自动化及仪表技术基础 教学课件 ppt 作者 薄永军 李駪 主编7.第七单元 复杂与计算机控制系统.ppt

* 第七单元 复杂控制系统 与计算机控制系统 单元学习目标 认知复杂与计算机控制系统的构成； 掌握串级控制系统、集散控制系统的基本原理与应用； 熟悉其它复杂控制系统、FCS系统的应用情况。 在常规控制系统中，除了简单控制系统外，还有形式多样的复杂控制系统。如果用计算机来代替常规控制器，又可构成计算机控制系统。 凡是结构较为复杂或控制目的较为特殊的控制系统，都可以称为复杂控制系统。通常复杂控制系统是多变量的，具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上控制阀所组成的多个回路的控制系统。常见的复杂控制系统有串级、均匀、比值、分程、三冲量、前馈等系统。 主要学习这些系统的结构、特点及应用场合。 第一节 串级控制系统 简单控制系统在生产中解决了大量的参数定值调节问题，是控制系统中最基本且应用最广泛的一种形式。但当对象的容量滞后较大，负荷或干扰变化比较剧烈、频繁，或工艺对产品质量提出的要求很高时，简单控制就不再有效，就需要串级控制系统。 一、串级控制系统的组成及工作过程 1.串级控制的目的——举例及概念引入 精馏塔塔底温度控制分析与解决方案：▼ 目标：精馏塔的塔釜温度是保证塔底产品分离纯度的重要依据，一般需要其恒定，所以要求有较高的控制质量。 问题与处理： 一、串级控制系统的组成及工作过程 2.串级控制系统的组成 串级控制系统中有两个测量变送器、两个控制器、两个对象、一个控制阀，其系统组成方框图如图。可以看出，主控制器的输出即副控制器的给定，而副控制器的输出送往控制阀。从系统的结构来看，这两个控制器是串联工作的，因而这样的系统是串级控制系统。 串级控制系统有两个回路：主回路和副回路，亦称主环或副环、外环或内环。主回路是以稳定被控变量值恒定为目的，副回路是一个随动系统。方框图如下： 一、串级控制系统的组成及工作过程 串级控制系统几个专用名词： ① 主回路 主变量 也称主被控变量，是生产过程中的重要工艺控制指标，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。 主变送器 串级控制系统中检测主变量的变送器。 主对象 生产过程中含有主变量的被控制的工艺生产设备。 主控制器 接受主变送器送来的信号，与由工艺指标决定的设定值进行比较，其输出送给另一控制器作为设定值。 主回路 是由主测量、变送，主、副控制器，控制阀和主、副对象所构成的外回路。 一次干扰F1 作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。 ② 副回路 副变量 也称副被控变量，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。 副变送器 串级控制系统中检测副变量的变送器。 副对象 生产过程中含有副变量的被控制的工艺生产设备。主对象与副对象具体划分，与变量选择有关。 副控制器 接受副变送器送来的副变量信号与由主控制器输出决定的设定值进行比较，其输出直接操纵控制阀。 副回路 是由副测量、变送，副控制器，控制阀和副对象所构成的回路。 二次干扰F2 作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。 一、串级控制系统的组成及工作过程 3.串级控制系统工作过程分析 ① 扰动进入副回路。扰动首先影响副回路，使副回路的测量值偏离外设定值，依据偏差进行工作，使流量稳定。由于有副环的控制作用，即使对主变量有些影响，也是很小的，可以由主环进一步消除。 ② 扰动进入主回路。主变量偏离设定值，它与设定值的差值使主控制器的输出发生变化，从而使副控制器的设定值发生改变。副控制器立刻采取较强的控制作用；串级控制系统要比简单控制系统的控制作用更快更有力。 ③ 扰动同时进入主、副回路。主控制器按“定值控制系统”工作，而副控制器既要克服副回路的扰动，又要跟随主控制器工作，使副控制器产生较大的偏差，于是产生比简单控制系统大几倍甚至几十倍的控制作用，使主变量的控制质量得到大大的改善。 二、特点及应用场合 1.串级控制系统结构特点 ① 主回路为定值控制系统，而副回路是随动控制系统。 ② 结构上主、副控制器串联，主控制器的输出作为副控制器的外设定，系统通过副控制器操纵控制阀以改变被控变量。 ③ 抗干扰能力强，对进入副回路扰动的抑制能力更强，控制精度高，控制滞后小，特别适用于滞后大的对象。 2.串级控制系统的应用场合 ① 对象的容量滞后较大，单回路系统调节质量不能满足要求时； ② 系统内存在激烈且幅值较大的干扰作用时，把这种干扰包括到副回路内； ③ 调节对象具有较大的非线性特性而且负荷变化较大。 三、回路和变量的选择 系统主、副回路的选则实质上是主，副变量的选择。 主变量的选择：应是表征生产过程的重要指标，其选择可以完全套用简单控制系统被控变量的选择原则。 副变量的选择。一般原则： （1）副回路应包括尽可能多的扰动，尤其是主要扰动。 （2）副回路