复杂控制系统ppt

• 副回路：处于串级控制系统内部的，由副变量测量变送、
•
副控制器、控制阀、副对象组成的回路。
• 主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出为输入，以
•
副变量为输出的等效环，则串级系统转化成一个单回路，
•
这个单回路为主回路。
• 由方块图可以看出：主控制器的输出作 为副控制器的给定值，副控制器的输出作 用于执行器（如阀门），实施控制功能。 两个控制器都有各自的测量输入，但只有 主控制器具有自己独立的设定值，只有副 控制器的输出信号送给被控制过程。
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比值控制系统就是要实现副流量Q2与主流量
Q1成一定比值关系，满足如下关系式：K=Q2/Q1
式中K为副流量与主流量的流量比值。
1. 单闭环比值控制系统
• 单闭环比值控制系统仅对副流量进行闭环控
制，副流量PID控制器F2C的给定值等于主物料流 量乘以比值系数K。
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控制原理图如下 ：
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在稳定情况下，主、副流量满足工艺要求的
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• 单闭环比值控制系统，虽然能保持两物 料量比值一定，但由于主流量是不受控制 的，当主流量变化时，总的物料量就会跟 着变化。这对于直接去化学反应器的场合 是不太合适的，因为负荷波动会给反应过 程带来一定的影响，有可能使整个反应器 的热平衡遭到破坏，甚至造成严重事故， 这是单闭环比值控制系统无法克服的一个 弱点。
• 2、副对象的相位滞后，由于构成副回路而显得减 小，从而改善了主回路的响应速度。这对克服进 入主、副回路的干扰是有利的。
• 3、串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较 好的鲁棒性。
• 4、副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能 量流进行精确的控制。
二、比值控制系统
• 在连续生产过程中，工艺上常需要将两 种或两种以上的物料保持一定的比例关系， 如果比例一旦失调、将影响生产或造成事 故。实现两个或两个以上参数符合一定比 例关系的控制系统，称为比值控制系统， 通常为流量比值控制系统。
控制系统中的主变量，但主流量并没有构成闭环
系统，Q2的变化并不影响到Q1。尽管它亦有两个
控制器。但只有一个闭合回路．这就是两者的根
本区别。
• 单闭环比值控制系统的优点是它不但 能实现副流量跟随主流量的变化而变化， 而且还可以克服副流量本身干扰对比值的 影响，因此主、副流量的比值较为精确。 另外，这种方案的结构形式较简单、实施 起来也比较方便、所以得到广泛的应用， 尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控 制的场合。
• 复杂控制系统种类繁多，根据系统的结 构和所担负的任务来说，常见的复杂控制 系统有：串级、均匀、比值、分程、前馈、 取代、解藕等控制系统。
• 在PTA二期项目中，大量使用了串级、 比值、分程控制，下面详细讲述这三种复 杂控制系统。
一、串级控制系统
• 当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频 繁时，可考虑采用串级控制系统。串级控 制系统由两个被控参数构成，由两个PID控 制器串联而成。
• 副回路具有先调、粗调、快调的特点； 主回路具有后调、细调、慢调的特点，并 对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能 彻底加以克服。因此、在串级控制系统
中，由于主、副回路相互配合、相互补充， 充分发挥了控制作用，大大提高了控制质 量。
• 串级控制的主要优点是：
• 1、由于副回路的快速作用，发生于副回路的干扰， 在影响主变量之前可由副控制器予以校正。
控制原理图如下所示：
• 主变量：使它保持稳定是控制的主要目标。
• 副变量：它是被控制过程中引出的中间变量。
• 副对象：它反映了副变量与操纵变量的通道特性。
• 主对象：它反映了主变量与副变量关系的通道特性。
• 主控制器：接受的是主变量的偏差，其输出是去改变副控
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制器的设定值。
• 副控制器：接受的是副变量的偏差，其输出是操纵阀门。
2. 双闭环比值控制系统
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双闭环比值控制系统是为了克服单闭环比值控制系统主流量不受
控制，生产负荷（与总物料量有关)在较大范曲内波动的不足而设计
的。
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它是在单闭环比值控制的基础上增加了主流量控制回路而构成的。
它的原理图如下：
• 从上图可以看出，当主流量Q1变化时， 一方面通过主流量控制器F1C对它进行控制， 另一方向通过比值控制器K(可以是乘法器) 乘以适当的系数后作为副流量控制器的给 定值，使副流量跟随主流量的变化而变化。
• 在复杂控制系统中可能有几个过程测
• 量值、几个PID控制器以及不止一个执行机 构；或者尽管主控制回路中被控量、PID控 制器和执行机构各有一个，但还有其他的 过程测量值、运算器或补偿器构成辅助控 制系统，这样主、辅控制回路协同完成复 杂控制功能。复杂控制系统中有几个闭环 回路，因而也称多回路控制系统。
• 在串级控制系统中有内、外两个闭环回 路，其中副控制器执行器和副对象形成的 内闭环称为副环或副回路；主控制器和主 对象形成的外闭环称为主环或主回路。串 级控制系统中副环是典型的单回路PID控制 系统，如果把副环看作一个广义的对象， 那目主环也是典型的单回路PID控制系统， 也就是说， 串级控制系统包环两个单回路 PID控制系统。
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在需要保持比值关系的两种物料中，必有一
种物料处于主导地位，这种物料称之为主物料，
表征这种物料的参数称之为主动量，由于在生产
过程控制中主要是流量比值控制系统，所以主动
量也称为主流量，用Q1表示。；而另一种物料按
主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，
因此称为从物料，表征其特性的参数称为从动量
或副流量，用Q2表示。
复杂控制系统
简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、 最基本、应用最广的一种形式，是一种单输入、单 输出的单回路控制系统，在工厂中约占全部自动控 制系统的80％左右。 对于被控对象比较特殊，被 控量不止一个，生产工艺对控制品质的要求比较高 或者被控对象特性并不复杂，但控制要求却比较特 殊，对于这些情况简单回路控制系统就无能为力了。 为此，需要在单回路控制系统基础上，采取一些措 施组成复杂控制系统。
比值，Q2／Q1＝K。当主流量Q1变化时，经变送
器送至主控制器F1C(或其他计算装置)。F1C按预
先设置好的比值使输出成比例地变化，也就是成
比例地改变副流量控制器F2C的给定值，此时副
流量闭环系统为一个随动控制系统，从而Q2跟随
Q1变化，使得在新的工况下，流量比值K保持不
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变。
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单闭环比值控制系统的主流量Q1相似于串级