《自動(dòng)化儀表第八章》PPT課件

第八章復(fù)雜控制系統(tǒng),第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)第二節(jié)均勻控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)第四節(jié)前饋控制系統(tǒng)第五節(jié)選擇性控制系統(tǒng)第六節(jié)分程控制系統(tǒng)第七節(jié)多沖量控制系統(tǒng),第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng),一、概述:,(1)采用直接控制方案優(yōu)點(diǎn)：所有對(duì)溫度的干擾都包括在控制回路之中。缺點(diǎn)：對(duì)燃油流量變化等干擾控制不及時(shí)，總滯后較大。,(2)采用間接控制方案：,優(yōu)點(diǎn)：能及時(shí)而有效地克服來自燃料油壓力方面的干擾。缺點(diǎn)：燃料油控制只起輔助作用；放棄爐出口溫度控制將無法克服來自原料流量和溫度、爐膛壓力變化等方面的干擾。,(3)串級(jí)控制系統(tǒng)組成,方框圖：,(4)常見名詞術(shù)語:主、副變量，主、副控制器，主、副對(duì)象，主、副變送器，主、副回路，一、二次干擾。,二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程,1、干擾f來自燃料油流量2、干擾f來自原料油3、一、二次干擾f同時(shí)出現(xiàn)(1)使主、副變量同向變化(2)使主、副變量反向變化,原料油,分析可知：副控制器具有“先調(diào)、粗調(diào)”作用，主控制器具有“后調(diào)、細(xì)調(diào)”作用；兩者配合，控制質(zhì)量必高于單回路控制系統(tǒng)。,三串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn),1在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路2在串級(jí)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)變量當(dāng)對(duì)象T、很大，干擾作用強(qiáng)而頻繁，負(fù)荷變化大，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)滿足不了時(shí)，采用串級(jí)控制。,四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定,主副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系,(3)使副環(huán)盡可能包圍更多的次要干擾(4)副變量的選擇應(yīng)考慮到主副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配,以防共振的發(fā)生.,(2)使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回路內(nèi),五主、副控制器控制規(guī)律及正反作用的選擇,1、控制規(guī)律的選擇1）主控制器通常選用比例積分控制規(guī)律2）副控制器一般采用比例控制規(guī)律2、正、反作用方式的選擇副控制器按單回路方式選擇主控制器按下式確定:主、副變量要求控制閥動(dòng)作方向一致時(shí)，則主控制器為負(fù)，反之為正,例:工藝要求溫度不能太低，否則容易結(jié)晶,副控制器：(控制器-)(控制閥)(對(duì)象)=“-”主控制器:主、副變量要求控制閥動(dòng)作方向相反，則主控制器為正。,六、串級(jí)控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定,1)兩步整定法第一步，整定副控制器；第二步，整定主控制器。、在系統(tǒng)穩(wěn)定允許條件下，主、副控制器均置于純比例作用，主控制器的比例度置于100%，逐漸減少副控制器比例度，用4：1衰減曲線法，獲取2s和T2s在副控制器的比例度等于2s時(shí)，用相同的方法，將主控制器的比例度由大到小逐漸調(diào)節(jié)，取得主控制器的1S和T1s根據(jù)上述求得的各參數(shù)，運(yùn)用4：1衰減曲線法整定計(jì)算公式，計(jì)算主、副控制器的整定參數(shù),2)一步整定法、設(shè)系統(tǒng)為純比例運(yùn)行的條件下，按照表所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值,利用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中任一種參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù),8-2均勻控制系統(tǒng),一概述1、問題的提出例如石油裂解氣分離工藝,2、解決辦法兩塔之間增設(shè)緩沖器采用均勻控制系統(tǒng),3、均勻控制的含義,是指前后供求矛盾的兩個(gè)工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、均勻地變化，使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的。,二、均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案,與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)比較1）設(shè)計(jì)目的不同2）控制規(guī)律一般為P控制器3）參數(shù)整定方法不同,特點(diǎn)：簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低；但控制效果差。適用場(chǎng)合:適用于擾動(dòng)較小、對(duì)流量的均勻程度要求較低的場(chǎng)合。,(一)、簡(jiǎn)單均勻控制,(二)、串級(jí)均勻控制,與一般串級(jí)控制系統(tǒng)比較1）設(shè)計(jì)目的不同2）主副控制規(guī)律一般為P控制器3）參數(shù)整定方法不同特點(diǎn)：串級(jí)均勻控制系統(tǒng)能克服控制閥前后壓力較大的擾動(dòng)，使主、副變量變化均勻緩慢平穩(wěn)，控制質(zhì)量較高。,第三節(jié)比值控制系統(tǒng)一、概述1、比值控制的含義凡是兩個(gè)或多個(gè)變量自動(dòng)維持一定比值關(guān)系的過程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。2、變量及關(guān)系主動(dòng)量-起主導(dǎo)作用的物料流量；從動(dòng)量-跟隨主動(dòng)量而變化的物料流量；比例系數(shù):K=Q1/Q2,二、比值控制系統(tǒng)的類型,1.特點(diǎn)簡(jiǎn)單、成本低；只有當(dāng)Q1變化時(shí)才起控制作用；Q2變化時(shí)Q1不會(huì)響應(yīng)，比例關(guān)系被破壞。2.適用場(chǎng)合副流量沒有干擾的情況。,(一)開環(huán)比值控制,(二)單閉環(huán)比值控制,1.工作過程穩(wěn)定狀態(tài)下主流量Q1變化時(shí)副變量Q2變化時(shí)2.特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：不但能實(shí)現(xiàn)流量的副變量跟主流量變化，而且能克服流量干擾等。能克服開環(huán)比值方案的不足缺點(diǎn)：主流量不受控。3.應(yīng)用場(chǎng)合在負(fù)荷變化不太大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。,(三)雙閉環(huán)比值控制,特點(diǎn);能克服單閉環(huán)主流量不受控的不足。另一優(yōu)點(diǎn)：升降負(fù)荷比較方便。適用場(chǎng)合:常用在主流量干擾頻繁的，或工藝上經(jīng)常需要升降負(fù)荷的場(chǎng)合。,(四)、變比值控制,第四節(jié)前饋控制系統(tǒng),一、概述1.問題的提出2.前饋控制系統(tǒng)構(gòu)成,3.前饋與反饋的比較,(1)前饋比反饋控制更及時(shí)有效反饋控制：檢測(cè)的信號(hào)是被控變量前饋控制：檢測(cè)的信號(hào)是干擾量(2)前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)(3)前饋控制使用的是視對(duì)象特性而設(shè)計(jì)的專用控制器(4)一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾,二、前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,1.單純的前饋控制系統(tǒng)1）靜態(tài)前饋控制2）動(dòng)態(tài)前饋控制,2.復(fù)合控制系統(tǒng)（前饋反饋控制系統(tǒng)）,三、前饋控制的應(yīng)用場(chǎng)合干擾幅值大而頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，僅采用反饋控制達(dá)不到要求的對(duì)象。主要干擾是可測(cè)而不可控的變量。當(dāng)對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差，可采用前饋或前饋反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。,第五節(jié)選擇性控制系統(tǒng),一、基本概念,生產(chǎn)保護(hù)性措施有兩類：,生產(chǎn)的軟保護(hù)措施通過一個(gè)特定設(shè)計(jì)的自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時(shí)，既不使設(shè)備停車又起到對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)的目的。,一類是硬保護(hù)措施；,一類是軟保護(hù)措施。,二、選擇性控制系統(tǒng)的類型1.開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng),2）連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng),3.混合型選擇性控制系統(tǒng),三、積分飽和及其防止,1.積分飽和的產(chǎn)生及其危害性,產(chǎn)生積分飽和的條件,其一是控制器具有積分作用；其二是控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)，其輸出沒有被送往執(zhí)行器；其三是控制器的輸入偏差信號(hào)長(zhǎng)期存在。,2.抗積分飽和措施,目前防止積分飽和的兩種方法,（1）限幅法通過一些專門的技術(shù)措施對(duì)積分反饋信號(hào)加以限制，從而使控制器輸出信號(hào)被限制在工作信號(hào)范圍之內(nèi)。（2）積分切除法當(dāng)控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，就將控制器的積分作用切除掉，這樣就不會(huì)使控制器輸出一直增大到最大值或一直減小到最小值，就不會(huì)產(chǎn)生積分飽和問題了。,第六節(jié)分程控制系統(tǒng),一、概念,二、分程控制的應(yīng)用,1）用于擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控制品質(zhì),2）用于控制兩種不同的介質(zhì)，以滿足工藝的要求,3）用作生產(chǎn)安全的防護(hù)措施,第七節(jié)多沖量控制系統(tǒng),單沖量液位控制系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用儀表少。,缺點(diǎn),不能適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的劇烈變化。,易根據(jù)“假液位”引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作。,雙沖量液位控制系統(tǒng),從結(jié)構(gòu)上看，它實(shí)際上是一個(gè)前饋-反饋控制系統(tǒng)。,當(dāng)供水壓力擾動(dòng)比較頻繁時(shí)，該系統(tǒng)的控制質(zhì)量較差。,三沖量液位控制系統(tǒng),這實(shí)質(zhì)上是前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)。,結(jié)論,例一：加熱爐的控制,一、加熱爐的單回路控制方案,二、加熱爐的串級(jí)控制方案,1、爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制,2、爐出口溫度對(duì)燃料油流量的串級(jí)控制,3、爐出口溫度對(duì)燃料油閥后壓力的串級(jí)控制,4.采用浮動(dòng)閥的控制,5.前饋-反饋控制,催化裂化裝置：,常壓蒸餾裝置：,三、安全連鎖保護(hù)系統(tǒng)1.以燃料氣為燃料的加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng),2.以燃料油為燃料的加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng),例二：鍋爐設(shè)備的自動(dòng)控制,一、組成及工藝過程,1、輸入/輸出量：為多輸入多輸出，且相互關(guān)聯(lián),2、整體控制方案：鍋爐汽包水位的控制蒸汽過熱系統(tǒng)的控制鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制輔助設(shè)備控制,二、鍋爐汽包水位的控制控制目標(biāo)：維持水位，保證安全運(yùn)行汽包水位對(duì)象的干擾量分析：給水量的波動(dòng)蒸汽負(fù)荷的變化燃料量的變化汽包壓力變化,1.汽包水位過程特性（1）蒸汽負(fù)荷（干擾通道）的動(dòng)態(tài)特性：,a、蒸汽量D，在燃燒量不變的情況下，由物料平衡，蒸汽量D給水量W,水位如H1b、由于D，瞬間導(dǎo)致壓力下降，汽包內(nèi)水沸騰加劇，汽包水位迅速增加，水位如H2c、實(shí)際情況為二者疊加，水位如H。,虛假水位：當(dāng)蒸汽量加大時(shí)，一開始，水位不但不下降，反而迅速上升，然后再下降。（反之）,(1)分析：a.W,液位上升，如曲線H1b.W，從汽包水中吸取熱量，使水位下降，汽包容積減小，如曲線H2c實(shí)際液位為二者疊加,(2）給水流量對(duì)水位的影響（控制通道）的動(dòng)態(tài)特性,2、控制方案：?jiǎn)螞_量液位控制系統(tǒng),雙沖量液位控制系統(tǒng),三沖量液位控制系統(tǒng),三、蒸汽過熱系統(tǒng)的控制1、蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級(jí)過熱器、減溫器、二級(jí)過熱器,2、控制目標(biāo)：保證過熱器出口溫度，使管壁溫度在允許范圍內(nèi)。3、特點(diǎn)：控制通道的時(shí)間常數(shù)及純滯后較大,4、控制方案：,方案一：串級(jí)控制系統(tǒng),方案二：雙沖量控制系統(tǒng),四、鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制1、蒸汽壓力、燃料量、空氣,2、氧含量、空氣量3、負(fù)壓控制,小測(cè)驗(yàn)：1串級(jí)控制系統(tǒng)的副控制器具有作用，主控制器具有作用,兩者配合，控制質(zhì)量必高于單回路控制系統(tǒng)。2串級(jí)控制