【文章內容簡介】 。主被控參數的信號送往主控制器，而副被控參數的信號被送往副控制器作為測量，這樣就構成了兩個閉合回路，即主回路（外環(huán)）和副回路（內環(huán)）。流量對象設定值控制閥流 量控制器干擾測量變送溫 度控制器溫度對象干擾測量變送串級控制系統(tǒng)的工作過程[5]，就是指在擾動作用下，引起主、副變量偏離設定值，由主、副調節(jié)器通過控制作用克服擾動，使系統(tǒng)恢復到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。 加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)結構方框圖 串級控制系統(tǒng)的特點1） 改善了對象特征，起了超前控制的作用2） 改善了對象動態(tài)特性，提高了工作頻率3） 提高了控制器總放大倍數，增強了抗干擾能力4） 具有一定的自適應能力，適應負荷和操作條件的變化 串級控制系統(tǒng)的設計設計原則：1） 在選擇副參數時，必須把主要干擾包含在副回路中，并力求把更多的干擾包含在副回路中。2） 選擇副參數，進行副回路的設計時，應使主、副對象的時間常數適當匹配。3） 方案應考慮工藝上的合理性、可能性和經濟性。串級控制系統(tǒng)的應用場合1）被控對象的控制通道純滯后時間較長，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質量指標時，可采用串級控制系統(tǒng)。2）對象容量滯后比較大，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質量指標時，可采用串級控制系統(tǒng)。3）控制系統(tǒng)內存在變化激烈且幅值很大的干擾。4）被控對象具有較大的非線性，而負荷變化又較大。5 、串級控制系統(tǒng)應用中的問題（1） 主、副控制器控制規(guī)律的選擇串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制規(guī)律選擇都應按照工藝要求來進行。主控制器一般選用PID控制規(guī)律，副控制器一般可選P控制規(guī)律。（2） 主、副控制器正、反作用方式的確定。副控制器作用方式的確定，與簡單控制系統(tǒng)相同。主控制器的作用方向只與工藝條件有關。（3） 串級控制系統(tǒng)控制器參數整定1） 在主回路閉合的情況下，主、副控制器都為純比例作用，并將主控制器的比例度置于100%，用4：1衰減曲線法整定副控制器，求取副回路4：1衰減過程的副控制器比例度(δ2p)以及操作周期(T2P)。2）將副控制器的比例度置于所求的數值δ2p上，把副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主控制器，求取主回路4：1衰減過程的δ1p和T1P。3）根據求得的(δ1p)和(T1P)、(δ2p)和(T2P)數值，按經驗公式求出主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。4）按先副后主、先比例后積分再微分的程序，設置主、副控制器的參數，再觀察過渡過程曲線，必要時進行適當調整，直到系統(tǒng)質量達到最佳為止。在生產過程中經常需要兩種或兩種以上的物料以一定的比例進行混合或參加化學反應。在需要保持比例關系的兩種物料中，往往其中一種物料處于主導地位，稱為主物料或主動量F1，而另一種物料隨主物料的變化呈比例的變化，稱為從物料或從動量F2。例如在稀硝酸生產中，空氣是隨氨的多少而變化的，因此氨為主動量F1，空氣為從動量F2。常用的比值控制方案：1F1CF2CF1F單閉環(huán)比值控制 單閉環(huán)比值控制這類比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點是兩種物料流量之比較為精確，實施比較方便，所以得到廣泛的應用。雙閉環(huán)比值控制為了既能實現兩流量的比值恒定，又能使進入系統(tǒng)的總流量F1＋F２不變，因此在單閉環(huán)比值控制的基礎上又出現了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。這類比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點是在主流量受到干擾作用開始到重新穩(wěn)定在設定值這段時間內發(fā)揮作用，比較安全。變比值控制系統(tǒng)要求兩種物料流量的比值隨第三參數的需要而變化。 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)的基本概念前饋控制是一種按干擾進行控制的開環(huán)控制方法，其基本原理是測取進入過程的干擾，并按其信號產生合適的控制作用去改變操控變量，使受控量維持在設定值上。當干擾出現以后，被控變量還未變化時，前饋控制器（也稱前饋補償裝置）就根據干擾的幅值和變化趨勢對操縱變量進行控制，來補償干擾對被控變量的影響，所以相對于反饋控制，前饋控制是比較及時的。前饋控制系統(tǒng)的幾種結構形式1） 靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)前饋控制器的輸出信號是按干擾大小隨時間變化的，它是干擾量和時間的函數。而當干擾通道和控制通道動態(tài)特性相同時，便可以不考慮時間函數，只按靜態(tài)關系確定前饋控制作用。靜態(tài)前饋是前饋控制中的一種特殊形式。2） 動態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)雖然結構簡單，易于實現，在一定程度上可改善過程品質，但在擾動作用下控制過程的動態(tài)偏差依然存在。對于擾動變化頻繁和動態(tài)精度要求比較高的生產過程，對象兩個通道動態(tài)特性又不相等時，靜態(tài)前饋往往不能滿足工藝上的要求，這時應采用動態(tài)前饋方案。動態(tài)前饋與靜態(tài)前饋從控制系統(tǒng)的結構上看是一樣的，只是前饋控制器的控制規(guī)律不同。動態(tài)前饋要求控制器的輸出不僅僅是干擾量的函數，而且也是時間的函數。要求前饋控制器的校正作用使被控變量的靜態(tài)和動態(tài)誤差都接近或等于零。顯然這種控制規(guī)律是由對象的兩個通道特性決定的，由于工業(yè)對象的特性千差萬別，如果按對象特性來設計前饋控制器的話，將會種類繁多，一般都比較復雜，實現起來比較困難。一般采用在靜態(tài)前饋的基礎上，加上延遲環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)，以達到干擾作用的近似補償。3） 前饋－反饋控制通過前面的分析，我們知道前饋與反饋控制的優(yōu)點和缺點總是相對應的，若將其組合起來，構成前饋－反饋控制系統(tǒng)，這樣既發(fā)揮了前饋控制作用及時的優(yōu)點，又保持了反饋控制能克服多個擾動和具有對被控參數進行反饋檢測的長處，因此這種控制系統(tǒng)是適合于過程控制的較好方式。前饋控制系統(tǒng)的應用場合1. 系統(tǒng)中存在著可測但不可控的變化幅度大，且頻繁的干擾，這些干擾對被控參數影響顯著，反饋控制達不到質量要求時。2. 當控制系統(tǒng)的控制通道滯后時間較長，由于反饋控制不及時影響控制質量時，可采用前饋或前饋－反饋控制系統(tǒng)。均勻控制的概念，在石油化工生產中，采用連續(xù)生產方式，各生產過程都與前面的生產過程緊密聯系。前一設備的出料往往是后一設備的進料，而后者的出料又源源不斷的輸送給其他設備做進料。于是產生了前后設備之間的供求矛盾和協(xié)調問題。解決前后工序供求矛盾，使液面和流量的變化互相兼顧均勻變化，這就是均勻控制系統(tǒng)的目的。 先進控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)和常用的復雜控制系統(tǒng)是以經典控制理論為指導的，他們的基本要素是以PID控制器為核心的基本控制回路。由于PID控制器有較好的魯棒性能，對過程模型要求不高，故對一些不太復雜的過程而言，他們是最常用的控制系統(tǒng)。20世紀后半葉，以狀態(tài)空間為標志的現代控制理論取得了長足進步，過程工業(yè)也向大型化、集約化方向發(fā)展，對控制系統(tǒng)提出了更高的要求。同時控制工具常規(guī)儀表也逐漸被以微處理器為核心的DCS和微型機所取代，它們具有強大的計算能力，因此，以提高控制系統(tǒng)品質、生產安全和獲得最大經濟效益為目標的各種先進控制系統(tǒng)應運而生，這些先進控制系統(tǒng)共同的特點是需要較為精準的過程數學模型，在此基礎上開發(fā)出各種先進控制策略。它可以大大提高工業(yè)生產過程操作和控制的穩(wěn)定性，明顯提高產品質量，有巨大的經濟效益。目前應用最廣的幾種先進的控制系統(tǒng)，包括狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)、內?？刂葡到y(tǒng)、預測控制系統(tǒng)和多變量解耦控制系統(tǒng)。第三章 數字PID控制理論 PID控制算法PID是按偏差的比例、積分和微分進行控制的一種控制規(guī)律[6]。它具有原理簡單、易于實現、參數整定方便、結構改變靈活、適應性強等優(yōu)點，在連續(xù)系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。在計算機進入控制領域后，用計算機實現的數字PID算法代替了模擬PID調節(jié)器，這種控制規(guī)律的應用不但沒有受到影響，而且有了新的發(fā)展，它仍然是當今工業(yè)過程計算機控制系統(tǒng)中應用最廣泛的一種。 模擬PID調節(jié)器PID調節(jié)器是一種線性調節(jié)器，這種調節(jié)器是將設定值r(t)與實際輸出值y(t)進行比較，構成控制偏差 （31）并將其比例、積分、微分通過線性組合構成控制量，如圖31所示，簡稱P（proportional）I（integral）D（differential）調節(jié)器。在實際應用中，根據對象的特性和控制要求，也可靈活地改變其結構，取其中一部分環(huán)節(jié)構成控制規(guī)律。++rink +比例積分微分控制對象 模擬PID控制 數字PID控制算法 在連續(xù)時間控制系統(tǒng)中，PID控制器應用得非常廣泛。其設計技術成熟，長期以來形成了典型的結構，參數整定方便，結構更改靈活，能滿足一般的控制要求。 數字PID控制比連續(xù)PID控制更為優(yōu)越，因為計算機程序的靈活性，很容易克服連續(xù)PID控制中存在的問題，經修正而得到更完善的數字PID算法。數字PID位置型控制算法數字PID位置型控制算法為