第6章高性能过程控制.pptVIP

第6章 常用高性能过程控制系统 本章要点 1）了解串级控制系统的应用背景，熟悉串级控制系统的典型结构与特点； 2）掌握串级控制系统的设计方法，熟悉串级控制系统的参数整定方法； 3）了解前馈控制的原理及使用场合； 4）掌握前馈补偿器的设计方法，熟悉前馈－反馈复合控制的特点及工业应用； 5）了解大滞后被控过程的解决方案，掌握大滞后过程控制的设计方案。 6.1 串级控制系统6.1.1串级控制系统的基本概念 一、什么是串级控制？它是怎样提出来的？其组成结构怎样?（图6－1;） 单回路系统 (图6－7）及传递函数 (2)提高了系统的工作频率 结论：副回路改善了动态特性、提高了响应速度和工作频率； 主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越高； 副调节器比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。  a）：燃料油压力为主要干扰； b）：燃料油粘度、成分、热值、处理量为主要干扰  2 主、副调节器调节规律的选择 6.1.5 串级控制系统的参数整定 整定原则： 尽量加大副调节器的增益，提高副回路的频率，使主、副回路的频率错开，以减少相互影响 2) 等效副回路，整定主调参数，求得主回路在4：1衰减比下的比例度和操作周期；根据两种情况下的比例度和操作周期，按经验公式求出主、副调节器的积分时间和微分时间，然后再按先副后主、先比例后积分再微分的次序投入运行，观察曲线，适当调整，满意为止。 本章结束，谢谢！ 6.2.5 引入前馈的原则及应用实例 1. 引入前馈控制的原则 1）系统存在频率高、幅值大、可测不可控的干扰，反馈控制难以克服、控制要求高时； 2）控制通道时常大于干扰通道时常，反馈控制不及时，控制质量差； 3）主要干扰无法用串级控制使其包含于副回路或副回路滞后过大时； 4）尽可能采用静态补偿而不采用动态补偿。 6.2.5 引入前馈的原则及应用实例 2. 复合控制系统应用实例 （1）蒸发过程的浓度控制 浓度 ← 溶液沸点与水沸点之温差 复合控制方案： 蒸汽流量为前馈信号 温差为反馈信号 进料溶液为控制参数 水 （2）锅炉汽包水位控制 水位控制的重要性 影响因素：蒸汽用量（不可控）、给水流量（选为控制参数） 问题： 沸水“虚假水位”。。。→影响控制效果。 解决方案： 蒸汽流量为前馈信号 给水流量为副参数 水位为主参数 前馈－反馈串级控制 主 前 副 燃料量不变 6.3 大滞后过程控制系统 6.3.1 大滞后过程概述 纯滞后：介质传输、化学反应、管道混合、皮带传送、轧辊传输、多容器串联成分测量等。 纯滞后的程度： 称为一般纯滞后； 称为大滞后。 大纯滞后难于控制： 1）测量纯滞后使调节作用不及时； 2）控制介质传输滞后使调节动作不及时； 3）开环频率特性的相角滞后随频率↑ →闭环稳定裕度↓ 解决方案：微分先行、中间反馈、史密斯预估、内模控制等 6.3.2 史密斯预估控制 1. 史密斯预估控制：预先估计动态模型 →预估器使滞后了的被控量提前反馈 →调节器提前动作 →减少超调、加速调节过程。 单回路控制： 6.3.2 史密斯预估控制 2. 仿真实例 实线为史密斯预估控制结果，虚线为单回路控制结果 6.3.3 改进型史密斯预估控制 1. 增益自适应预估控制 当模型相等时，等效为图6－25 当存在差异时，通过 产生超前作用，使调节器提前动作，以减小超调和加快调节过程。 2.动态参数自适应预估控制 当模型准确时，主反馈信号为零，其效果同史密斯预估控制；当有差异时，主反馈的动态变化经惯性滤波后反馈，以增强适应性。 * * 化学反应釜的温度控制 T1经过3个容器： 夹套 釜壁 反应釜 进料流量，温度 和成分 水温和水压 问题：过渡过程时间长， 调节不及时 解决办法：串级控制 6.1.2 串级控制系统的控制效果 1.能迅速克服二次干扰（图6－5） 副回路等效传函： 控制及干扰通道传函： 6.1.2 串级控制系统的控制效果 控制能力 抗干扰能力 比值越接近1，控制性能越好 比值越接近0，抗干扰性能越强 假设 放大系数乘积越大，性能越好 控制能力和抗干扰能力综合为： 一般情况下有： 结论：提高了控制质量 2.能改善控制通道的动态特性，提高工作频率 （1）等效时间常数减小，响应速度加快；(分析比较图6－5和图6－7） 副回路代替了单回路系统中的一部分过程 副回路等效传函： 串级系统的特征方程为： 串级控制系统的工作频率为： 对同一过程，采用单回路控制方案，用同样的分析方法，可得： 若两种方案的阻尼系数相同，则有： 各环节代入并整理得 令 3 能适应负荷和操作条件的