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Process Control 过程控制 第二篇 复杂控制系统 1. 什么是复杂系统 复杂系统--随着控制理论与工业应用的发展，包含的内容也不同，例如 复杂大系统--人口系统，环境控制，能源控制，企业生产经营控制等。 复杂系统--多回路系统 2. 多回路系统 特征：基于PID控制策略；由多个控制回路组成的系统。 案例： （1）一般串级控制系统 3.多回路系统的发展 80-90%控制系统是基于PID控制的系统，包括多回路系统。 多回路系统应用状况 以乙烯生产厂为例，它共有421个控制回路 其中：常规PID单回路 347个 串级、比值等 74个（串级24） 多回路系统占17.5% 4.第二篇内容 串级控制系统 比值控制系统 前馈控制系统 大迟延控制系统 非线性增益控制系统 解耦控制系统 5. 若干典型控制系统 反应器 §5-2 串级控制系统的分析 一.串级系统的特点 1.串级系统的内环具有快速作用，能有效地克服二次扰动的影响 二. 性能比较 §5-3 串级系统的几个问题 一.副回路的设计 原则： 副参数的选择要使副回路时间常数小，调节通道短，反应灵敏 副参数应包含被控对象所受到的主要干扰 二.副回路工作频率的选择 1.串级回路的共振现象 2.Td1(3~5) Td2 三.串级控制系统中的量纲 四.串级控制系统的正反作用 §5-4 调节器的选型和整定方法 一. 选型 §5-5 比值控制系统 一.什么是比值控制系统 常见系统，例如：加热炉中空气/燃气，合成炉两种物料 实验安排 * * 清华大学自动化系 王京春 简单控制系统 + - r y u y m 复杂控制系统 案例（2）串级比值控制系统 案例（3） ?2r PI PI 阀 换热器 k – – ? + + + + Q ?1 ?2 D p – + 前馈控制 图6.19 换热器前馈-反馈控制系统 案例（4） C1 K11 g11 K21 g21 K12 g12 K22 g22 D21 D12 C2 + + y1 + + y2 + + ?c1 ?1 + + ?c2 ?2 限制 过程 控制系统 图7.13 应用前馈补偿法进行解耦 加热炉 精馏塔 换热器 第五章 串级控制系统 (Cascade Control) §5－1串级控制系统的概念 图5.1反应器的温度控制 图5.2反应器简单温度控制系统 1r 调节器 夹套 调节阀 槽壁 D2 反应槽 D1 温度测量 – 2 1 图5.3反应器的温度串级控制方案 图5.4反应器温度控制系统 D2 D1 1 2 1r 主调节器 副调节器 调节阀 夹套 反应槽 温度测量 温度测量 – – ?2r 槽壁 串级控制系统的结构 形成两个环: 副环或副回路－－“ 粗调”作用 主环或主回路－－“ 细调”作用 副环中有副调节器、副变送器、副对象以及调节阀 主环中有主调节器、主变送器、主对象，无调节阀 副环调节副参数，如夹套内温度 主环调节主参数，如反应器温度－－最终目标 副回路是一个随动系统，其设定值是主调节器之输出，不代表副参数要达到的设定值。 图5.12串级控制系统方框图 R1(s) Gc(s) Gv(s) Gp2(s) Gp1(s) Gd2(s) Gm(s) Y2(s) – R2(s) Y1(s) D2(s) R1(s) Gc1(s) Gc2(s) Gv(s) Gp2(s) Gp1(s) Gd2(s) Gm2(s) Gm1(s) Y2(s) – – R2(s) Y1(s) D2(s) 图5.13 单回路控制系统方框图 在二次干扰下，被控量受二次干扰的影响, 串级系统比单回路系统要减小10－100倍。 (5-1) (5-2) 2. 内环起了改善对象动态特性的作用，提高系统工作频率，提高控制品质 整个副回路可看成一个等效对象 其中: (式5-5) (式5-6) 设 (图5.14) Td1/ Td23， | Wc2|| W2|， | Gc2| ?? Td1/ Td25， | Wc2|?1，1:1随动系统 Td1/ Td2＝1～3，| Wc2|| W2|，?共振现象 3. 内环的存在，使系统有一定的自适应能力 副回路增益不受主回路系统负荷影响 副回路是个随动系统，快速跟踪的能力 单回路系统 串级系统 工作频率 0.087 0.23 (短期最大偏差)二次 0.24 0.011 (短期最大偏差)一次 0.3 0.11 (图5.16) 副回路 r Gc1 Gc2 Gv Gp2 d