河南理工大学-过程控制教学课件--均匀控制-正式.ppt

5.2 均匀控制 电气学院 2016/12 * * 均匀控制问题 当塔甲的进料量qi(t)变化时，希望塔甲的液位h(t)与出料 qo(t)同时平稳，以确保塔乙进料波动的减少。 为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使液位和流量均匀变化，组成的系统称为均匀控制系统。 乙塔：从稳定操作要求出发，希望进料量尽量不变或少变。 * * 49 均匀控制的要求 （1）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。 （2）前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。 图　前一设备的液位和后一设备的进料量之关系 1—液位变化曲线；2—流量变化曲线 * * 均匀控制系统的特点 不同于常规的定值控制系统，而对被控变量(CV)与操纵变量(MV)都有平稳的要求； 为解决CV与MV都希望平稳这一对矛盾，只能要求CV与MV都渐变。均匀控制通常要求在最大干扰下，液位在贮罐的上下限内波动，而流量应在一定范围内平缓渐变。 均匀控制指的是控制功能，而不是控制方案。 * * 二、均匀控制方案 50 1.简单均匀控制 图 简单均匀控制 目的 为了协调液位与排出流量之间的关系，允许它们都在各自许可的范围内作缓慢的变化。 满足均匀控制要求的方法 通过控制器的参数整定来实现。 * * 51 2.串级均匀控制 图 串级均匀控制 可在简单均匀控制方案基础上增加一个流量副回路，即构成串级均匀控制。 参数整定的方法 由小到大地进行调整。 串级均匀控制系统的主、副控制器一般都采用纯比例作用的。只在要求较高时，为了防止偏差过大而超过允许范围，才引入适当的积分作用。 * * 由于增加了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改变所引起的流量变化。 串级均匀控制系统协调两个变量间的关系是通过控制器参数整定来实现的。 在串级均匀控制系统中，参数整定的目的不是使变量尽快地回到给定值，而是要求变量在允许的范围内作缓慢的变化。 52 2.串级均匀控制 –特点 * * 均匀控制系统的分析 假设流量回路调节迅速，对液位对象而言其动态滞后可忽略；并不考虑液位测量滞后。 则广义对象特性可表示成 * * 均匀控制系统的分析(续1) 假设液位测量范围为Hmax， 进出流量的测量范围均为Qmax， 则广义对象特性可表示成 其中h(t)、 qi(t)、 qo(t)分别为液位与进出流量的归一化值。 * * 均匀控制系统的分析(续2) 对于纯比例控制器Gc = －Kc，可得到的闭环特性为： * * 纯比例均匀控制系统的特点 可实现进出物料的自动平衡； 当物料的平均停留时间Th一定时，控制器增益Kc的减少可使出料更加平缓，但使液位的波动与余差同时增大； 为减少液位的调节余差，主控制器需要引入少量的积分作用。 * * 均匀控制系统仿真举例 * * 均匀控制的控制规律 对于串级均匀控制系统的副调节器，应选择PI规律，按单回路工程整定法确定其PI参数。 对于主调节器，一般应选择纯比例规律，即积分时间足够大。通过调整增益Kc以使出料尽可能地平缓，而同时确保液位不超出允许范围。有时为减少液位的调节余差，可引入少量的积分作用，但积分时间应大于纯比例控制下系统对于主要扰动的恢复时间。 * * * 由于控制器为比例控制器，因此存在余差 * 由于控制器为比例控制器，因此存在余差