过程控制及自动化仪表第六章高性能过程控制资料.ppt

* *  设计步骤：1）独立设计反馈控制系统；2）再设计前馈补偿器 4. 前馈－串级控制系统 TC FC ∑ FC 冷物料 热物料 蒸汽 T Gc1(s) G01(s) G02(s) Gc2(s) GB(s) Gf(s) + + + + + _ _ 冷物料 q T q 主调节器 干扰通道 前馈控制器 副过程 副调节器 主变送器 副变送器 主过程 给定值 + - + + - 主参数 副参数 干扰 干扰通道的特性： 常用的前馈控制器模型有： 1、 型前馈控制器 用比值器或比例控制器等常规仪表就可实现 控制通道的特性： 6.2.4 前馈控制作用的实施  型前馈控制器 KB K ∑ K 输入 输出 2、 3、 型前馈控制器 - + + ∑ + + - 输入 输出 型前馈控制器实施框图 6.2.5 引入前馈的原则及应用实例 1、引入前馈的原则 1）系统存在频率高、幅值大、可测不可控的干扰，反馈控制难以克服、控制要求高时；  2）控制通道时间常数大于干扰通道时间常数，反馈控制不及时，控制质量差； 3）主要干扰无法用串级控制使其包含于副回路或副回路滞后过大时； 4）尽可能采用静态补偿而不采用动态补偿。 2、复合控制系统应用实例 （1）蒸发过程的浓度控制 50％→73％←溶液沸点与水沸点之温差（被控量）←进料溶液浓度、温度、流量，加热蒸汽压力、流量 方案：蒸汽流量为前馈信号、温差为反馈信号、进料溶液为控制参数的复合控制 方案：蒸汽流量为前馈信号、温差为反馈信号、进料溶液为控制参数的复合控制  （2）锅炉汽包水位控制 水位过高，易使蒸汽带液，不仅会影响蒸汽的质量和水量，而且还会导致汽轮机叶片的损坏；水位过低，轻则影响汽、水平衡，重则锅炉烧干爆炸。 影响因素：蒸汽用量（不可控）、给水流量（选为控制参数） 问题：“虚假水位”→影响控制效果。 解决方案：蒸汽流量为前馈信号，给水流量为副参数，水位为主参数→前馈－反馈串级控制   6.2.6 前馈控制系统的参数整定 前馈控制器的参数取决于对象的特性，并在建模时已经确定了， 似乎可直接投入运行而无需再整定。但是，由于特性的测试精度、 测试工况与在线运行工况的差异，以及前馈装置的制作精度等因素 的影响，使得控制效果不会那么理想。因此，必须对前馈模型进行 在线整定。这里以最常用的前馈模型 为例，讨论静态参 数kB和动态参数T1、T2的整定方法。 一、 kB的整定 1、开环整定法 开环整定是在系统作单纯的静态前馈运行下施加干扰，kB值由小逐步增大，直到被控量回到设定值，此时对应的kB值便视为最佳整定值。在进行整定时应力求工况稳定，以减小 其它干扰量对被控量的影响。否则，kB的整定值有较大的误差。 2、闭环整定法 由于开环整定过程中，被控量失去控制，容易影响生产甚至发生事故，因此在实际生产过程中应用较少，而采用闭环整定。设待整定的系统方框图如图所示，可以让系统处于前 馈反馈运行状态整定kB值，也可让系统处于反馈运行状态整定kB值。  PID KB Gf(s) Go(s) F(s) R(s) Y(s) KB闭环整定法系统方框图 第一种：前馈反馈运行状态整定kB 闭合开关K使系统处于前馈反馈运行状态。在反馈控制已整定好 的基础上，施加相同的干扰作用，由小到大逐步改变kf值，直到获得满意的补偿过程。如果kB值小，将造成欠补偿；如果kB值大，将造成过补偿。 K + - + +  第二种：反馈运行状态整定kB 打开图中开关K使系统处于反馈运行状态。待系统运行稳定后，记下干扰量变送器的输出电流Ifo和反馈控制器的输出稳定值Ico 。然后对干扰施加一增量△f，待反馈控制系统在△f作用下直到被控量回到设定值时，重新记下干扰量变送器的输出电流If及反馈控制器的输出Ic，则前馈控制器的静态放大系数kB为 上式的物理意义是：当干扰量为△f时，由反馈控制器产生的校 正作用改变了（Ic-Ico),才能使被控量回到设定值。如果用前馈控制器来校正，那么kB也必须满足这一关系式。需要指出：使用这种方法整定kB时，反馈控制器应具有积分作用。否则，在干扰作用无法消除被控量的静差。同时，要求工况尽可能稳定，以消除其它干扰的影响。  二、T1、T2的整定 前馈控制器动态参数的整定较静态参数的整定要复杂得多，至今还没有总结出完整的工程方法，仍停留在经验或定性分析阶段。 这里仅作原则性的介绍。 动态参数决定了动态补偿的程度，当T1＞T2时，前馈控制器在动态补偿过程中起超前作用；当T1＜T2时，起滞后作用；当T