干扰前馈控制器复习课程.ppt

换热器前馈控制原理： 当进料流量变化时，前馈控制器根据输入信号运算后，输出控制信号，相应改变阀门开度，使蒸汽量变化，以补偿进料量F1对温度θ2的影响。 前馈控制过程： 图7-15 是进料量F1增加时，采用前馈控制的补偿过程。 ①表示扰动引起出口温度降低 ②表示前馈控制打开阀门，出口温度升高 ③出口温度的实际值 只要干扰通道和调节通道的特性相匹配，则前馈控制完全有可能抵消进料量的影响，使出口温度稳定。可见，前馈控制实现了对扰动的全补偿。 前馈控制系统的特点： 前馈控制系统是基于扰动来消除干扰因素对被控变量的影响；反馈控制基于偏差大小来消除干扰。 在扰动发生后，前馈控制作用比反馈控制作用更为及时和有效。 前馈控制系统是一种开环控制系统。反馈控制是一种闭环控制系统。 前馈控制系统只对它所测量的扰动量有校正作用，而对系统中的其他未测干扰则无能为力，反馈控制对进入闭环的所有扰动均有校正作用。 前馈控制器的控制规律是根据对象特性确定的。由于大多数对象的特性是不同的，所以在前馈控制中，需要采用各种形式的专用前馈控制器，而不是采用通用的PID控制器。反馈控制采用通用PID控制器。 举例 蒸汽加热的换热器 换热器静态前馈控制 热交换器是应用前馈控制较多的场合，换热器有滞后大、时间常数大、反应慢的特性，前馈控制就是针对这种对象特性设计的，故能很好发挥作用。 二、前馈控制的结构形式 静态前馈控制 K F2 F1 根据热平衡原理来分析 令 K F2 F1 通过调整K值，达到校正效果。 缺点：1、静态模型的准确性问题； 2、只能针对具体的扰动设计。 换热器前馈-反馈复合控制 TT FT TffC 虚线：反馈控制；实线：前馈控制。 干扰 前馈控制器 + 三、前馈控制的应用 对象的惯性滞后或纯滞后较大（控制通道长），反馈控制难以满足工艺要求，可采用前馈控制。 当主要干扰为可测、不可控变量，无法将其纳入到串级控制的副回路时，可采用前馈控制。 系统中存在变化频繁，波动幅值大，对被控变量影响显著，反馈控制又难以克服的干扰，采用前馈控制。 §7-4 均匀控制系统 一、背景 例：多塔分离过程。 图中甲塔出料量即为乙塔进料量。甲塔需保持塔釜液位的稳定，设计了液面控制系统；乙塔希望进料量保持不变，设计了流量控制系统。 当甲塔塔釜液位在干扰作用下上升时，液位控制发出信号使阀1开大，从而使乙塔进料流量增加。于是乙塔流量控制产生控制作用又使阀2关小，其结果会使甲塔液位升高，如此下去，这两个控制系统始终在相互矛盾状态下工作。 相互矛盾! 解决办法1：从工艺设计角度，增加缓冲罐 解决办法2：均匀控制 可实现前后设备在物料供求关系上互相协调、统筹兼顾的控制系统称为均匀控制系统。 二、均匀控制的特点 只有液位控制：当把液位参数控制平稳时，进入下一个设备的流量就会产生较大的波动。 液位 只有流量控制：当把流量参数控制平稳时，前一个设备的液位也将出现大范围变化。 流量 均匀控制：当某一个参数发生变化时，另一个参数也相应地发生变化，因为只有通过这种变化才能缓解供求之间的矛盾。 特点：表征前后供求矛盾的两个参数都应该在各自允许的波动范围内缓慢变化。　　 三、均匀控制的结构形式 设计要求：控制器不含微分作用；通过PI参数整定达到均匀控制效果。 §7-5 分程控制系统 一、基本概念 由一个控制器的输出去控制两个或两个以上执行器的系统称为分程控制系统。 分程控制是通过阀门定位器来实现的。 分程控制： 例：执行器1在0.02～0.06MPa的范围内动作； 执行器2在0.06～0.1MPa的范围内动作； 输出气压信号小于0.06MPa 的范围，执行器1随着气压信号的变化而改变开度； 输出气压信号大于0.06MPa 的范围，执行器1移动到极限位置开度不再变化，执行器2则随着气压信号的变化而改变开度。 分程控制的分类： 执行器同向动作的分程控制 执行器反向动作的分程控制 二、分程控制系统的应用 扩大执行器的可调范围，以适应不同生产负荷需要 例：蒸汽压力分程控制 全关到全开 全关到全开 §7-6 选择性控制系统 一、基本概念 在现代化的大型生产过程中，对自动控制的期望越来越高。不仅要求控制系统能在正常工况下克服外界干扰，而且还要求控制系统具有良好的应变能力。当生产操作达到极限时，能采取一些相应的保护措施，以防止事故的发生。 属于保护措施的自动控制系统主要有两类：一类是硬保护控制，另一类是软保护控制。 硬保护控制，ESD（Emergency Shutdown Device，紧急停车系统 ）。 软保护控制，就是当生产操作出现异常情况时，不使设备停车，而用另一套符合工艺安全逻辑关系的控制方案实现对生产的安全保护。选择性控制系统就可以用于达到上述目的。 选择