復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)ppt課件(參考版)
2025-05-01 23:16本頁(yè)面
【正文】 。 構(gòu)造串級(jí)控制系統(tǒng) ? 利用函數(shù)變換器及各種運(yùn)算單元：對(duì)于變化多端的非線(xiàn)性特性，用變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)器來(lái)補(bǔ)償還是比較粗糙的，對(duì)于控制要求比較高的系統(tǒng)，恐怕很難得到滿(mǎn)意的效果。 過(guò)程控制 在不同流量下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 綠色：正常流量；紅色：流量減小；藍(lán)色：流量增加 過(guò)程控制 設(shè)法使系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)具有與對(duì)象增益相反的非線(xiàn)性特性，使之與原來(lái)非線(xiàn)性特性相補(bǔ)償，最后使系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益保持不變，校正為一個(gè)線(xiàn)性系統(tǒng)。 整定是在正常的負(fù)荷下進(jìn)行的。 過(guò)程控制 在一個(gè)具有變?cè)鲆鎸?duì)象的系統(tǒng)中，控制過(guò)程會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？ 為了控制回路能正常工作，就必須根據(jù)最壞的操作調(diào)節(jié)，即根據(jù)預(yù)計(jì)的最小流量來(lái)整定調(diào)節(jié)器。例如對(duì)象的增益在很多情況下不是常數(shù)而是負(fù)荷、調(diào)節(jié)量等因素的非線(xiàn)性函數(shù)，通常稱(chēng)之為對(duì)象的 變?cè)鲆嫣匦?。它們一般屬于典型非線(xiàn)性特性。 過(guò)程控制 一、 概述 系統(tǒng)中的非線(xiàn)性因素，主要存在于兩個(gè)部分： 非線(xiàn)性增益補(bǔ)償系統(tǒng) ? 一部分是用以實(shí)現(xiàn)控制的儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)中所包含的非線(xiàn)性。 先使前饋控制器中的動(dòng)態(tài)參數(shù) T1=T2，在 f的階躍擾動(dòng)下，由被控量的變化形狀判斷 T1和 T2的調(diào)整方向。 過(guò)程控制 超前滯后環(huán)節(jié)的整定 ? 實(shí)測(cè)擾動(dòng)通道傳遞函數(shù) Gf(s)，和前饋廣義對(duì)象的傳遞函數(shù) Go(s)。 過(guò)程控制 換熱器的前饋－串級(jí)控制 D，pd FffC FffT T2T T2C 蒸汽 冷物料 熱物料 冷凝水 換熱器 T1， Q FT FC 過(guò)程控制 Gp1(s) Gv(s) Gffc(s) Gffm(s) Gf(s) F1(s) Y1(s) Gc1(s) Gm1(s) － 前饋－串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖 Gc2(s) Gm2(s) Gp2(s) － 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，當(dāng)副回路的工作頻率遠(yuǎn)大于主回路的工作頻率時(shí)，副回路可近似為 1:1環(huán)節(jié)，前饋控制器的補(bǔ)償條件為： )()()(1)( sGGsGsGpsffmfffc ??過(guò)程控制 靜態(tài)前饋增益的整定 ? 根據(jù)機(jī)理分析計(jì)算靜態(tài)前饋增益 fuKffc ???? 經(jīng)驗(yàn)法：根據(jù)輸出響應(yīng)曲線(xiàn)調(diào)試靜態(tài)前饋增益。 系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)影響有較強(qiáng)的抑制能力，而前饋控制能克服進(jìn)入主回路的擾動(dòng)。 過(guò)程控制 前饋－反饋復(fù)合控制系統(tǒng) 既發(fā)揮了前饋?zhàn)饔茫杉皶r(shí)克服主要擾動(dòng)對(duì)被控量影響的優(yōu)點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)影響的特點(diǎn)，同時(shí)也降低了系統(tǒng)對(duì)前饋補(bǔ)償器的要求，使其在工程上易于實(shí)現(xiàn)。 當(dāng) ToTf時(shí)，前饋控制器呈現(xiàn)超前特性； 當(dāng) ToTf時(shí)，前饋控制器呈現(xiàn)滯后特性； 當(dāng) To=Tf時(shí)，前饋控制器呈現(xiàn)比例特性，即為靜態(tài)前饋增益； 前饋控制器的階躍響應(yīng) 過(guò)程控制 前饋控制實(shí)質(zhì)是用前饋控制器的零點(diǎn)對(duì)消前饋控制通道廣義對(duì)象的零點(diǎn)，并使前饋控制器的部分極點(diǎn)等于擾動(dòng)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)。若已知： 當(dāng)流量 Q單位階躍減小，即： ssF1)( ??過(guò)程控制 擾動(dòng)引起的輸出量的響應(yīng)為： ???????? ????????????????)e x p (1)(11)()()(11fffsfffTtKtysesTKsFsWsY f???????? ???????????????????????? ??)Ttex p (K)t(ysesTKKK)s(F)s(G)s(G)s(Yoofsooofoffco11122前饋控制引起輸出量的響應(yīng)為： ???????? ??????????)Ttex p ()Ttex p (K)t(y)t(y)t(yoofff21過(guò)程控制 靜態(tài)前饋控制中的動(dòng)態(tài)偏差 紅色曲線(xiàn)代表流量 Q減小所引起的出口溫度的響應(yīng)； 藍(lán)色曲線(xiàn)表示減小蒸汽量 D所引起的出口溫度的響應(yīng)； 出口溫度最終穩(wěn)定在設(shè)定值上，卻出現(xiàn)了一段時(shí)間較小的偏差如綠色曲線(xiàn)所示。 過(guò)程控制 靜態(tài)前饋控制 只能保持過(guò)程在穩(wěn)態(tài)下補(bǔ)償擾動(dòng)作用 0?? sffcffc )s(GK 0??? sof)s(G)s(G為了實(shí)現(xiàn)靜態(tài)前饋控制，可以根據(jù)換熱器的熱量平衡關(guān)系， 求出靜態(tài)前饋放大系數(shù)。 過(guò)程控制 前饋與反饋控制的比較 反饋控制 前饋控制 設(shè)計(jì)原理 反饋控制理論 不變性原理 被測(cè)變量 被控變量 擾動(dòng)量 控制器輸入 測(cè)量和設(shè)定之間的偏差 被測(cè)擾動(dòng)量 控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn) 可以和經(jīng)濟(jì) 有時(shí)只能近似 控制系統(tǒng)組態(tài) 閉環(huán) 開(kāi)環(huán) 典型控制器 P,PI,PD,PID及開(kāi)關(guān) 超前－滯后環(huán)節(jié) 控制作用 在過(guò)程受擾動(dòng)的影響以前 在過(guò)程受擾動(dòng)的影響以后 過(guò)程控制 前饋控制系統(tǒng)的方框圖 Gp(s) Gv(s) Gffc(s) Gffm(s) Gf(s) F(s) Y(s) Go(s) Gffc(s) Gf(s) Y(s) F(s) )()()()( sGsGsGsG pvffmo ?廣義被控對(duì)象 過(guò)程控制 根據(jù)不變性原理，當(dāng)擾動(dòng) F(s)變化時(shí)，對(duì)被控量無(wú)影響，即與擾動(dòng)無(wú)關(guān)，因此，有： )()()(0)()()()()()()()()()()(sGsGsGsGsGsGsFsYsFsGsGsFsGsYofffcoffcfoffcf???????如果該算式可以精確實(shí)現(xiàn)，則擾動(dòng)變化時(shí)對(duì)被控變量就無(wú)影響。 ? 前饋控制的控制規(guī)律，取決于被控對(duì)象的特性。 ? 前饋控制屬于開(kāi)環(huán)控制，所以只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定。 過(guò)程控制 前饋控制的特點(diǎn) 冷物料流量增加 熱物料溫度降低 熱物料溫度升高 熱物料溫度不變 過(guò)程控制 FffC 換熱器流量的前饋控制 FffT 蒸汽 冷物料 熱物料 冷凝水 換熱器 T1， Q D， pd 過(guò)程控制 ? 前饋控制是“基于擾動(dòng)來(lái)消除擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響”，故前饋控制又稱(chēng)為“ 擾動(dòng)補(bǔ)償 ”。 ? 引起被控量發(fā)生偏差的一卻擾動(dòng)，均被包圍在閉環(huán)內(nèi)，故反饋控制可 消除多種擾動(dòng)對(duì)被控量的影響 。 ? 反饋控制系統(tǒng)，因構(gòu)成閉環(huán)，故存在一個(gè) 穩(wěn)定性 的問(wèn)題。如果沒(méi)有偏差出現(xiàn)，也就沒(méi)有控制作用了。 過(guò)程控制 換熱器 合成反應(yīng)器 換熱器 蒸汽 醋酸乙炔的混合氣 反應(yīng)氣體 T2C T1C T1T 設(shè)定值 T2T 合成反應(yīng)器中部溫度與進(jìn)氣口溫度串級(jí)控制系統(tǒng) 過(guò)程控制 不變性原理 u(t) y(t) … … f1(t) f2(t) fn(t) 被控對(duì)象中的基本擾動(dòng)與外部擾動(dòng) 被控量 y(t)的不變性可表示為： 前饋控制 一、基本概念 當(dāng) fi(t)?0時(shí)， y(t)=0， i=1,2,…n 即被控量與干擾獨(dú)立無(wú)關(guān) 過(guò)程控制 ? 絕對(duì)不變性
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