制回路成為一個負反饋系統(tǒng)的原則來確定副回路控制器的正反作用。確定副回路控制器的正反作用。 選擇主回路控制器的正反作用選擇主回路控制器的正反作用-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制

42、系統(tǒng)例如：加熱爐系統(tǒng)例如：加熱爐系統(tǒng) (1) (1) 從生產(chǎn)工藝出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥選用從生產(chǎn)工藝出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥選用氣開閥，氣開閥，KKV V為正為正；當(dāng)燃料；當(dāng)燃料油油增加增加，爐膛溫度，爐膛溫度升高升高，副回路的，副回路的KK0202為正為正；副；副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)應(yīng)取調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)應(yīng)取正正，即，即反作用反作用調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。 （2 2）由于爐膛溫度）由于爐膛溫度升高升高，則爐出口溫度，則爐出口溫度升高升高，故主過程的，故主過程的KK0101為為正正，則主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)，則主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)KK1 1應(yīng)為正應(yīng)為正。即。即反作用反作用調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜

43、過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)四、串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定四、串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定 u串級控制系統(tǒng)的方案正確設(shè)計后，為了使系統(tǒng)運行串級控制系統(tǒng)的方案正確設(shè)計后，為了使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)，必須對系統(tǒng)進行校正，這在過程控制中在最佳狀態(tài)，必須對系統(tǒng)進行校正，這在過程控制中稱為稱為參數(shù)整定參數(shù)整定。u在工程實踐中，串級控制系統(tǒng)中常用的在工程實踐中，串級控制系統(tǒng)中常用的整定方法整定方法有：有：l兩步整定法、兩步整定法、l逐步逼近法、逐步逼近法、l一步整定法等。一步整定法等。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控

44、制系統(tǒng) 兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器(4) (4) 按按“先副后主先副后主”、“先比例次積分后微分先比例次積分后微分”的整定方法，的整定方法，將計算出的控制器參數(shù)加到控制器上。將計算出的控制器參數(shù)加到控制器上。(5)(5)觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。(1) (1) 在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用的條件下，將在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用的條件下，將主控制器的比例度先固定在主控制器的比例度先固定在100100的刻度上，然后逐漸減小副的刻度上，然后逐漸減小副控

45、制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比( (如如4 4：1)1)過渡過渡過程下的副控制器比例度過程下的副控制器比例度2S2S和操作周期和操作周期2S2S。(2) (2) 在副控制器比例度等于在副控制器比例度等于2S2S，的條件下，逐步減小主控制，的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時主控制器的比例度主控制器的比例度1S1S。和操作周期。和操作周期1S1S 。(3) (3) 根據(jù)上面得到的根據(jù)上面得到的1S1S、1S1S、2S2S、2S2S按表的規(guī)定關(guān)按表的規(guī)定關(guān)

46、系計算主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。系計算主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 在硝酸生產(chǎn)過程中，有一個氧化爐溫度與氨氣流在硝酸生產(chǎn)過程中，有一個氧化爐溫度與氨氣流量的串級控制系統(tǒng)。溫度為主參數(shù)，工藝要求較量的串級控制系統(tǒng)。溫度為主參數(shù)，工藝要求較高，溫度最大偏差不能超過高，溫度最大偏差不能超過 5 5，氨氣流量為副，氨氣流量為副參數(shù)，允許在一定范圍內(nèi)變化，要求不高。系統(tǒng)參數(shù)，允許在一定范圍內(nèi)變化，要求不高。系統(tǒng)控制器參數(shù)采用兩步整定法，過程如下。控制器參數(shù)采用兩步整定法，過程如下。 -過程控制過

47、程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)、在系統(tǒng)設(shè)計時，主控制器選用、在系統(tǒng)設(shè)計時，主控制器選用PIPI控制規(guī)律，副控制器控制規(guī)律，副控制器選用選用P P控制規(guī)律。在系統(tǒng)穩(wěn)定允許條件下，主、副控制器均控制規(guī)律。在系統(tǒng)穩(wěn)定允許條件下，主、副控制器均置于純比例作用，主控制器的比例度置于純比例作用，主控制器的比例度 置于置于100%100%，用，用4 4：1 1衰衰減曲線法整定副控制器的參數(shù)，得減曲線法整定副控制器的參數(shù)，得 2S2S=32%,T=32%,T2S2S=15s=15s。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) 將副控制器的比例度置將副控制器的比例度

48、置32%32%上，用相同的方法整定，將主上，用相同的方法整定，將主控制器的比例度由大到小逐漸調(diào)節(jié)，取得主控制器的控制器的比例度由大到小逐漸調(diào)節(jié)，取得主控制器的 1S1S =50%,T=50%,T1S1S=7min=7min。 根據(jù)上述求得的各參數(shù)，運用根據(jù)上述求得的各參數(shù)，運用4：1衰減曲線法整定計算公衰減曲線法整定計算公式式(見上表見上表)，計算主、副控制器的整定參數(shù)為：，計算主、副控制器的整定參數(shù)為： 主控制器主控制器(溫度控制器溫度控制器)：比例度：比例度 1 1=1.2 1S1S=60%，積分時間，積分時間T1 1=0.5 T1S1S=3.5min 副控制器副控制器(流量控制器流量控制

49、器)：比例度：比例度 2 2 = 2S2S =32% 把上述計算的參數(shù)，按先把上述計算的參數(shù)，按先P后后I的次序，分別設(shè)置在主、副的次序，分別設(shè)置在主、副控制器上，并使串級控制系統(tǒng)在該參數(shù)下運行。控制器上，并使串級控制系統(tǒng)在該參數(shù)下運行。 實際運行，氧化爐溫度穩(wěn)定，完全滿足生產(chǎn)工藝的要求。實際運行，氧化爐溫度穩(wěn)定，完全滿足生產(chǎn)工藝的要求。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)2 2 逐步逼近法逐步逼近法所謂逐步逼近法，就是在主回路斷開的情況下，按所謂逐步逼近法，就是在主回路斷開的情況下，按照單回路的整定方法求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)，然照單回路的整定方法求取副調(diào)節(jié)器的整

50、定參數(shù)，然后將副調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置在所求的數(shù)值上，使主回后將副調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置在所求的數(shù)值上，使主回路閉合，按單回路整定方法求取主調(diào)節(jié)器的整定參路閉合，按單回路整定方法求取主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。而后，將主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)在所求得的數(shù)值上，數(shù)。而后，將主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)在所求得的數(shù)值上，再進行整定，求取第二次副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值，再進行整定，求取第二次副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值，然后再整定主調(diào)節(jié)器。依此類推，逐步逼近，直至然后再整定主調(diào)節(jié)器。依此類推，逐步逼近，直至滿足質(zhì)量指標(biāo)要求為止?jié)M足質(zhì)量指標(biāo)要求為止-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng) 逐步逼近法是先副后主，逐步逼近。該方法較繁瑣

51、。逐步逼近法是先副后主，逐步逼近。該方法較繁瑣。 具體步驟為：具體步驟為： l先斷開主回路，整定副控制器。先斷開主回路，整定副控制器。l后閉合主回路，整定主控制器。后閉合主回路，整定主控制器。l重新調(diào)整副控制器參數(shù)。重新調(diào)整副控制器參數(shù)。l若未達到控制要求，再調(diào)整主控制器參數(shù)。若未達到控制要求，再調(diào)整主控制器參數(shù)。l以上步驟循環(huán)進行，直到滿足以上步驟循環(huán)進行，直到滿足( (逼近逼近) )控制指標(biāo)為止。控制指標(biāo)為止。l對于不同的控制系統(tǒng)和不同的品質(zhì)指標(biāo)要求，逐步逼近對于不同的控制系統(tǒng)和不同的品質(zhì)指標(biāo)要求，逐步逼近法逼近的循環(huán)次數(shù)是不同的，所以往往費時較多。法逼近的循環(huán)次數(shù)是不同的，所以往往費時較

52、多。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)一步速定一步速定一步整定法的整定步驟如下。一步整定法的整定步驟如下。(1)(1)在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運行的條件下，按照上表所列在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運行的條件下，按照上表所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值。的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值。(2)(2)利用簡單控制系中參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。利用簡單控制系中參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)五、串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用五、串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用 串級控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對象的滯后和

53、時間串級控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對象的滯后和時間常數(shù)很大、干擾作用強而頻繁、負荷變化大、常數(shù)很大、干擾作用強而頻繁、負荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。對控制質(zhì)量要求較高的場合。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)燃料油熱值變化后，爐膛反應(yīng)滯后燃料油熱值變化后，爐膛反應(yīng)滯后3 3分鐘，而出口溫度則需分鐘，而出口溫度則需 1515分鐘。分鐘。選擇時間常數(shù)和滯后較小的爐膛溫度作為副參數(shù)，構(gòu)成爐出口溫度對選擇時間常數(shù)和滯后較小的爐膛溫度作為副參數(shù)，構(gòu)成爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)，可以提高控制質(zhì)量爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)，可以提高控制質(zhì)量-過程控制過程控制第四章第四章

54、 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)Co1最大偏差不超過Co72Co61s90滯后min/35kg如果紙漿流量波動sCo4508過渡過程時間最大偏差達sCo2001過渡過程時間最大偏差不超過紙漿用泵從貯槽送至混合器，在混合紙漿用泵從貯槽送至混合器，在混合器內(nèi)用蒸汽加熱至器內(nèi)用蒸汽加熱至7272度左右，經(jīng)過立度左右，經(jīng)過立篩、圓篩出去雜質(zhì)后送到網(wǎng)前箱，再篩、圓篩出去雜質(zhì)后送到網(wǎng)前箱，再去銅網(wǎng)脫水。為了保證質(zhì)量，工藝要去銅網(wǎng)脫水。為了保證質(zhì)量，工藝要求網(wǎng)前箱溫度保持在求網(wǎng)前箱溫度保持在6161度左右，允許度左右，允許誤差不超過誤差不超過1 1度。度。-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)

55、雜過程控制系統(tǒng)Co5 . 1最大偏差kPakPa300500下降至如果蒸汽壓力從Co10最大偏差達Co5 . 1最大偏差不超過-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)將具有非線性特性的換熱器包含在副回路將具有非線性特性的換熱器包含在副回路-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)舉例串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)舉例如圖所示的氨冷器，用液氨冷卻銅液，要求出口銅液溫度恒定。如圖所示的氨冷器，用液氨冷卻銅液，要求出口銅液溫度恒定。為保證氨冷器內(nèi)有一定的汽化空間，避免造成事故，采用溫度為保證氨冷器內(nèi)有一定的汽化空間，避免造成事故，采用溫度液位串級控制。液位串級

56、控制。1) 1) 此串級控制系統(tǒng)的主副被控變量各是什么？此串級控制系統(tǒng)的主副被控變量各是什么？2) 2) 試設(shè)計一溫度試設(shè)計一溫度液位串級控制系統(tǒng)完成該控制方案（即液位串級控制系統(tǒng)完成該控制方案（即將圖示的氨冷器控制系統(tǒng)示意圖補充完整）；將圖示的氨冷器控制系統(tǒng)示意圖補充完整）；3)3)試畫出溫度試畫出溫度液位串級控制系統(tǒng)的方塊圖；液位串級控制系統(tǒng)的方塊圖；TTTCLCLT銅液液氨氣氨4)4)確定氣動調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式，并說明原因；確定氣動調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式，并說明原因；5)5)確定主副調(diào)節(jié)器的正反作用。確定主副調(diào)節(jié)器的正反作用。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制

57、系統(tǒng)答：答：（1）主被控變量為銅液出口溫度，副被控變量為液位。）主被控變量為銅液出口溫度，副被控變量為液位。 (2) 串級控制系統(tǒng)的示意圖如下所示：串級控制系統(tǒng)的示意圖如下所示：TTTCLCLT銅液液氨氣氨-過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)（3）方塊圖如下所示：）方塊圖如下所示：TCLC調(diào)節(jié)閥液位對象溫度對象液位測量變送溫度測量變送E1R2E2PQZ2Z1R1干擾干擾(4)當(dāng)氣源中斷時，為了確保氨冷器內(nèi)有一定的汽化空間，應(yīng)該當(dāng)氣源中斷時，為了確保氨冷器內(nèi)有一定的汽化空間，應(yīng)該選擇氣開調(diào)節(jié)閥；選擇氣開調(diào)節(jié)閥； (5) 液位控制器作用方向的確定：當(dāng)液位升高時，應(yīng)該關(guān)小調(diào)節(jié)液位控制器作用方向的確定：當(dāng)液位升高時，應(yīng)該關(guān)小調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥為氣開閥，故液位控制器為反作用；閥，調(diào)節(jié)閥為氣開閥，故液位控制器為反作用；溫度控制器作用方向的確定：溫度對象為溫度控制器作用方向的確定：溫度對象為“”作用方向，依據(jù)作用方向，依據(jù)使系統(tǒng)稱為負反饋的原則，溫度控制器應(yīng)該為正作用。使系統(tǒng)稱為負反饋的原則，溫度控制器應(yīng)該為正作用。 -過程控制過程控制第四章第四章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)復(fù)雜過程控制系統(tǒng)串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)舉例串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)舉例 已知串級過程控制系統(tǒng)的主副對象的傳遞函數(shù)。設(shè)定