【文章內(nèi)容簡介】 時滯 21 TT ?② 比例 21 TT ?③ 超前 21 TT ?sTsTKsGffff2111)(??? 當(dāng)分母和分子階次較高 、 特別是有時滯或超前環(huán)節(jié)時 ， 實(shí)施比較困難 。 為此通常采用 2022/2/11 35 前饋控制系統(tǒng)的實(shí)施 (1) 用模擬儀表實(shí)施 前饋控制器的選擇 (2) 用軟件實(shí)現(xiàn) 參數(shù)整定 ② 前饋 — 反饋相結(jié)合 ， 先整定反饋系統(tǒng) ， 再重復(fù) ① 。 ① 單純的前饋控制 ， 可視工藝要求進(jìn)行參數(shù)整定 先調(diào)整 Kff ， 然后調(diào)整 T T2。 )0()0()0(pcpdff GGG ?? ① 通過特定的前饋控制器； ② 采用運(yùn)算單元自行構(gòu)造：多數(shù)工業(yè)對象采用一個帶有純滯后的 “ 一階超前 /一階滯后 ” 環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)前饋補(bǔ)償來近似 。如： 式中： Kff=K2/K1； Lff=L2L1 SLpd esTKsG 21)( 2 2???sLPC esT KsG 11)(11 ???sLffpcPdffffesTsTKsGsGsG ???????11)()()(212022/2/11 36 非線性動態(tài)前饋控制器的步驟： ? 按物料平衡和能量平衡求取對象靜態(tài)特性（一般為非線性關(guān)系 )，進(jìn)而求取靜態(tài)前饋模型（一般為非線性模型）。 ? 逐個測取對象各通道動態(tài)特性，并將它分成“靜態(tài)部分”和“動態(tài)部分”。 ? 將靜態(tài)前饋模型中的非線性環(huán)節(jié)線性化。 ? 在線性化后的靜態(tài)前饋模型基礎(chǔ)上，結(jié)合對象各通道的“動態(tài)部分”，按“全補(bǔ)償”要求，添加動態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。 ? 將線性化處理后的環(huán)節(jié)恢復(fù)成原有的非線性環(huán)節(jié)。 返回 2022/2/11 37 為此人們開發(fā)了一些具有特殊功能的系統(tǒng) 。 串級 、 前饋控制系統(tǒng)的控制效果 : 提高了系統(tǒng)響應(yīng)曲線性能指標(biāo) 這兩種控制方案可以認(rèn)為是為提高系統(tǒng)性能指標(biāo)而開發(fā)的控制系統(tǒng)。 大型生產(chǎn)過程的特點(diǎn) : 過程復(fù)雜化 各種生產(chǎn)過程的工藝設(shè)備型式、操作方式差異很大 ,又要考慮安全 要求過程控制人員充分考慮各種工藝過程的特點(diǎn) ， 設(shè)計(jì)滿足特定要求 的控制系統(tǒng) ， 以滿足工藝生產(chǎn)的需要 。 2022/2/11 38 比值控制系統(tǒng) 例 1： 稀硝酸生產(chǎn) 氨與空氣按一定比例混合氧化 氧化爐氨、空氣比超出一定極限會引起爆炸，非常危險。 控制系統(tǒng)的要求：必須維持氨、空氣比恒定 采用反饋控制待氨與空氣變化再調(diào)節(jié)，為時己晚，事故己發(fā)生。 例 2：煉油廠催化裂化裝置的再生器 作用：使催化劑再生，燒去催化劑表面的焦碳 進(jìn)入再生器內(nèi)催化劑與空氣應(yīng)有一定的比例 空氣過低：燃燒不充分，不能保證催化劑的活性，影響下一工藝 空氣過剩：降低再生器溫度、加大影響主風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，增加能耗 設(shè)計(jì)一種特定的控制系統(tǒng)，根據(jù)氨的變化調(diào)節(jié)空氣量 根據(jù)再生催化劑量去調(diào)節(jié)主風(fēng)量 例 3：工業(yè)廢水處理裝置 含 NaOH廢水 直接排入河道將污染環(huán)境 含量大時采取回收；含量小時采用加酸中和，保證廢水的 PH=7 根據(jù)堿的含量及濃度調(diào)整酸流量 怎么樣完成上述功能來滿足工藝要求呢？ 根據(jù)某一流量的變化調(diào)節(jié)另一流量 比值控制： 2022/2/11 39 比值控制的基本原理 控制變量：控制兩個變量的比值 ， 通常是指兩個流量的比值 通過一個量的變化去改變另一量 (操縱量 ) 廢水處理： FT 101 酸 FC 101 2Q1Q含堿廢水 排出水 中和池 控制器 2Q控制閥 對象 測量變送 1Q 比值控制的結(jié)構(gòu) 由構(gòu)成比值系統(tǒng)的形式分為不同的結(jié)構(gòu) 定比值控制系統(tǒng) 保持兩個流量的比值恒定 2022/2/11 40 (1) 開環(huán)比值控制 如圖所示的中和池 FT 101 酸 FC 101 2Q1Q含堿廢水 排出水 中和池 若閥是線性的 ， 則 Q2隨 Q1按比例變化 Q1變化后改變 Q2, Q1占主導(dǎo)地位是主流量 ， Q2隨 Q1變化稱為副流量 。 圖中 Q2隨 Q1變化 ， 沒有對 Q2反饋校正 ， 系統(tǒng)本身是開環(huán)的 稱為開環(huán)比值 控制器 2Q控制閥 對象 測量變送 1Q2022/2/11 41 此控制方案適合于副流量平穩(wěn)且流量比值要求不高的場合 系統(tǒng)本身無抗干擾能力 。 若副流量 （ 即酸 ） 的壓力變化 ， 無法保證兩流量的比值 。 為提高系統(tǒng)的抗干擾能力 ， 給出另一種比值控制方案 (2)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 在開環(huán)比值系統(tǒng)中 ， 對副流量設(shè)計(jì)控制回路 FT 101 酸 FC 102 2Q1Q含堿廢水 排出水 中和池 FT 102 R 比值計(jì)算器： 按預(yù)先設(shè)置好的比值系數(shù)使控制器的輸出成比例變化 單閉環(huán)比值系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制器 + 2Q控制閥 對象 測量變送 1Q測量變送 比值計(jì)算器 副流量控制回路為隨動系統(tǒng) 特點(diǎn)： Q1變化 ， 經(jīng)流量變送到比值計(jì)算器 R， R的輸出 作為副流量控制器 的設(shè)定值 ， Q2經(jīng)調(diào)節(jié)自動跟蹤 Q1的變化 ， 保持在新工況下 Q2/Q1不變 。 2022/2/11 42 當(dāng) Q1不變 ， Q2可克服自身干擾 (如閥前壓力擾動 ) 此方案的特點(diǎn) ： 在 Q2受干擾時仍能保持 Q2/Q1穩(wěn)定 ， 但因 Q1也有波動 ， 不能使總物料恒定 。 (3)雙閉環(huán)比值控制 特點(diǎn)：對主 /副流量均設(shè)有控制回路 ， 使系統(tǒng)在保證進(jìn)料比值恒定的 條件下 ， 維持總負(fù)荷平穩(wěn) 。 例：合成氨生產(chǎn) 原料：石腦油 (輕柴油 ) 二者按一定的比例在轉(zhuǎn)化爐中反應(yīng) 水蒸汽 ,空氣 } 工藝要求： 石腦油與水蒸氣的比例一定 石腦油和水蒸氣各自的流量穩(wěn)定 設(shè)計(jì)如圖所示的系統(tǒng) ， 采用了兩個閉合回路 ， 保持各自流量平穩(wěn) ， 克服了單閉環(huán)的缺點(diǎn) 2022/2/11 43 FT 101 蒸汽 FC 102 2Q1Q石腦油 去一段轉(zhuǎn)化爐 FT 102 R FC 101 控制器 + 控制閥 對象 測量變送 1Q比值計(jì)算器 雙閉環(huán)比值系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制器 + 2Q控制閥 對象 測量變送 以上三種方案的特點(diǎn)： 保持兩種物料的比值恒定 比值計(jì)算器的參數(shù)經(jīng)計(jì)算設(shè)置后不再變動 屬定比值系統(tǒng) } 變比值控制系統(tǒng) 比值控制的目的： 確保工藝平穩(wěn)操作 、 保證產(chǎn)品質(zhì)量 定比值只滿足了比值一定的關(guān)系 ， 并沒有考慮成比例的兩種物料混合 或反應(yīng)后最終質(zhì)量是否符合工藝要求。從最終質(zhì)量看，系統(tǒng)是開環(huán)的 。 2022/2/11 44 如工業(yè)廢水處理： 若廢水中 NaOH的濃度變化 ， 采用原來的比值關(guān)系 ， 當(dāng)工藝狀況 （ 如 溫度 、 壓力等 ） 發(fā)生變化時 ， 系統(tǒng)本身無法視工藝情況自行調(diào)整 ， 原來 設(shè)定的比值器參數(shù)就不能保證最終處理結(jié)果呈中性 ， 從定比值的最終結(jié) 果看 ， 系統(tǒng)仍是開環(huán)的 。 為保證最終產(chǎn)品質(zhì)量 ， 需隨時對比值器參數(shù)進(jìn) 行重新設(shè)置 。 但這些干擾通常是隨機(jī)的 ， 且幅度又各不相同 ， 無法用人 工經(jīng)常修正比值器參數(shù) 。 解決方法：按某一工藝指標(biāo)自動修正流量比值 —— 變比值控制系統(tǒng) 。 FT 101 RC 101 2Q1QFT 102 247。 AC 101 AT 101 2022/2/11 45 變比值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ⑴ 穩(wěn)定狀態(tài)：表征最終質(zhì)量指標(biāo)的主參數(shù) y恒定，主控輸出 (比值控制器 的給定 )穩(wěn)定； Q2/Q1=r=Constant。 比值計(jì)算器輸出 (表征 r)， 作為比值控 制器的測量值與給定值相等。比值控制器輸出穩(wěn)定，控制閥開度一定， 產(chǎn)品質(zhì)量合格。 ⑵主流量干擾發(fā)生：由比值控制回路快速控制，使 Q2按 Q2=rQ1變化，以 保持主參數(shù) y穩(wěn)定。 ⑶ 除流量干擾外的干擾發(fā)生：主參數(shù) y變化，主控輸出變化，修改 r， 以 保持主參數(shù)的穩(wěn)定。 實(shí)質(zhì)是 以比值控制系統(tǒng)為副回路的靜態(tài)前饋 — 串級控制系統(tǒng) 。 1Q測量變送 比值控制器 + 控制閥 流量對象 測量變送 2Q比值計(jì)算器 + 主對象 主控制器 測量變送 干擾 y 2022/2/11 46 例 1 硝酸生產(chǎn)中氧化爐 ：氨氧化生成一氧化氮 —— 放熱反應(yīng)，溫 度 T是反應(yīng)過程的主要指標(biāo)，影響溫度的主要因素是氨氣一空氣的比值 r， r穩(wěn)定 ?T穩(wěn)定?？蓸?gòu)成 溫度 T對氨氣 /空氣 (r)串級控制系統(tǒng) —— 變比值控 制系統(tǒng)。當(dāng) T受到其它干擾 (如觸媒老化 )而發(fā)生變化時，可通過主控改變 r來補(bǔ)償，以滿足工藝要求。 2022/2/11 47 比值控制器 + 控制閥 氨氣 測量變送 2Q比值計(jì)算器 + 1Q氧化爐 測量變送 溫度控制器 測量變送 干擾 T 2022/2/11 48 (2) 對雙閉環(huán)系統(tǒng) 主動量和從動量的選擇 (1) Q1不可控 ， Q2可控的情況下 ， Q1主流量 ， Q2從 動量 ① 如果 Q1可能供應(yīng)不足 ， Q2供應(yīng)充足時 ， Q1主 、 Q2從 ， 即使 Q1失控 C ?12 ② 從安全的角度考慮 ， 當(dāng) Q Q2都失控時 ,Q1做主動量和 Q2做主動 量的結(jié)果可能不一樣 ， 哪種情況下安全 (必須保持比值一定 )， 則選哪一作主流量 。 如轉(zhuǎn)化爐 224 3)( HCOOHCH ??? 汽 采用雙閉環(huán) ， 用蒸汽作主流量 因碳水比高于某一數(shù)值在爐管內(nèi)催化劑積碳 ， 堵塞爐管 ， 造成事故 比值控制的實(shí)施 2022/2/11 49 應(yīng)用比值器的方案 如右圖 ：若采用 DDZ— Ⅲ 儀表 則有 4)4( 10 ??? Kuu4)4( 102 ???? Kuuu4412???uuKu2： 副流量控制器的測量值 u0 ： 比值器的輸出 ， 副流量控制器的設(shè)定值 u1 ： 主流量的測量值 K ： 比值系數(shù) K? ? ?輸 出 信 號 零 點(diǎn) （ 輸 入 信 號 零 點(diǎn) ）2022/2/11 50 比值系數(shù) K與流量比 r的關(guān)系 : (1)流量與測量信號是線性關(guān)系 ? ? 416m a xm i nm i nm a xm a x?????? Q QuuuQ Qum a x2m a x1m a x2m a x112m a x11m a x2244164416rK ???????????????????????????2022/2/11 51 (2)流量與測量信號是非線性關(guān)系 （ 如差壓法 ） 4164162m a xm a x????????????????PPu2m a x2m a x122m a x2m a x12122112221616???????????????????????????????????????????rKmm 應(yīng)用乘法器的方案 FT 101 FC 102 2Q1QFT 102 ? su1u2u 按工藝要求的流量比 r， 來設(shè)置 us 416 )4)(4( 10 ???? suuu02 uu ?416 )4)