《过程控制系统仿真》电子工业出版社出版2009.3.ppt

* 第11章 典 型 过 程 控 制 系 统 及 仿 真 过程控制系统仿真 《过程控制系统仿真》电子工业出版社 出版 2009.3 作者：郭阳宽 王正林 联系邮箱：wa_2003@126.com 本章内容与 目录 11.1 燃烧过程控制系统 11.1.1 燃烧过程控制系统的基本理论 11.1.2 燃烧过程控制系统综合仿真 11.2 PH控制系统 11.2.1 PH控制系统的基本理论 11.2.2 PH控制系统综合仿真 11.3 精馏控制系统 11.3.1 精馏控制系统的基本理论 11.3.2 精馏工艺的基本控制方案 11.3.3 精馏控制系统综合仿真 本章小结 本章描述了比值控制的基本概念，介绍了比值控制的基本特点、比值控制系统的设计及其控制器参数整定等基础知识，并通过实例仿真进行了各类比值控制系统设计及整定。 通过本章，读者对比值控制的基本概念、特点和设计方法有较为全面的认识，并通过仿真深化对比值控制的理解。 11.1 燃烧过程控制系统 11.1.1 燃烧过程控制系统的基本理论 1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统 燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。 保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。 以燃油蒸汽锅炉为例说明燃烧系统中带有一定普遍性的控制问题。 燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。 11.1 燃烧过程控制系统 11.1.1 燃烧过程控制系统的基本理论 2．炉膛负压控制系统 锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失、影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。 保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图11.2所示。 11.1 燃烧过程控制系统 11.1.2 燃烧过程控制系统综合仿真 (具体内容请参阅教材) 11.2.1 PH控制系统的基本理论 11.2.2 PH控制系统综合仿真 11.2 PH控制系统 11.2.1 PH控制系统的基本理论 1．PH控制的特点 PH控制系统的主要方式有三种： 用一种碱（或酸）滴定另一种物质使PH值保持在某一值上； 对两种分别呈酸性和碱性物质的流量等进行控制使PH值保持在一定值上； 控制两种物质的混合溶液使之保持在一定的PH值上。 PH控制和其他控制参数的不同主要在于： PH滴定曲线的高度非线性； 滴定过程的测量纯滞后特性。 11.2.1 PH控制系统的基本理论 11.2.2 PH控制系统综合仿真 11.2 PH控制系统 11.2.1 PH控制系统的基本理论 1．PH控制的特点 在控制系统中将PH值的变化转化为中和反应酸碱的控制流量变化，是根据滴定特性曲线进行的。 将滴定特性曲线转化为酸碱流量变化规律的方法主要有三种： 利用非线性阀补偿过程的非线性； 采用三段式滴定调节器，用三条相接的线段代替非线性滴定曲线； 采用滴定曲线的非线性调节器精确描述滴定曲线。 随着技术的进步，利用非线性阀补偿滴定曲线非线性用的越来越少了；而基于计算功能元器件或计算机的第2种方法和第3种方法应用越来越多。 对滞后的补偿常采用三种方法： 微分史密斯补偿方法，由于该法本身适应能力较差，较少使用； 改进的史密斯补偿方法； 自适应方法，应用较多的是增益自适应的Smith法。 为了提高控制系统的误差跟踪性能，PH控制系统经常采用的控制策略是PI或PID，不能采用P调节。 11.2 PH控制系统 11.2.1 PH控制系统的基本理论 2．三段式非线性调节器和采用滴定曲线的非线性调节器 实际中，酸碱中和后通过PH计测得PH值大小，控制系统将当前PH值大小折算成溶液中酸碱量的多少，并调节系统酸碱流量大小实现要求的PH值。 非线性调节器即是用三段相接的直线构成的折线近似滴定曲线。 采用滴定曲线的非线性调