化工仪表及其自动化控制——复杂控制系统.ppt

复杂控制系统 前馈控制形式2：动态前馈控制系统 蒸汽Q2 冷物料Q1 T1 T2 给定值 换热器 动态前馈控制方案 补偿器 在静态前馈控制的基础上，加上延迟环节或微分环节，以达到对干扰作用的近似补偿。 相对于干扰通道而言，控制通道反应快的给它加强延迟作用，反应慢的给它加强微分作用。根据两通道的特性适当调整、的数值，使两通道反应合拍便可以实现动态补偿，消除动态偏差。 前馈控制形式：前馈-反馈控制系统 给定 前馈－反馈控制系统方块图 反馈控制器 执行器 对象 测量、变送 － ＋ 前馈控制器 测量、变送 干扰 ＋ 蒸汽 进料 出料 换热器前馈－反馈控制系统 用“前馈”来克服主要干扰，再用“反馈”来克服其他干扰 前馈控制的应用场合 干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要求的对象。 主要干扰是可测而不可控的变量。所谓可测，是指干扰量可以用检测变送装置将其在线转化为标准的电信号。所谓不可控，主要是指这些干扰难以通过设置单独的控制系统进行控制，这类干扰在连续生产过程中是经常遇到的，其中也包括一些虽能控制但生产上不允许控制的变量，例负荷量等。 当对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈或前馈—反馈控制系统，提高控制质量。 五、多冲量控制系统 单冲量控制系统 给水 汽包 蒸汽 虚假水位造成的错误信号将带来一定的危险，为了克服这种由于“虚假液位”而引起的控制系统的误动作，引入了双冲量控制系统。 在锅炉的正常运行中，汽包水位是重要的操作指标，给水控制系统的作用就是自动控制锅炉的给水量，使其适应蒸发量的变化，维持汽包水位在允许的范围内。 左图控制系统属于简单的单回路控制系统，根据汽包液位的信号来控制给水量 被控变量——汽包水位 控制变量——给水量 存在问题：不能适应蒸汽负荷的剧烈变化。即当蒸汽负荷突然增加，汽包内蒸汽压力瞬间下降，汽包内沸腾加剧，随着汽泡的迅速增多，汽包水位显示偏高，形成了虚假水位上升现象，称为“虚假液位”。 单冲量液位控制系统 双冲量液位控制系统 双冲量控制系统 汽包 蒸汽 给水 － 给定 双冲量控制系统方块图 液位控制器 执行器 汽包对象 测量、变送 － 测量、变送 干扰 ＋ 双冲量是指液位信号和蒸汽流量信号。 实际上是一个前馈-反馈控制系统。当蒸汽负荷的变化引起液位大幅度波动时，蒸汽流量信号的引入起着超前的控制作用(即前馈作用)，它可以在液位还未出现波动时提前使控制阀动作，从而减少因蒸汽负荷量的变化而引起的液位波动，从而改善控制品质。 三冲量液位控制系统 － 给定 三冲量控制系统方块图 液位控制器 执行器 测量、变送 － 测量、变送 汽包对象 蒸汽流量 流量控制器 测量、变送 流量对象 － 影响锅炉汽包液位的因素还包括供水压力的变化。当供水压力变化时，会引起供水流量变化，进而引起汽包液位的变化。双冲量控制系统对这种干扰的克服是比较迟缓的。它要等到汽包液位变化以后再由液位控制器来调整，使进水阀开大或关小。所以，当供水压力扰动比较频繁时，双冲量液位控制系统的控制质量较差，这时可采用三冲量液位控制系统。 实际上是一个前馈—串级控制系统。 汽包液位是被控变量，也是串级控制系统中的主变量，是工艺的主要控制指标； 给水流量是串级控制系统中的副变量，引入这一变量的目的是为了利用副回路克服干扰的快速性来及时克服给水压力变化对汽包液位的影响； 蒸汽流量是作为前馈信号引入的，其目的是为了及时克服蒸汽负荷变化对汽包液位的影响。 目标：控制塔釜温度稳定。 精馏塔塔釜温度是保证产品分离纯度的重要指标 方案1： 改变加热蒸汽流量来克服干扰对温度的影响，从而达到稳定温度的目的。这个控制系统的特点是所有对温度的干扰都概括在控制回路中，且都能用控制作用来予以克服。但问题是当蒸汽压力波动比较厉害时，由于温度对象滞后较大，控制质量不够理想，对某些精馏过程来说是不符合要求的。 方案2： 即控制蒸汽流量恒定的方案（8-1(a)中的第二个方案）。这个方案的优点是能及时克服蒸汽压力这一干扰对温度的影响，即在蒸汽压力影响蒸汽流量之前就被控制作用所克服。但缺点是它不能解决进料流量、物料初温等其它因素对塔釜温度带来的影响。因此，它仍然不能满足某些精馏过程的要求。 干扰f2表示蒸汽压力的变化，它通过流量对象首先影响蒸汽流量，然后再影响塔釜温度。 干扰f1表示进料流量、进料温度、进料成分等的变化，它通过温度对象直接影响塔釜温度。 主变量：生产过程所需要控制的工艺参数，在串级控制系统中起主导作用的被控变量，如上例中的塔釜温度。 副变量：串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量，如上例中的 蒸