【正文】 此題中還是存在強耦合關(guān)系，實際應用這應該考慮解耦。課程設計綜合了過程控制系統(tǒng)的各種理論，涉及到各種總控制系統(tǒng)的，像簡單的 pid 控制，解耦， smith 預估，前饋控制，串級控制等，是檢驗過程控制課程學習的很好的試金石。但干擾量 V 仍讓是被控變量 TS的主 21 要干擾量，僅靠反饋控制可以消除，但是超調(diào)量大，調(diào)節(jié)時間長，不利于系統(tǒng)安全。一般而已，我們對于塔頂精餾段要求比較高，所以增加解耦環(huán)節(jié)，使被控變量 TR不再受到塔底回流量 V 的干擾，有利于被控變量 TR的穩(wěn)定快速控制。從傳遞函數(shù)可以 看出，干擾量對于被控變量的影響不是很大，可以采取直接反饋回路消除。 根據(jù)不同控制方案的閉環(huán)響應曲線，比較控制性能（包括是否穩(wěn)定、衰減比、超調(diào)量、過渡過程時間等）。 其中 )(sfV? 為控制閥 VR 相對流通面積的變化量， %； TS2 基本不變，這里設 ?ST 分； KS KSd2 在一定范圍內(nèi)變化，這里設 KS KSd2 的變化范圍分別為 ],[2 ?SK (T/hr)/%； ]25,10[2 ?SdK T/hr。這 里， fQ為調(diào)節(jié)閥 VQ 相對流通面積， fL 為調(diào)節(jié)閥 L 相對流通面積。 u1為調(diào)節(jié)閥 VL 的相對輸入信號， u2為調(diào)節(jié)閥 VQ的相對輸入信號（以 DDZ III 型為例，當輸入電流為 4 mA 時，對應相對輸入信號為 0 %；當輸入電流為 20 mA 時，對應相對輸入信號為 100 %）， P 為精餾塔頂壓力，其變化可基本忽略， Pp 為泵出口壓力， Pp 受塔頂產(chǎn)品調(diào)節(jié)閥 VD開度的影響，變化范圍較大。 （ 5） 對于塔頂冷回流對象，假設控制通道與擾動通道的動態(tài)特性可表示為： 1)( )(L)( 2 2R ????? sT Ksf ssG R RLp，2R2 )( )()( dpRd KsP sLsG ????。 確定所用控制器的正反作用，畫出控制系統(tǒng)完整的方框圖（需注明方框圖各環(huán)節(jié)的輸入輸出信號），并選擇合適的 PID 控制規(guī)律。第一種，忽略耦合的影響，在每條控制回路上加上反饋控制，構(gòu)成單回路反饋控制；第二種，對耦合系統(tǒng)先進行解耦，分別采用單回路反饋控制回路。所以在各控制器參數(shù)均保持不變的前提下，當對象特性在發(fā)生變化時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，即每當對象特性發(fā)生變化時，我們都要進行 PID 整定，才能維持系統(tǒng)的穩(wěn)定?？刂菩盘?、干擾量都只對其控制通道有作 19 用。解耦之后，控制通道的干擾量只會對自己通道的控制變量造成影響，便于控制以及調(diào)整；另外，解耦后相當于單回路控制回路， PID 整定簡單。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 控制系統(tǒng)未解耦時，溫度設定值跟蹤 24 時超調(diào)量大，調(diào)節(jié)時間長，相對于解耦的系統(tǒng)，穩(wěn)定性要差一些。 。因此一開始我選擇一個簡單的 pid 控制系統(tǒng)，看看簡單系統(tǒng)的控制是否能達到設計的要求。 23 四、 控制性能比較 表 1 不同方案的控制性能比較表格 方案一 方案二 TR TS TR TS 溫度設定值跟蹤 衰減比 ： 1 6： 1 :1 3:1 超調(diào)量 /℃ 63 36 35 9 調(diào)節(jié)時間 /min 14 是否穩(wěn)定 是 是 是 是 泵壓力干擾影響 最大動態(tài)偏差/℃ 7 0 恢復時間 /min 3 4 0 是否穩(wěn)定 是 是 是 是 進料量干擾影響 最大動態(tài)偏差/℃ 6 6 恢復時間 /min 9 12 是否穩(wěn)定 是 是 是 是 塔底回流量干擾影響 最大動態(tài)偏差/℃ 16 150 0 150 恢復時間 /min 25 0 是否穩(wěn)定 是 是 是 是 由表格中的數(shù)據(jù)比較可以得出：控制系統(tǒng)未解耦時，溫度設定值跟蹤時超調(diào)量大，調(diào)節(jié)時間長，相對于解耦的系統(tǒng)，穩(wěn)定性要差一些。 14 控制方案的工藝控制流程圖 圖 21 控制工藝流程圖 控制系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)方框圖 圖 22 系統(tǒng)仿真方框圖 15 其中，被控變量 TR測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊為： 圖 23 被控變量 TR 測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊 (Gmr) 被控變量 TS測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊為： 圖 24 被控變量 TS 測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊 (Gms) 控制通道與擾動通道的動態(tài)特性傳遞函數(shù)模塊： 圖 25 GR 傳遞函數(shù)模塊 (包含 G1 G21) 圖 26 GS 傳遞函數(shù)模塊 (包含 G1 G22) 進料量 F 的干擾通道的傳遞函數(shù)模塊： 16 圖 27 進料量 F 的干擾通道的傳遞函數(shù)模塊 解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊： 圖 28 解耦環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)模塊 N(包含 N2 N12) 控制器 PID PID2 都是正作用，都選擇 PID 控制規(guī)律。 控制器參數(shù)的整定 （ a）控制 TR的控制器 PID1 的參數(shù)為： P=， I=， D= （ b）控制 TS的控制器 PID2 的參數(shù)為： 10 P=， I=， D= 控制系統(tǒng)處于“閉環(huán)” 狀態(tài)下的性能測試 （ a）溫度設定值跟蹤響應試驗（溫度設定值為 140℃）： 溫度設定值 TR 響應曲線 溫度設定值 TS 響應曲線 （ b）泵出口壓力 PP 對系統(tǒng)輸出的擾動響應試驗（開始 40min 后，給階躍信號 +）： 泵出口壓力干擾 TR 響應曲線 泵出口壓力干擾 TS 響應曲