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1、过程控制工程过程控制工程第一节第一节 串级控制系统串级控制系统一、基本原理、结构和性能分析一、基本原理、结构和性能分析1 1.基本概念和系统结构基本概念和系统结构2.2.性能分析性能分析 能迅速克服进入副回路扰动的影响能迅速克服进入副回路扰动的影响 改善主控制器改善主控制器Gc2Gc2的广义对象特性，提高工作频率的广义对象特性，提高工作频率 容许副回路内各环节特性在一定范围内变动不影响整个系统控制品质容许副回路内各环节特性在一定范围内变动不影响整个系统控制品质 能够更精确控制操纵变量的流量能够更精确控制操纵变量的流量 可实现更灵活的操作方式可实现更灵活的操作方式二、串级控制系统设计和工程应用中
2、的问题二、串级控制系统设计和工程应用中的问题1.1.串级控制系统主、副被控变量的选择串级控制系统主、副被控变量的选择2.2.串级控制系统主、副控制器控制规律的选择串级控制系统主、副控制器控制规律的选择3.3.串级控制系统主、副控制器正反作用的选择串级控制系统主、副控制器正反作用的选择4.4.串级控制系统的积分饱和及防止积分饱和的措施串级控制系统的积分饱和及防止积分饱和的措施5.5.串级控制系统中副环的非线性串级控制系统中副环的非线性6.6.串级控制系统中控制器的参数整定和系统投运串级控制系统中控制器的参数整定和系统投运三、串级控制系统的变型三、串级控制系统的变型1.1.引入中间辅助变量的串级控
3、制系统引入中间辅助变量的串级控制系统2.2.引入阀门定位器的串级控制系统引入阀门定位器的串级控制系统第二节第二节 均匀控制系统均匀控制系统一、基本原理和结构一、基本原理和结构1.1.基本原理基本原理2.2.均匀控制系统的实施方案均匀控制系统的实施方案 单回路控制系统结构单回路控制系统结构 串级控制系统结构串级控制系统结构 双冲量均匀控制系统结构双冲量均匀控制系统结构 被控变量的差作为被控变量被控变量的差作为被控变量 被控变量的和作为被控变量被控变量的和作为被控变量3.3.均匀控制系统的特点和示例均匀控制系统的特点和示例二、控制器参数整定二、控制器参数整定1.1.控制器控制规律的选择控制器控制规
4、律的选择2.2.控制器参数整定控制器参数整定3.3.控制系统分析控制系统分析 控制系统分析控制系统分析 液位被控对象近似为积分环节液位被控对象近似为积分环节 液位被控对象近似为一阶惯性环节液位被控对象近似为一阶惯性环节第三节第三节 比值控制系统比值控制系统一、基本原理、结构和性能分析一、基本原理、结构和性能分析1.1.基本原理基本原理2.2.基本结构基本结构3.3.性能分析性能分析二、控制方案分析二、控制方案分析1.1.相乘方案的实施相乘方案的实施2.2.相除方案的实施相除方案的实施三、比值控制系统设计和工程应用中的问题三、比值控制系统设计和工程应用中的问题1.1.主动量和从动量的选择主动量和
5、从动量的选择2.2.比值控制系统类型的选择比值控制系统类型的选择3.3.比值函数环节的选择比值函数环节的选择4.4.检测变送环节的选择检测变送环节的选择5.5.其他问题其他问题6.6.比值控制系统的参数整定和投运比值控制系统的参数整定和投运四、比值控制系统的变型四、比值控制系统的变型1.1.快速跟踪快速跟踪2.2.无限可调比的比值控制系统无限可调比的比值控制系统3.3.均分控制系统均分控制系统公式汇总第四节第四节 前馈控制系统前馈控制系统一、基本原理、结构和性能分析一、基本原理、结构和性能分析1.1.基本原理基本原理2.2.基本结构基本结构 单纯前馈控制系统单纯前馈控制系统 前馈信号与反馈信号
6、相乘的前馈前馈信号与反馈信号相乘的前馈-反馈控制系统反馈控制系统 前馈信号与反馈信号相加的前馈前馈信号与反馈信号相加的前馈-反馈控制系统反馈控制系统3.3.性能分析性能分析二、前馈控制系统设计和工程应用中的问题二、前馈控制系统设计和工程应用中的问题1.1.扰动变量的选择扰动变量的选择2.2.前馈控制规律的设计前馈控制规律的设计3.3.前馈前馈-反馈控制系统中流量副回路的引入反馈控制系统中流量副回路的引入4.4.前馈控制通道中非线性环节的处理前馈控制通道中非线性环节的处理5.5.前馈控制规律的实现和偏置值的设置前馈控制规律的实现和偏置值的设置6.6.前馈控制系统的参数整定和投运前馈控制系统的参数
7、整定和投运7.7.多变量前馈控制系统多变量前馈控制系统8.8.比例滞后控制比例滞后控制第五节第五节 分程控制系统分程控制系统一、基本原理、结构和性能分析一、基本原理、结构和性能分析1.1.基本原理基本原理2.2.基本结构和性能分析基本结构和性能分析 釜式反应器温度分程控制系统分析釜式反应器温度分程控制系统分析二、分程控制系统设计和工程应用二、分程控制系统设计和工程应用中的问题中的问题1.1.分程控制系统中控制阀的泄漏量分程控制系统中控制阀的泄漏量2.2.分程控制工作范围的选择和实现分程控制工作范围的选择和实现3.3.分程点广义对象特性的突变分程点广义对象特性的突变 分程控制用于适应不同控制要求
8、分程控制用于适应不同控制要求 分程控制用于扩大可调范围分程控制用于扩大可调范围示例一示例二示例三第六节第六节 选择性控制系统选择性控制系统一、基本原理、结构和性能分析一、基本原理、结构和性能分析1.1.基本原理基本原理2.2.基本结构和性能分析基本结构和性能分析 选择器位于两个控制器和一个执行器之间选择器位于两个控制器和一个执行器之间 选择器位于几个检测变送环节与控制器之间选择器位于几个检测变送环节与控制器之间 利用选择器实现非线性控制规律利用选择器实现非线性控制规律二、选择性控制系统与其他控制系统的结合二、选择性控制系统与其他控制系统的结合1.1.选择性控制系统与比值控制系统的结合选择性控制
9、系统与比值控制系统的结合 具有逻辑规律的比值控制系统具有逻辑规律的比值控制系统 从动量供应不足时的比值控制系统从动量供应不足时的比值控制系统2.2.选择性控制系统与分程控制系统的结合选择性控制系统与分程控制系统的结合3.3.补充燃料的选择性控制系统补充燃料的选择性控制系统三、选择性控制系统设计和工程应用中的问题三、选择性控制系统设计和工程应用中的问题1.1.选择器类型的选择选择器类型的选择2.2.控制器的选择控制器的选择3.3.防积分饱和防积分饱和选择性控制实验实验结果第七节第七节 双重控制系统双重控制系统一、基本原理、结构和性能分析一、基本原理、结构和性能分析1.1.基本原理和结构基本原理和
10、结构2.2.性能分析性能分析 增加开环零点，改善控制品质，提高系统稳定性增加开环零点，改善控制品质，提高系统稳定性 提高双重控制系统的工作频率提高双重控制系统的工作频率 动静结合，快慢结合，急则治标，缓则治本动静结合，快慢结合，急则治标，缓则治本二、双重控制系统设计和工程应用中的问题二、双重控制系统设计和工程应用中的问题1.1.主、副操纵变量的选择主、副操纵变量的选择2.2.主、副控制器的选择主、副控制器的选择3.3.主、副控制器正反作用的选择主、副控制器正反作用的选择4.4.双重控制系统的关联双重控制系统的关联5.5.双重控制系统的投运和参数整定双重控制系统的投运和参数整定第八节第八节 基于
11、模型计算的控制系统基于模型计算的控制系统一、根据模型计算测量值的控制系统一、根据模型计算测量值的控制系统1.1.质量流量的控制质量流量的控制2.2.热量控制热量控制3.3.内回流控制内回流控制二、根据模型计算设定值的控制系统二、根据模型计算设定值的控制系统1.1.具有压力补偿的温度控制具有压力补偿的温度控制2.2.离心压缩机的防喘振控制系统离心压缩机的防喘振控制系统3.3.根据计算指标控制系统应用时的注意事项根据计算指标控制系统应用时的注意事项三、非线性控制三、非线性控制1.1.补偿被控对象的非线性补偿被控对象的非线性 采用控制阀的非线性流量特性补偿采用控制阀的非线性流量特性补偿 采用非线性控
12、制规律进行补偿采用非线性控制规律进行补偿 采用串级控制系统采用串级控制系统2.2.位式控制位式控制3.3.满足一定控制要求而引入的非线性满足一定控制要求而引入的非线性第二章结束谢谢！控制系统框图GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2串级控制系统的框图串级控制系统的相关名词术语主被控变量主被控变量主被控变量主被控变量y y1 1是要保持平稳控制的主要被控变量。是要保持平稳控制的主要被控变量。副被控变量副被控变量副被控变量副被控变量y y2 2是串级控制系统的辅助被控变量。是
13、串级控制系统的辅助被控变量。主控制器、副控制器主控制器、副控制器主控制器、副控制器主控制器、副控制器的传递函数的传递函数GGc1c1(s s)、GGc2c2(s s)。主被控对象、副被控对象主被控对象、副被控对象主被控对象、副被控对象主被控对象、副被控对象传递函数传递函数GGp1p1(s s)、GGp2p2(s s)。主被控变量的检测变送环节主被控变量的检测变送环节GGm1m1(s s)、副被控变量的检测变送环节、副被控变量的检测变送环节GGm2m2(s s)。主被控变量的测量值主被控变量的测量值y ym1m1、副被控变量的测量值、副被控变量的测量值y ym2m2。F F1 1和和F F2 2
14、分别是分别是进入主、副被控对象的扰动进入主、副被控对象的扰动进入主、副被控对象的扰动进入主、副被控对象的扰动。扰动通道传递函数分别为。扰动通道传递函数分别为GGf1f1(s s)和和GGf2f2(s s)。由由GGc2c2(s s)、G Gv v(s s)、GGp2p2(s s)和和GGm2m2(s s)组成的控制回路称为组成的控制回路称为副回路，或副环副回路，或副环副回路，或副环副回路，或副环。由由GGc1c1(s s)和副回路、和副回路、GGp1p1(s s)和和GGm1m1(s s)组成的控制回路称组成的控制回路称为主回路，或主环为主回路，或主环为主回路，或主环为主回路，或主环。串级控制
15、系统中有关的传递函数如下：串级控制系统中有关的传递函数如下：串级控制系统传递函数GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)U2QY2Y1F1F2E2YM2R2串级控制框图提高系统工作效率下一页上一页工作效率和其他参数的关系串级控制框图示例一示例二示例三示例四示例五防积分饱和串级控制框图串级控制框图方案二方案一与单回路液位控制的区别下一页下一页下一页下一页示例一示例二下一页下一页下一页下一页计算公式前馈与反馈控制的比较前馈控制框图下一页上一页下一页上一页下一页上一页下一页下一页上一页上一页示例二示例一示例二示例一正常：正常：TC控制阀u1=kc1e1+u1/(Tis+1)Tis/(Tis+1)u1=kc1e1u1/e1=(Tis+1)/Tis PI作用作用而而LC：u2=kc2e2+u1/(Tis+1)u1u2异常：异常：e2反向时反向时u2=kc2e2+u1/(Tis+1)u2 满足同步要求满足同步要求TCLCTYu1u2控制阀下一页上一页下一页上一页