[工学]过程控制系统-07.pdf

过程控制系统 Process Control System 天津大学电气与自动化工程学院 董峰 第七章 多变量过程控制系统 7.1 引言 有一些工业过程，它们存在如下一些特点： 1）输入/输出变量在两个及其以上，且相互存在耦合; 2 ）过程的某些特征参数，如放大倍数、时间常数、纯滞后时间等，随时间不断变 化； 3 ）过程的干扰量与输出量无法测量或难以测量； 4 ）过程的参数模型难以得到，只能获得非参数模型，如阶跃响应曲线或脉冲响应曲 线等； 5 ）过程的响应曲线也难以得到，只能根据经验得到一系列“如果。。。则。。。”的 控制规则等。 上述过程，均具有不同程度的复杂性，所以将它们统称为复杂过程。面对这些 复杂过程，前面讨论的控制策略和系统设计方法已不能满足要求。针对上述各种复 杂过程进行系统设计的相应方法。 第七章 多变量过程控制系统 生产过程（或复杂的实验过程）会有多个变量必须要 进行控制。作为控制系统设计的工程师必须要： （1）提供必须的（多个）传感器； （2 ）提供适当的（多个）操作变量； （3 ）决定如何通过控制系统的设计，将（多个）被控变 量（CVs）与（多个）操纵变量（MVs）配对。 之前所学习的主要是单回路控制系统及其应用。要解 决以上的问题，需要进一步的学习。 第七章 多变量过程控制系统 7.2 耦合过程及其要解决的问题 火力发电厂部分场景 第七章 多变量过程控制系统 电场锅炉多变量耦合过程示意图 第七章 多变量过程控制系统 多变量解耦控制系统实例 当干扰使压力升高时，通 过压力调节器的调节，开大调 节阀1 的开度，增加旁路回流 量，减小排出量，迫使压力回 到给定值上；与此同时，压力 的升高，会使调节阀2前后的压 差增大，导致阀门开度未变时 流量的增大。 此时，通过流量控制回路，关小调节阀2的阀门开度，迫使阀后 流量回到给定值上。由于阀后流量的减小又将引起阀前压力的增加。 第七章 多变量过程控制系统 需要解决的问题 1）如何判断多变量过程的耦合程度？ 2 ）如何最大限度地减少耦合程度？ 3 ）在什么情况下必须进行解耦设计，如何 进行解耦设计？ 第七章 多变量过程控制系统 1. 相对增益与相对增益矩阵 （1）开环增益 在相互耦合的n ×n维被控过程中选择第i 个通道，使所有其他控 制量u ( k=1，2，…，n，k≠j )都保持不变时将控制量u 改变一个 k j Δu ，所得到的y （i =1，2，…，n ）的变化量Δy 与Δu 之比，定义 j i i j 为u 到y 通道的开环增益，表示为 j i uk const ∂y i k ij ∂u j ( 1, 2, L, , ) k n k ≠j 第七章 多变量过程控制系统 （2 ）闭环增益 还是选