上一講內(nèi)容回顧介紹了串級控制系統(tǒng)的概念與特點；結(jié)合控制原理，具體分析了串級系統(tǒng)的抗干擾性能；討論了串級控制系統(tǒng)的設(shè)計原則；介紹了串級控制系統(tǒng)的防積分飽和；介紹了串級控制系統(tǒng)的投運。課堂提問1相比反饋控制，串級控制更有效抑制干擾，因此在控制方案選擇時應(yīng)首選串級控制？串級能夠有效抑制副回路中的干擾，因此應(yīng)選擇能包含最多干擾的那個變量作為副變量？控制器的正反作用選擇課堂提問2試分析串級控制為何能有效抑止二次擾動；試分析串級系統(tǒng)為何能克服副對象和調(diào)節(jié)閥的非線性。課堂提問3課堂提問41、如果加熱蒸汽壓力波動導(dǎo)致單回路控制效果不理想，怎么辦？2、如果工藝介質(zhì)流量波動導(dǎo)致控制效果不理想，怎么辦？前饋控制系統(tǒng)

FeedforwardControl內(nèi)容前饋控制的原理線性前饋控制的設(shè)計非線性前饋控制前饋反饋控制系統(tǒng)換熱器的反饋控制假設(shè)主要干擾為RF，T1單回路控制的仿真采用串級控制？串級控制需要：單回路控制不能滿足要求；可測量的副變量副變量需要滿足：快速反應(yīng)主要干擾的影響干擾對副、主變量的影響具有因果關(guān)系調(diào)節(jié)閥對副、主變量的影響具有因果關(guān)系NO!無法采用串級控制！換熱器的前饋控制方案換熱器的前饋控制方案干擾：進料溫度，流量進料溫度Ti↑（進流流量F↓）→出口溫度T0↑ΔT0f設(shè)想：進料溫度上升的同時，關(guān)小蒸汽量→T0↓→ΔT0c若ΔT0f=ΔT0c，則T0不變前饋控制的思想D1，……，Dn為可測擾動；u，y分別為被控對象的操作變量與受控變量。前饋思想：在擾動還未影響輸出以前，直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動的影響。線性前饋控制方塊圖開環(huán)不變性：輸出值在擾動F(s)作用下不產(chǎn)生任何變化。前饋控制的特點開環(huán)控制，獨立的前饋難以使用。根據(jù)干擾的大小控制，干擾必須可測。只對設(shè)計補償?shù)母蓴_起作用。調(diào)節(jié)規(guī)律由對象、干擾特性決定。前饋的應(yīng)用場合：系統(tǒng)中存在可測、不可控、變化頻繁、幅值大的干擾。前饋控制與反饋控制的比較

前饋控制

反饋控制擾動可測，但不要求被控量可測被控量直接可測超前調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)系統(tǒng)輸出的不變性（但存在可實現(xiàn)問題）按偏差控制，存在偏差才能調(diào)節(jié)（滯后調(diào)節(jié)）開環(huán)調(diào)節(jié)，無穩(wěn)定性問題閉環(huán)調(diào)節(jié)，存在穩(wěn)定性問題系統(tǒng)僅能感受有限個可測擾動系統(tǒng)可感受所有影響輸出的擾動對于干擾與控制通道的動態(tài)模型，要求已知而且準(zhǔn)確對通道模型要求弱，大多數(shù)情況無需對象模型對時變與非線性對象的適應(yīng)性弱對時變與非線性對象的適應(yīng)性與魯棒性強1、靜態(tài)前饋控制例：換熱器的靜態(tài)方程：特點：只能保證穩(wěn)定后，完全補償，但存在動態(tài)誤差1、靜態(tài)前饋控制分析：無論是料液流量或是設(shè)定值Tor的增大，蒸汽流量都會自動增大，因為它與兩者的乘積成正比。①代表流量F增大所引起的溫度T0的響應(yīng)。②代表增大蒸汽量ω所引溫度T0的響應(yīng)。③出現(xiàn)了一段時間較小的偏差。這是由于擾動通道與調(diào)節(jié)通道之間對象動態(tài)特性不同所引起的動態(tài)偏差，這種偏差是靜態(tài)前饋補償所不能解決的，但最終仍然穩(wěn)定在設(shè)定值上。1、靜態(tài)前饋控制前饋作用太弱，蒸汽流量減少量不足以抵消料流量的變化?！扒费a償”。前饋作用過強，蒸汽流量變化超過料液流量變化所需要的蒸汽量。在Δω作用下，T0最終回到設(shè)定值，說明前饋補償合適。（2）、若出口溫度達不到設(shè)定值，只需調(diào)整K就以校正，直到殘差被消除。2、動態(tài)前饋控制由不變性原理：設(shè)控制通道的特性為：干擾通道的特性：∴前饋補償裝置的傳遞函數(shù)為：2、動態(tài)前饋控制由不變性原理：設(shè)控制通道的特性為：干擾通道的特性：∴前饋補償裝置的傳遞函數(shù)為：2、動態(tài)前饋控制前饋加反饋控制前饋加反饋控制將前饋與反饋結(jié)合起來，構(gòu)成前饋-反饋控制系統(tǒng)。對于可測不可控的干擾，用前饋控制超前補償；其余干擾，由反饋控制克服。前饋加反饋控制不變性原理：前饋＋反饋控制的仿真前饋加串級控制討論引入前饋控制的可能應(yīng)用場合：常規(guī)反饋控制系統(tǒng)難以滿足要求；干擾可測。應(yīng)用前饋控制的前提條件：主要干擾可測；調(diào)節(jié)閥與被測干擾之間沒有因果關(guān)系；干擾通道的響應(yīng)速度比控制通道慢，至少應(yīng)接近；干擾通道與控制通道的動態(tài)特性變化不大。比值控制

RatioControl比值控制內(nèi)容比值控制問題的由來；常用的比值控制方案與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)系；變比值控制。溶液配制問題問題：假設(shè)NaoH用量QB和稀釋水量QA可測并且QA可調(diào)。如果QB變化，如何調(diào)整以使稀釋液NaoH的濃度為6~8%左右？解決方案：（1）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值？）。流量比值控制問題要求：QA

/QB

=KAB（比值系數(shù)）而QB為主動流量，QA為可控量，要求設(shè)計一控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)QA以實現(xiàn)上述比值控制目標(biāo)。比值控制的概念比值控制系統(tǒng)：實現(xiàn)兩個或多個參數(shù)符合一定比例關(guān)系的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主動量QB：處于主導(dǎo)地位的物料（主流量/主物料）。從動量QA：按主動量進行配比，隨主動量進行變化的物料（副流量）?？刂频哪康模簩崿F(xiàn)副流量QA與主流量QB成一定的比值關(guān)系。K：實際流量值系數(shù)

定比值控制方案單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)比值器的設(shè)定1穩(wěn)態(tài)條件:IA=I0假設(shè)流量測量變送環(huán)節(jié)為線性對象。對DDZIII型儀表,比值器的輸入輸出關(guān)系為令：穩(wěn)態(tài)條件:比值器的設(shè)定1（續(xù)）比值器的設(shè)定2假設(shè)流量測量變送環(huán)節(jié)為非線性對象。對DDZIII型儀表,比值器的輸入輸出關(guān)系為乘法器的設(shè)定穩(wěn)態(tài)條件:

IA=

I0對DDZIII型儀表,乘法器的輸入輸出關(guān)系為變比值控制系統(tǒng)存在問題：物料A的流量回路存在非線性，當(dāng)物料B的流量減少時，回路增益增大，有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，并可能出現(xiàn)“除零”運算。對DDZIII型儀表,除法器的輸入輸出關(guān)系為變比值串級控制系統(tǒng)功能：前饋反饋串級控制？上一節(jié)中所采用的前饋控制器：系統(tǒng)功能——變增益串級系統(tǒng)功能——前饋串級控制×分程控制本講主要內(nèi)容分程控制的特點與適用場合；分程區(qū)間的確定方法；閥位控制的概念與設(shè)計方法。

分程控制系統(tǒng)是將一個控制器的輸出分成若干個信號范圍，由各個信號段去控制相應(yīng)的控制閥，從而實現(xiàn)了一個控制器對多個控制閥的控制，有效地提高了過程控制系統(tǒng)的控制能力。分程控制系統(tǒng)

前面介紹的控制系統(tǒng)中，通常是一個控制器的輸出只用來控制一個控制閥，一般工作在較小的工作區(qū)域內(nèi)，在系統(tǒng)出現(xiàn)較小的干擾時可以達到較好的控制效果。

如果系統(tǒng)的工作條件不滿足于較小調(diào)節(jié)范圍或系統(tǒng)受到較大干擾甚至出現(xiàn)事故時，系統(tǒng)的控制質(zhì)量就可能滿足不了生產(chǎn)過程的控制要求。

如閥A在控制器的輸出信號為0.02MPa～0.06MPa范圍內(nèi)工作，閥B則在控制器輸出信號為0.06MPa～0.1MPa范圍內(nèi)工作，每個控制閥的動作信號范圍都是相同的。

把控制器的輸出信號分成兩段，利用不同的輸出信號分別控制兩個控制閥分程控制系統(tǒng)間歇聚合反應(yīng)器的控制問題控制要求：反應(yīng)開始前，需要用蒸汽加熱以達到反應(yīng)所需的溫度；當(dāng)反應(yīng)開始后，因放出大量反應(yīng)熱，需要用冷水進行冷卻。要求全過程自動控制反應(yīng)器的溫度？反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)問題：（1）選擇兩調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)屬性；（2）溫度控制器的正反作用；（3）如何協(xié)調(diào)兩調(diào)節(jié)閥的動作；（4）如何克服廣義對象的非線性。氣關(guān)氣開調(diào)節(jié)閥的分程動作關(guān)系工作過程：（1）當(dāng)溫度變低時，調(diào)節(jié)閥的氣動信號增大。若冷水閥還未全關(guān)，則先逐步關(guān)冷水閥；否則，再開大蒸汽閥；（2）當(dāng)溫度變高時，調(diào)節(jié)閥的氣動信號減少。若蒸汽閥還未全關(guān)，則先逐步關(guān)蒸汽閥；否則，再開大冷水閥；調(diào)節(jié)閥的分程動作關(guān)系（2）當(dāng)溫度變高時，調(diào)節(jié)閥的氣動信號減少。若蒸汽閥還未全關(guān)，則先逐步關(guān)蒸汽閥；否則，再開大冷水閥；

一類是控制閥異向動作，即隨著控制器輸出信號的增加或減小，控制閥中一個逐漸開大，另一個逐漸減小，異向分程控制的兩個控制閥一個為氣開式，一個為氣關(guān)式。

就控制閥的氣開、氣關(guān)形式分兩類：分程控制分類就控制閥的氣開、氣關(guān)形式分兩類：另一類是控制閥同向動作，即隨著控制器輸出信號的增加或減小，控制閥均逐漸開大或逐漸減小，同向分程控制的兩個控制閥同為氣開式或同為氣關(guān)式，分程控制分類1．用于擴大控制閥的可調(diào)范圍，以改善控制品質(zhì)控制閥有一個重要指標(biāo)是閥的可調(diào)范圍R，即Cmin——最小流量系數(shù)。式中Cmax——最大流量系數(shù)；分程控制的應(yīng)用場合圖中，若且兩閥的可調(diào)范圍相等，即用于擴大控制閥的可調(diào)范圍忽略大閥的泄漏量，當(dāng)采用分程控制后，其最小流量系數(shù)為因此兩閥組合在一起的可調(diào)范圍將擴大到最大流量系數(shù)為用于擴大控制閥的可調(diào)范圍2.分程控制系統(tǒng)的非線性問題：分程控制系統(tǒng)非線性的補償補償原理：分程控制非線性補償方法補償原理：若:課堂練習(xí)：貯罐氣封系統(tǒng)如何避免兩調(diào)節(jié)閥的頻繁開閉以減少N2用量?貯罐氣封分程動作過程1、控制閥引入不靈敏區(qū)。2、同時，控制器引入調(diào)節(jié)死區(qū)如何避免兩調(diào)節(jié)閥的頻繁開閉以減少N2用量?分餾塔輕柴油

抽出塔板溫度控制問題問題：TIC203與輕柴油的產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系密切，需要加以有效控制。但原控制方案中三通調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力不足，經(jīng)常需要人工干預(yù)（手動調(diào)節(jié)一中回流量）。如何改進方案？要求：（1）確保TIC203的控制能力；（2）盡可能使一中回流經(jīng)換熱器進行能量回收；（3）一中回流量作為穩(wěn)定塔的熱源，希望波動盡可能小。輕柴油抽出板溫度

的雙重控制系統(tǒng)圖中VPC稱為“閥位控制器”，其測量值為主調(diào)節(jié)閥（本例中為三通調(diào)節(jié)閥）的開度。系統(tǒng)特點：（1）對主參數(shù)的控制能力顯著提高。與分程控制不同的是，兩調(diào)節(jié)閥同時動作。（2）通過設(shè)定Vsp，可實現(xiàn)能量回收的最大化。“急先治標(biāo)，緩再治本”選擇性控制主要內(nèi)容選擇性控制的分類；選擇性控制的設(shè)計方法選擇性控制的防積分飽和。選擇性控制分類超馳控制（OverrideControl），也稱約束控制（ConstraintControl） 特點：被控變量類型不同，通常有兩個以上的控制器，主要用于設(shè)備軟保護。被控變量選擇控制（SelectiveControl） 特點：被控變量類型相同，通常只有一個控制器，與單回路控制相近，只是控制器輸入由多個測量信號選擇得到。熱點溫度的選擇性控制超馳控制概念“超馳控制系統(tǒng)”的被控變量往往包括：一個常規(guī)被控變量，需要進行定值控制；一個區(qū)間約束變量，正常工況下無需控制，但一旦超出允許范圍就需要及時加以調(diào)節(jié)，以防止事故的發(fā)生?！俺Y控制系統(tǒng)”的操縱變量往往只有一個，因此，控制系統(tǒng)需要隨時針對實際情況，選擇某一個被控變量加以控制。液氨蒸發(fā)器的單回路控制如何實現(xiàn)待冷卻物料溫度的控制，并保證液氨不滿罐?液氨蒸發(fā)器的選擇性控制控制器正反作用的選擇；選擇器(低選器LS或高選器HS)的選擇。液氨蒸發(fā)器的選擇性控制控制器正反作用的選擇；選擇器(低選器LS或高選器HS)的選擇。

選擇器的性質(zhì)只是取決于起超馳作用