三冲量控制系统详解
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蒸汽 汽包
适用于负荷小的锅炉
三个问题：
① 不能克服虚假水位带来的后果 LC
② 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏
③ 对给水扰动控制滞后 给水
锅炉汽包水位的控制
为了克服虚假水位，引入蒸汽流量，“双冲量”
蒸 汽 FT LC
∑
给水
前馈（蒸汽流量）—反馈（汽包水位）控制系统
静态前馈
锅炉汽包水位的控制
在双冲量基础上，进一步克服给水干扰，引入给水流量信号
前馈-串级控制
结论
引入前馈控制的可能应用场合：
常规反馈控制系统难以满足要求； 干扰可测。 主要干扰可测； 调节阀与被测干扰之间没有因果关系； 干扰通道的响应速度比控制通道慢，至少应接近； 干扰通道与控制通道的动态特性变化不大。
应用前馈控制的前提条件：
分析比较
T 2C T 1C 燃料
三冲量调节控制策略
汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量 分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。 汽包水位作为主调（PID调节器）的输入 信号，去抑制水位本身的偏差。副调（外给 定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量 ）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰 动和虚假水位。
锅炉汽包水位的控制
汽包水位的单回路控制， “单冲量”—汽包水位
单纯前馈控制的存在问题：
（1）单纯前馈不存在被控变量的反馈，补偿效果没有检验 的手段，前馈作用并没有最后消除偏差时，系统无法得知 这一信息而作进一步的校正。 （2）由于工业对象存在多个干扰，势必要设置多个前馈控 制通道，因而增加了投资费用和维护工作量。 （3）前馈控制模型的精度也受到多种因素的限制，对象特 性要受到负荷和工况等因素的影响而产生漂移，导致GPD（s ）和GPC（s）的变化。 一个固定的前馈模型难以获得良好的控制品质。为了解决 上述局限性，将前馈与反馈相结合，构成前馈—反馈控制 系统（FFC-FBC）。
1）由于增加了反馈回路，大大简化了原有前馈控 制系统，只需对主要的干扰进行前馈补偿，其它干 扰可由反馈控制予以校正； 2）反馈回路的存在，降低了前馈控制模型的精度 要求，为工程上实现比较简单的通用模型创造了条 件； 3）负荷变化时，模型特性也要变化，可由反馈控 制加以补偿，因此具有一定自适应能力。
串级控制系统
原油
Gff
Σ
T 1C
燃料 原油
前馈-反馈控制系统
分析比较
结构上： 串级控制：内外两个反馈回路组成 前馈-反馈控制：一个反馈和一个开环的补偿回路叠加而 成 变量上：（串级控制的副参数与前馈-反馈控制的前馈输入量 是两个截然不同的变量） 前者是串级控制系统中反映主被控变量的中间变量，控制 作用对他产生明显的调节效果； 后者是对主被控变量有显著影响的干扰量，是完全不受控 制作用约束的独立变量，引入前馈的目的是为了补偿原料 油流量对炉出口温度的影响。 功能上： 前馈控制器与串级控制的副控制器担负不同的功能。
前馈-反馈控制
+ 前馈控制器
∑
+ u(t)
反馈控制器
ysp
过程 y(t) D(t)
前馈反馈控制方案
当F变化时，前馈控制器改变加热蒸气Fs以补偿F对 被控变量θ1的影响，同时反馈对其它干扰如物料入 口温度等按PID规律进行校正，这样两个校正作用 相叠加，使θ1尽快回到给定值。
前馈-反馈控制系统优点：
换热器的前馈控制方案
蒸汽 FF
HV, RV
工艺 介质
RF
cp, RF , T1
凝液
T2
换热器的反馈控制方案
蒸汽
HV, RV
TC
工艺介质
cp, RF , T1
凝液
T2
假设主要干扰为RF，T1
控制方案比较
蒸汽
蒸汽
TC
HV, RV
FF
HV, பைடு நூலகம்V
工艺 介质
RF
工艺介质
cp, RF , T1
凝液
T2
cp, RF , T1
凝液
T2
反馈控制方案
前馈控制方案
前馈控制的思想
D1
前馈控制器
Dn
D1，„„，Dn为 可测扰动；u，y
y
分别为被控对象 的操作变量与受 控变量。
u
对象
前馈思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作 变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。
前馈控制特点：
1、前馈控制按干扰作用的大小进行控制， 比反馈控制要及时。 2、前馈控制属于开环控制。 3、前馈控制器是视对象特性而定的“专用 ”控制器。 4、一种前馈控制只能控制一种干扰。
三冲量控制系统
本系统不但能通过串级副回路及时克服 给水流量的干扰，而且还能实现对蒸汽 负荷的前馈控制，在稳定工况下，给水 量Q将等于蒸汽量D的变化，从而维持了 水位H的不变。 给水流量信号的设立，一个很重要的作 用就是消除内扰。引入蒸汽流量信号是 为了为了克服外扰和“虚假水位”。
谢谢大家
三冲量控制原理简介
汽包三冲量简介
汽包水位三冲量调节系统是制氢装置核心控制之一。 汽包水位三冲量调节系统关系到整个造气单元的安全运 行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过 低，会造成汽包“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。汽 包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽 包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统 运行要平稳。 目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成 熟，但在实际锅炉运行中各种原因导致水位自动调节系 统投入困难，甚至自动不能投入。这种现象让人对串级 三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。
适用于负荷小的锅炉
三个问题：
① 不能克服虚假水位带来的后果 LC
② 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏
③ 对给水扰动控制滞后 给水
锅炉汽包水位的控制
为了克服虚假水位，引入蒸汽流量，“双冲量”
蒸 汽 FT LC
∑
给水
前馈（蒸汽流量）—反馈（汽包水位）控制系统
静态前馈
锅炉汽包水位的控制
在双冲量基础上，进一步克服给水干扰，引入给水流量信号
前馈-串级控制
结论
引入前馈控制的可能应用场合：
常规反馈控制系统难以满足要求； 干扰可测。 主要干扰可测； 调节阀与被测干扰之间没有因果关系； 干扰通道的响应速度比控制通道慢，至少应接近； 干扰通道与控制通道的动态特性变化不大。
应用前馈控制的前提条件：
分析比较
T 2C T 1C 燃料
三冲量调节控制策略
汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量 分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。 汽包水位作为主调（PID调节器）的输入 信号，去抑制水位本身的偏差。副调（外给 定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量 ）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰 动和虚假水位。
锅炉汽包水位的控制
汽包水位的单回路控制， “单冲量”—汽包水位
单纯前馈控制的存在问题：
（1）单纯前馈不存在被控变量的反馈，补偿效果没有检验 的手段，前馈作用并没有最后消除偏差时，系统无法得知 这一信息而作进一步的校正。 （2）由于工业对象存在多个干扰，势必要设置多个前馈控 制通道，因而增加了投资费用和维护工作量。 （3）前馈控制模型的精度也受到多种因素的限制，对象特 性要受到负荷和工况等因素的影响而产生漂移，导致GPD（s ）和GPC（s）的变化。 一个固定的前馈模型难以获得良好的控制品质。为了解决 上述局限性，将前馈与反馈相结合，构成前馈—反馈控制 系统（FFC-FBC）。
1）由于增加了反馈回路，大大简化了原有前馈控 制系统，只需对主要的干扰进行前馈补偿，其它干 扰可由反馈控制予以校正； 2）反馈回路的存在，降低了前馈控制模型的精度 要求，为工程上实现比较简单的通用模型创造了条 件； 3）负荷变化时，模型特性也要变化，可由反馈控 制加以补偿，因此具有一定自适应能力。
串级控制系统
原油
Gff
Σ
T 1C
燃料 原油
前馈-反馈控制系统
分析比较
结构上： 串级控制：内外两个反馈回路组成 前馈-反馈控制：一个反馈和一个开环的补偿回路叠加而 成 变量上：（串级控制的副参数与前馈-反馈控制的前馈输入量 是两个截然不同的变量） 前者是串级控制系统中反映主被控变量的中间变量，控制 作用对他产生明显的调节效果； 后者是对主被控变量有显著影响的干扰量，是完全不受控 制作用约束的独立变量，引入前馈的目的是为了补偿原料 油流量对炉出口温度的影响。 功能上： 前馈控制器与串级控制的副控制器担负不同的功能。
前馈-反馈控制
+ 前馈控制器
∑
+ u(t)
反馈控制器
ysp
过程 y(t) D(t)
前馈反馈控制方案
当F变化时，前馈控制器改变加热蒸气Fs以补偿F对 被控变量θ1的影响，同时反馈对其它干扰如物料入 口温度等按PID规律进行校正，这样两个校正作用 相叠加，使θ1尽快回到给定值。
前馈-反馈控制系统优点：
换热器的前馈控制方案
蒸汽 FF
HV, RV
工艺 介质
RF
cp, RF , T1
凝液
T2
换热器的反馈控制方案
蒸汽
HV, RV
TC
工艺介质
cp, RF , T1
凝液
T2
假设主要干扰为RF，T1
控制方案比较
蒸汽
蒸汽
TC
HV, RV
FF
HV, பைடு நூலகம்V
工艺 介质
RF
工艺介质
cp, RF , T1
凝液
T2
cp, RF , T1
凝液
T2
反馈控制方案
前馈控制方案
前馈控制的思想
D1
前馈控制器
Dn
D1，„„，Dn为 可测扰动；u，y
y
分别为被控对象 的操作变量与受 控变量。
u
对象
前馈思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作 变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。
前馈控制特点：
1、前馈控制按干扰作用的大小进行控制， 比反馈控制要及时。 2、前馈控制属于开环控制。 3、前馈控制器是视对象特性而定的“专用 ”控制器。 4、一种前馈控制只能控制一种干扰。
三冲量控制系统
本系统不但能通过串级副回路及时克服 给水流量的干扰，而且还能实现对蒸汽 负荷的前馈控制，在稳定工况下，给水 量Q将等于蒸汽量D的变化，从而维持了 水位H的不变。 给水流量信号的设立，一个很重要的作 用就是消除内扰。引入蒸汽流量信号是 为了为了克服外扰和“虚假水位”。
谢谢大家
三冲量控制原理简介
汽包三冲量简介
汽包水位三冲量调节系统是制氢装置核心控制之一。 汽包水位三冲量调节系统关系到整个造气单元的安全运 行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过 低，会造成汽包“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。汽 包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽 包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统 运行要平稳。 目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成 熟，但在实际锅炉运行中各种原因导致水位自动调节系 统投入困难，甚至自动不能投入。这种现象让人对串级 三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。