1、第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng),華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系,必要性：,隨著生產(chǎn)過(guò)程的大型化和復(fù)雜化，對(duì)操作條件的要求更加嚴(yán)格，變量之間的關(guān)系更加復(fù)雜。,需要引入復(fù)雜控制系統(tǒng)。,現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高要求。,生產(chǎn)過(guò)程中的某些特殊要求，如物料配比、前后生產(chǎn)工序的協(xié)調(diào)等問題。,根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)來(lái)分： 串級(jí)、均勻、比值、分程、選擇性、前饋、多沖量等,8.1 串級(jí)控制系統(tǒng),本章主要內(nèi)容：,8.2 均勻控制系統(tǒng),8.6 前饋控制系統(tǒng),8.4 分程控制系統(tǒng),8.3 比值控制系統(tǒng),8.1.1 組成原理,圖8-1 加熱爐溫度 控制系統(tǒng),控制通道過(guò)程分析： 溫度系統(tǒng)滯后太大，導(dǎo)致誤差長(zhǎng)時(shí)間不能克服，誤

2、差太大，不符合工藝要求。,主要問題：,滯后太大，控制不及時(shí)。,8.1 串級(jí)控制系統(tǒng),被控變量的偏差是由什么引起的？,問題解決思路分析：,答：控制住這些擾動(dòng)，應(yīng)該可以減小被控變量的波動(dòng)。,答：是由于各種擾動(dòng)引起的。,最容易想到的解決問題的辦法是什么？,燃料壓力的波動(dòng),加熱爐溫度控制系統(tǒng),該加熱爐的主要擾動(dòng)有哪些呢？,燃料熱值的波動(dòng),原料流量的調(diào)整或波動(dòng),原料入口溫度的波動(dòng)等,如果我們對(duì)每種擾動(dòng)都進(jìn)行控制，肯定滿足工藝要求。但是，這樣控制系統(tǒng)就變得非常復(fù)雜、成本大大提高。,實(shí)際工業(yè)控制過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的要求： 在滿足工藝要求的前提下，盡可能簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì),人們研究出了一種不需要增加太多的儀表就可以使被控

3、變量達(dá)到較高的控制精度的方法串級(jí)控制系統(tǒng)。,串級(jí)控制系統(tǒng)的思想： 把時(shí)間常數(shù)較大的被控對(duì)象分解為兩個(gè)時(shí)間常數(shù)較小的被控對(duì)象。,圖8-2 加熱爐控制過(guò)程分解,圖8-3 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng),圖8-4 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖,圖8-3 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng),圖8-5 串級(jí)控制系統(tǒng)組成原理及術(shù)語(yǔ),(1) 組成原理,將原被控對(duì)象分解為兩個(gè)串聯(lián)的被控對(duì)象。 以分解后的兩個(gè)被控對(duì)象的中間變量作為副被控變量，構(gòu)成一個(gè)副回路（簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)）。 將原被控變量作為主被控變量構(gòu)成主回路。 主控制系統(tǒng)控制器的輸出信號(hào)作為副控制系統(tǒng)控制器的設(shè)定值，副控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)作為主被控對(duì)象的輸入信號(hào)。,(2) 串級(jí)控

4、制系統(tǒng)術(shù)語(yǔ),主變量：生產(chǎn)過(guò)程所需要控制的工藝參數(shù)，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。,副變量：串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要引入的輔助變量。,副對(duì)象：副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。,主對(duì)象：主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。,副控制器：其給定值來(lái)自主控制器的輸出，并按副變量的測(cè)量值與給定值的偏差而工作的控制器（又名隨動(dòng)控制器）。 為什么把副控制器又稱為隨動(dòng)控制器呢？,主控制器：按主變量的測(cè)量值與給定值偏差而工作，其輸出作為副變量給定值的控制器（主導(dǎo)控制器）。,主回路：由主變量的測(cè)量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對(duì)象構(gòu)成的外回路。也稱為外環(huán)或主環(huán)。,副回路：由負(fù)變量的

5、測(cè)量變送裝置、副控制器、執(zhí)行器和副對(duì)象所構(gòu)成的內(nèi)回路。也稱為內(nèi)環(huán)或副環(huán)。,主測(cè)量值、副測(cè)量值：相應(yīng)被控變量的測(cè)量值。,主設(shè)定值、副設(shè)定值：主設(shè)定值是主被控變量的期望值，由主控制器內(nèi)部設(shè)定。副設(shè)定值由主控制器的輸出信號(hào)提供。,8.1.2 控制過(guò)程,只考慮上圖中的f1、f2,一方面： 另一方面：,小結(jié)：由于副環(huán)的作用使控制作用變得更快、更強(qiáng)。,(1)擾動(dòng)作用于副對(duì)象：,(2)擾動(dòng)作用于主對(duì)象： 只考慮下圖中的f3,小結(jié)：擾動(dòng)作用于主對(duì)象時(shí)，串級(jí)控制也能有效地克服擾動(dòng)。,結(jié)論： 串級(jí)控制系統(tǒng)，副環(huán)的增加使得整個(gè)系統(tǒng)克服擾動(dòng)的能力更強(qiáng)、作用更及時(shí)，控制性能明顯提高。,8.1.3 系統(tǒng)特點(diǎn),(1)分級(jí)控

6、制思想,(2)串級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),將一個(gè)控制通道較長(zhǎng)的對(duì)象分解為兩個(gè)對(duì)象。,兩個(gè)對(duì)象、兩個(gè)控制器、兩個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)執(zhí)行器,(3)系統(tǒng)的工作方式,(4)控制性能,副環(huán)既是隨動(dòng)又是定值控制系統(tǒng)；主環(huán)是定值控制系統(tǒng)。,由于副回路的引入，改善了對(duì)象特性，系統(tǒng)對(duì)于擾動(dòng)反映更及時(shí)，可有效地克服滯后，提高控制性能。,8.1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì),主被控變量的選擇原則：與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)相同,(1)主、副被控變量的選擇,盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變量； 所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定安全高效的要求； 必須考慮自動(dòng)化儀表及裝置的現(xiàn)狀。,副被控變量的選擇原則： 必須保證它是操縱變量到主被控變量通道中的一個(gè)適當(dāng)中間

7、變量。串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 使主要擾動(dòng)作用于副對(duì)象上 使副對(duì)象包含適當(dāng)多的擾動(dòng) 主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)不能太接近通常使Ts明顯TM 原因：一方面：如果相差很小，失去設(shè)置副環(huán)的意義 另一方面：如果基本相等，系統(tǒng)可能出現(xiàn)“共振”，降低控制質(zhì)量甚至?xí)霈F(xiàn)不穩(wěn)定,(2)控制規(guī)律的選擇,主控制器控制規(guī)律：原則：與簡(jiǎn)單控制類似 從工藝上來(lái)說(shuō)，采用串級(jí)控制系統(tǒng)的主被控變量是主要參數(shù)，不允許有余差。PI/PID(滯后較大時(shí)),副控制器控制規(guī)律： 依據(jù)：副環(huán)是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，副被控變量的控制可以有余差。為了使副環(huán)盡可能的發(fā)揮其作用。 所以：一般選擇P控制，而且比例度選的較小。,(3)控制器作用方向的選擇,依據(jù)：使

8、系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng) 副控制器方向的選擇與簡(jiǎn)單系統(tǒng)類似。如何選擇？,副控制器正、反作用的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式來(lái)確定。,主控制器正、反作用的選擇根據(jù)副被控變量對(duì)主被控變量的影響關(guān)系來(lái)確定。,例題：下圖所示的加熱爐溫度-壓力串級(jí)控制系統(tǒng)，試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并分別確定主、副控制器的正、反作用。,圖8-6 加熱爐溫度-壓力串級(jí)控制系統(tǒng),圖8-7 加熱爐溫度-壓力串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖,解答： (1)閥的氣開、氣關(guān)特性（應(yīng)如何選擇？）,依據(jù)安全原則，當(dāng)供氣中斷時(shí)，應(yīng)使控制閥處于全關(guān)閉狀態(tài)，不致燒壞加熱爐，所以應(yīng)選氣開閥,副控制器,(2)控制器的正、反作用（如何確定？）,所以：副控制器應(yīng)選反作用。,

9、因?yàn)椋?所以：主控制器應(yīng)選反作用。 若兩者一致，則選正作用。,因?yàn)椋?主控 制器,結(jié)論：副調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇要依據(jù)閥門的氣開、氣關(guān)特性；主調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇與閥門的氣開、氣關(guān)形式無(wú)關(guān)。,DDZ-儀表投運(yùn)步驟： 將主控制器設(shè)定為內(nèi)設(shè)定方式，副控制器設(shè)定為外設(shè)定方式；為什么？ 在副控制器處于軟手動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行遙控操作，使主被控變量在主設(shè)定值附近穩(wěn)定下來(lái)； 將副控制器切入自動(dòng)； 最后將主控制器切入自動(dòng)。,先手動(dòng)后自動(dòng)，先內(nèi)后外,(4)系統(tǒng)投運(yùn),串級(jí)系統(tǒng)的投運(yùn)與所選儀表有關(guān)。,(5)主、副控制器參數(shù)的工程整定,兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器。步驟如下： 在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純

10、比例作用的條件下，將主控制器的比例度先固定在100%，然后逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（4:1或10:1）過(guò)渡過(guò)程下的副控制器的比例度ss和振蕩周期Tss。 在副控制器的比例度為ss的條件下，逐步減小主控制器的比例度，在同樣衰減比下，得到主控制器的MM和TMM 。 根據(jù)得到的ss、Tss 、MM和TMM ，查找主、副控制器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。 按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定方法，將得到的控制器參數(shù)加到控制器上。 觀察控制過(guò)程，再作適當(dāng)調(diào)整。,一步整定法：只整定主控制器，副控制器的參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定。 依據(jù)：在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主變量是工藝的主要操作指

11、標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)它要求比較嚴(yán)格。副變量的設(shè)置主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量，對(duì)副變量本身沒有很高的要求，允許它在一定范圍內(nèi)變化。,步驟如下： 在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行條件下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將副控制器的比例度調(diào)到某一適當(dāng)值。 利用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的任一參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。 如果出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)整主控制器和副控制器的參數(shù)整定值。,副控制器的經(jīng)驗(yàn)值：,表8-1 一步整定法副控制器比例度的經(jīng)驗(yàn)值,串級(jí)控制系統(tǒng)適用場(chǎng)合： 采用簡(jiǎn)單控制質(zhì)量較差，或要求被控變量的誤差范圍很小，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)不能滿足工藝要求。 當(dāng)對(duì)象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁，,復(fù)雜控制系統(tǒng)中用的最多的一種。,例

12、題：如圖所示為一鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)的示意圖，要求鍋爐不能燒干。 （1）確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式，確定控制器的正、反作用，并簡(jiǎn)述當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，該控制系統(tǒng)是如何克服干擾的？,（2）如果冷水閥前后壓力波動(dòng)較大，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)以汽包液位為主變量、冷水壓力為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。要求畫出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，確定主、副控制器的正、反作用，簡(jiǎn)要說(shuō)明該系統(tǒng)是如何克服擾動(dòng)影響的。,解：（1）因?yàn)椋簭陌踩慕嵌瓤紤]，鍋爐汽包內(nèi)的液位不能過(guò)低。因此，當(dāng)供氣中斷時(shí)，冷水閥應(yīng)該全開。 所以：控制閥應(yīng)該選擇氣關(guān)閥。 因?yàn)椋?所以：控制器應(yīng)選正作用。 當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，液位L降

13、低，檢測(cè)變送環(huán)節(jié)LT把信息送給控制器LC，LC根據(jù)偏差及控制規(guī)律開大冷水閥，使液位L回升到設(shè)定值。,（2）以汽包液位為主變量、冷水流量為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖為： 副控制器： 因?yàn)椋?所以：副控制器選正作用。 主控制器： 因?yàn)椋?所以：主控制器選反作用。,8.2 均勻控制系統(tǒng),圖8-8 前后精餾塔的物料平衡關(guān)系（矛盾）,8.2.1 均勻控制的原理,圖8-8 為連續(xù)精餾的多塔分離過(guò)程。 甲塔：塔釜液位是一個(gè)重要工藝參數(shù)。 乙塔：希望進(jìn)料量穩(wěn)定，即流量是其要控制的工藝參數(shù),矛盾的解決辦法：中間增加儲(chǔ)罐（增加流程復(fù)雜性，投資增加）。怎么辦？,圖8-8 前后精餾塔的物料平衡關(guān)系（矛盾

14、）,為了求共存：,均勻控制的目的： 從控制方案出發(fā)，解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)工作（如使液位和流量均勻變化）。,矛盾雙方都降低要求,采用均勻控制的前提條件： 系統(tǒng)需要控制的兩個(gè)或多個(gè)變量的要求不是很高，可以在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。,圖8-9 控制目標(biāo)的調(diào)整,均勻控制的特點(diǎn)： 表征前后供求矛盾的兩個(gè)變量在控制過(guò)程中都應(yīng)該是緩慢變化的。 前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。,均勻控制的實(shí)現(xiàn)方法： 通過(guò)控制器的參數(shù)整定來(lái)實(shí)現(xiàn)。,8.2.2 均勻控制方案 (1)簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng),圖8-10 簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng),左圖可以實(shí)現(xiàn)基本滿足甲塔液位和乙塔進(jìn)料流量的控制要求。結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)單

15、液位控制系統(tǒng)一樣。,參數(shù)整定：要按照均勻控制思想進(jìn)行。一般采用P控制，且先放在較大，然后同時(shí)觀察兩個(gè)被控變量的過(guò)渡過(guò)程，達(dá)到均勻的目的。有時(shí)為了防止液位超限，也引入較弱的積分作用。微分作用與均勻矛盾，不能采用。,(2)串級(jí)均勻控制系統(tǒng),圖8-11 串級(jí)均勻控制系統(tǒng),簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)對(duì)壓力擾動(dòng)反映不及時(shí)。另外，當(dāng)系統(tǒng)的自衡能力較強(qiáng)時(shí)，控制效果也較差。為此引入串級(jí)均勻控制系統(tǒng)。,串級(jí)均勻控制器主、副控制器均采用P控制，只是在要求較高時(shí)，為了防止偏差超過(guò)范圍，才引入適當(dāng)?shù)腎作用。,參數(shù)整定：在串級(jí)均勻控制系統(tǒng)中，參數(shù)整定的目的不是使變量盡快地回到給定值，而是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢變化。整定方法

16、也與一般的串級(jí)控制系統(tǒng)不同。不是要求主、副變量的過(guò)渡過(guò)程成某個(gè)衰減比變化，而是要求主、副變量“均勻”的得到控制。均勻控制器參數(shù)值一般較大。,適用場(chǎng)合：串級(jí)均勻控制系統(tǒng)適用于調(diào)節(jié)閥前后壓力擾動(dòng)較大，過(guò)程自衡作用較顯著以及對(duì)流量要求比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，其控制質(zhì)量較高。,8.3 比值控制系統(tǒng),8.3.1 比值控制基本概念 目的：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，常常需要將兩種或兩種以上的物料按一定的比例關(guān)系進(jìn)行混合。比值控制的目的是為了實(shí)現(xiàn)幾種物料按一定比例混合，使生產(chǎn)安全、正常地進(jìn)行。 定義：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。,主動(dòng)量（主流量）：在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有

17、一種物料處于主導(dǎo)地位，稱此物料為主動(dòng)量(FM)。 從動(dòng)量（從流量）：另一種物料按主物料進(jìn)行配比，在控制過(guò)程中隨主物料而變化，因此稱為從動(dòng)量(FS)。,從動(dòng)量與主動(dòng)量要滿足關(guān)系式：,其中，k為從動(dòng)量與主動(dòng)量的比值。,類型： 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 變比值控制系統(tǒng),8.3.2 比值控制系統(tǒng)類型 (1)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),左圖(a)為一燃燒過(guò)程。 主動(dòng)量：燃料 從動(dòng)量：空氣 圖(b)為其方塊圖。,(a) 燃燒過(guò)程比值控制系統(tǒng),(b)加熱爐溫度-壓力串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖,8-12 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)的區(qū)別,(a)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖,（b）串級(jí)控制系

18、統(tǒng)方塊圖,結(jié)構(gòu)上：沒有主對(duì)象、主控制器； 串級(jí)中，副變量是操縱變量到主被控變量之間的一個(gè)中間變量，會(huì)影響主被控變量，在比值中，從動(dòng)量不會(huì)影響主動(dòng)量。本質(zhì)區(qū)別,單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)的區(qū)別：,從動(dòng)量控制系統(tǒng)既是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)又是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能克服從動(dòng)量的波動(dòng)，使其隨主動(dòng)量的變化而變化，使它們保持比值關(guān)系。,結(jié)論：,在單閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)主動(dòng)量控制系統(tǒng)，就構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)?？驁D如下：,(2)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng),8-13 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖,8-13 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖,雙閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)際上是由一個(gè)定值控制系統(tǒng)和一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)組成，它

19、不僅能保持兩個(gè)流量之間的比值，而且能保證總流量不變。 適用場(chǎng)合：主要應(yīng)用于總流量需要調(diào)整的場(chǎng)合。,(3)變比值控制系統(tǒng),在有些生產(chǎn)過(guò)程中，需要兩種物料的比值按具體的工礦而改變，此時(shí)就需用變比值控制系統(tǒng)。,8-14 變比值控制系統(tǒng),右圖是合成氨生產(chǎn)過(guò)程中煤造氣工段的變比值控制系統(tǒng)示意圖。,從結(jié)構(gòu)上看，實(shí)際上是水蒸氣、半水煤氣的比值串級(jí)控制系統(tǒng)。,目的是使變換爐觸煤層的溫度恒定在工藝要求的設(shè)定值上。,在生產(chǎn)過(guò)程中，半水煤氣與水蒸氣的量需保持一定的比值，但其比值系數(shù)要能隨一段觸煤層的溫度變化而變化，才能在較大負(fù)荷變化下保持良好的控制質(zhì)量。,該控制系統(tǒng)控制精度高，雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但應(yīng)用范圍還較廣。

20、,8-15變比值控制系統(tǒng)方塊圖,8.3.3 比值系數(shù)的計(jì)算,比值系數(shù)K是設(shè)置于比值函數(shù)模塊或比值控制器(RC)的參數(shù)。 流量比k是流量FS(F2) / FM(F1)的比值。,在相乘方案中，當(dāng)采用電動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量q與變送器輸出電流I的對(duì)應(yīng)關(guān)系是,其中,qmax是變送器量程。,(1)流量與其測(cè)量信號(hào)呈線性關(guān)系（用差壓變送器時(shí)帶有開方器）,從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器的測(cè)量信號(hào),設(shè)定 信號(hào),控制 結(jié)果,因此,當(dāng)采用氣動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量q與變送器輸出氣壓p的對(duì)應(yīng)關(guān)系為,即,其中，qmax為變送器量程。,從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器的測(cè)量信號(hào),設(shè)定信號(hào),控制結(jié)果,因此,我們得到的結(jié)果,書上結(jié)果,結(jié)論：比值系數(shù)與變送

21、器的量程、要求的從動(dòng)量與主動(dòng)量的對(duì)應(yīng)比例關(guān)系有關(guān)，與變送氣的電器零點(diǎn)無(wú)關(guān)。,(2)流量與其測(cè)量信號(hào)呈平方關(guān)系（用差壓變送器時(shí)不帶開方器）,其中,qmax是變送器量程。,在相乘方案中，當(dāng)采用電動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量q與變送器輸出電流I的對(duì)應(yīng)關(guān)系是,設(shè)定信號(hào),控制結(jié)果,因此,從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器的測(cè)量信號(hào),當(dāng)采用氣動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量q與變送器輸出氣壓p的對(duì)應(yīng)關(guān)系為,即,從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器的測(cè)量信號(hào),設(shè)定信號(hào),控制結(jié)果,因此,我們得到的結(jié)果,書上結(jié)果,(1)用或不用開放器都可以進(jìn)行比值控制，只是前者的K與k成正比，后者的K與k2 成正比，當(dāng)量程不變，儀表K值的調(diào)節(jié)范圍一定時(shí)，不帶開放器時(shí)的k的可調(diào)范圍

22、縮小了。例如，K的可調(diào)范圍為0.254,則不帶開放器時(shí)R的可調(diào)范圍不是0.254，只有0.52。 (2)使K=k的條件：帶開放器的是q1max=q2max，不帶開方器的是kq21max=q22max 。 (3)在同樣的比值k下，通過(guò)調(diào)整q1max、q2max 也可改變比值系數(shù)K。,結(jié)論：,8.4 分程控制系統(tǒng),8.4.1 分程控制基本概念,8-16 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方塊圖及其特性,8-17 分程控制系統(tǒng)方塊圖及其特性,分程控制特性類型： 兩個(gè)閥門時(shí)，有以下4種情況,8-18 分程控制特性類型,分程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：,分程的實(shí)現(xiàn)： 是通過(guò)閥門定位器或電氣閥門定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，將調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分為幾段，

23、每段控制一個(gè)閥門動(dòng)作。,簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)只控制一個(gè)執(zhí)行器 分程控制系統(tǒng)：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)同時(shí)控制幾個(gè)工作范圍不同的調(diào)節(jié)器,8.4.2 分程控制的應(yīng)用,(1)提高控制閥的可調(diào)比,在有些場(chǎng)合，調(diào)節(jié)手段只有一種，但要求操縱變量的流量需要極大的可調(diào)范圍（如100：1），而國(guó)產(chǎn)閥的可調(diào)范圍只有30。此時(shí)可將兩個(gè)大、小閥并聯(lián)使用。,例題： 設(shè)大、小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為CAmax=100，CBmax=4，可調(diào)范圍RA=RB=30，兩個(gè)閥均為氣開閥，試求兩個(gè)閥并聯(lián)后的可調(diào)范圍。,解： 因?yàn)?故，可得小閥的最小流通能力為,當(dāng)大、小閥并聯(lián)組合在一起時(shí)，閥的最小流通能力為0.133，

24、最大流通能力為104，所以調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為,分程后閥的可調(diào)范圍比用單個(gè)閥的可調(diào)范圍約增大了26.1倍，大大擴(kuò)展了可調(diào)范圍。,(2)交替使用不同的控制方式,左圖8-17為儲(chǔ)罐氮封分程控制方案及特性圖。 有些油品儲(chǔ)罐的頂部需要充滿氮?dú)庖愿艚^油品與空氣中氧氣的氧化作用。 儲(chǔ)罐頂部充滿氮?dú)?，頂部氮?dú)鈮毫σ话銥槲⒄龎?。生產(chǎn)過(guò)程中，壓力p會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。,8-19 儲(chǔ)罐氮封分程控制方案,方法：采用分程控制,8-19 儲(chǔ)罐氮封分程控制,A: 氣關(guān)閥 B: 氣開閥,采用分程控制的結(jié)果：,A: 氣關(guān)閥 B: 氣開閥,注：用反作用調(diào)節(jié)器,(3)滿足生產(chǎn)過(guò)程不同階段的需要,采用反作用控制器 分程控制的結(jié)果： 反應(yīng)開始

25、前： 反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后：,8-21 間歇反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng),8.4.2 分程控制對(duì)調(diào)節(jié)閥的要求 (1)根據(jù)工藝要求選擇具有不同特性的分程類型 (2)泄漏量問題 應(yīng)盡量使兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都無(wú)泄漏，特別是大、小閥并聯(lián)時(shí)，如果大閥泄漏量過(guò)大，小閥不能充分發(fā)揮作用，可調(diào)范圍得不到增加 (3)流量特性問題 在兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的分程點(diǎn)上，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可能會(huì)出現(xiàn)突變，表現(xiàn)在特性曲線上是折點(diǎn)，這在大、小閥并聯(lián)時(shí)尤其需要考慮兩閥為線性特性時(shí)情況嚴(yán)重；兩閥為對(duì)數(shù)特性是好一點(diǎn)。 解決辦法：選擇閥的特性時(shí)要注意 使分程信號(hào)重疊搭接一小段區(qū)域,8.6 前饋控制系統(tǒng),8.6.1 前饋控制的概念,反饋控制（閉環(huán)控制）：控制器按照被控變量與設(shè)定值的偏差來(lái)進(jìn)行控制。 存在的問題：當(dāng)被控變量偏離設(shè)定值，產(chǎn)生偏差后才進(jìn)行控制，使得控制作用滯后。,前饋控制（開環(huán)控制）：控制器根據(jù)擾動(dòng)或設(shè)定值的變化按補(bǔ)償原理進(jìn)行工作。 特點(diǎn)：擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控變量還未變化之前，根據(jù)擾動(dòng)的大小施加控制，控制超前。,8.6.2 前饋控制與反饋控制的比較,8-22兩種加熱爐溫度控制系統(tǒng),(a)反饋控制,(b)前饋控制,反饋：偏差會(huì)較大,前饋：偏差較小,(a)反饋控制,(b)前饋控制,8-23 兩種加熱爐溫度控制系統(tǒng)方塊圖,反饋控制特點(diǎn)： (1)是閉環(huán)控制系統(tǒng) (2)控制滯