[理学]过程控制基础及应用 第08章 复杂控制系统.ppt

第8章 复杂控制系统 分程控制应用1：提高控制阀的可调比 4Mpa 中压蒸汽 给水 10Mpa中压蒸汽 汽包 蒸汽减压系统分程控制系统 控制阀的可调比 R＝Qmax/Qmin 由于口径固定，采用同一个控制阀，能够控制的最大流量和最小流量不可能相差太大，满足不了生产上流量大范围变化的要求，在这种情况下可采用两个控制阀并联的分程控制方案。 A阀 B阀 A阀小口径 B阀大口径 分程控制应用2：用于控制两种不同的介质 蒸汽 反应器分程控制系统 冷水 C 回水 A阀 B阀 A阀气关，B阀气开，TC反作用 对于间歇式化学反应器，既要考虑反应前的加热问题，又需要考虑过程中移走热量的问题 为此可采用分程控制系统，在该系统中，利用A、B两台控制阀，分别控制冷水与蒸汽两种不同介质，以满足工艺上需要冷却和加热的不同需要 工作原理： 反应前升温阶段——温度测量值小于给定值，控制器TC输出较大， A阀将关闭，B阀被打开，蒸汽通入加热反应物； 反应物开始放热——控制器输出逐渐减小，A阀将打开，B阀关闭，冷水通入冷却反应物，维持反应温度不变； 分程控制应用3：用作安全生产的保护措施 “反” 储罐氮封分程控制方案 A阀 B阀 阀门开度100％ 阀压kPa 化工厂的贮油罐需要进行氮封，以使油品与空气隔绝。 一个问题就是贮罐中物料量的增减会导致氮封压力的变化。为了维持罐压平衡，需要在物料被抽取时加氮补压，而在物料进料时排气减压。 贮压升高时，测量值将大于给定值，压力控制器PC的输出将下降，A阀关闭，B阀打开，排气减压 贮压降低时，测量值小于给定值时，控制器输出将变大， A阀打开，B阀关闭，补氮增压。 A阀气关，B阀气开，PC反作用 分程控制系统应用中应注意的几个问题 (1)控制阀流量特性要正确选择。因为在两阀分程点上，控制阀的放大倍数可能出现突变，表现在特性曲线上产生斜率突变的折点，这在大小控制阀并联时尤其重要。如果两控制阀均为线性特性，情况更严重。如果采用对数特性控制阀，分程信号重叠一小段，则情况会有所改善。 (2)大小阀并联时，大阀的泄漏量不可忽视，否则就不能充分发挥扩大可调范围的作用。当大阀的泄漏量较大时，系统的最小流通能力就不再是小阀的最小流通能力了。 (3)分程控制系统本质上是简单控制系统，因此控制器的选择和参数整定，可参照简单控制系统处理。不过在运行中，如果两个控制通道特性不同，就是说广义对象特性是两个，控制器参数不能同时满足两个不同对象特性的要求。遇此情况，只好照顾正常情况下的被控对象特性，按正常情况下整定控制器的参数。对另一台阀的操作要求，只要能在工艺允许的范围内即可。 8.6 前馈控制系统 测量、变送 设定值 ＋ － 控制器 执行器 干扰 对象 干扰 对象 测量、变送 执行器 控制器 反馈控制系统 前馈控制系统 反馈控制方案 前馈控制方案 反馈与前馈 D1，……，Dn为可测扰动；u，y分别为被控对象的操作变量与受控变量。 前馈思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。 前馈思想 全补偿原理 控制目标： d (t)、u (t)、y (t) 分别表示工艺介质流量（外部干扰）、蒸汽流量（控制变量）与工艺介质的出口温度（被控变量）；GFF(s)为前馈控制器的动态特性；GYD(s)、GYC(s)分别为干扰通道与控制通道的的动态特性。 前馈控制比反馈控制及时，并且不受系统滞后大小的限制。 前馈控制属于开环控制 前馈控制规律与对象特性密切相关 一种前馈作用只能克服一种干扰 前馈控制的特点 前馈控制形式1：静态前馈控制系统 蒸汽Q2 冷物料Q1 T1 T2 给定值 换热器 静态前馈控制方案 根据热量平衡原理，近似的平衡关系是蒸汽冷凝放出的热量等于进料流体获得的热量。 式中 ——蒸汽冷凝热； ——被加热物料的比热容； ——进料流量； ——蒸汽流量。 当进料流量Q1变化后，为使出口温度为T2保持不变，应增加的蒸汽量为: 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