第四章复杂控制系统精选文档.ppt
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1、第四章复杂控制系统第四章复杂控制系统本讲稿第一页,共七十二页2 2第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统n单回路控制系统单回路控制系统简单控制系统,最基本、最广泛简单控制系统,最基本、最广泛n复杂控制系统复杂控制系统串级、比值、前馈、均匀、分程、串级、比值、前馈、均匀、分程、选择控制等选择控制等本讲稿第二页,共七十二页3 34.1 串级控制系统串级控制系统n结构与原理结构与原理 由两个或两个以上的控制器串联由两个或两个以上的控制器串联连接组成,一个控制器的输出作连接组成,一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。为另一个控制器的设定值。第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第三页,共七十
2、二页4 44.1 串级控制系统串级控制系统n结构与原理结构与原理第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统被控变量被控变量加热加热炉出口温度炉出口温度燃料气压燃料气压力扰动时力扰动时?本讲稿第四页,共七十二页5 54.1 串级控制系统串级控制系统n结构与原理结构与原理第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统加热炉出口温度加热炉出口温度进料负荷进料负荷扰动时?扰动时?本讲稿第五页,共七十二页6 64.1 串级控制系统串级控制系统n结构与原理结构与原理第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统进料负荷扰动进料负荷扰动时?时?燃料气压力燃料气压力扰动时?扰动时?被控变量被控变量加热加热炉出口温度炉出口温度本讲
3、稿第六页,共七十二页7 74.1 串级控制系统串级控制系统n结构与原理结构与原理 主被控变量主被控变量副被控变量副被控变量副控制器副控制器主控制器主控制器副被控对象副被控对象主被控对象主被控对象副控制回路副控制回路主控制回路主控制回路第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第七页,共七十二页第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统8 84.1 串级控制系统串级控制系统n仿真与分析仿真与分析 本讲稿第八页,共七十二页9 94.1 串级控制系统串级控制系统n仿真与分析仿真与分析 第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第九页,共七十二页10104.1 串级控制系统串级控制系统n特点特点1)主
4、控制器的输出是副控制器的主控制器的输出是副控制器的设定;设定;2 2)由两个控制器、两个检测变)由两个控制器、两个检测变送器、一个执行器组成;送器、一个执行器组成;3 3)主回路是定值控制系统,副回)主回路是定值控制系统,副回路是随动控制系统。路是随动控制系统。第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十页,共七十二页11114.1 串级控制系统串级控制系统n特点特点4 4)能迅速克服进入副回路干扰的)能迅速克服进入副回路干扰的影响,在设计串级控制系统时,影响,在设计串级控制系统时,应使主要扰动进入副回路,使尽应使主要扰动进入副回路,使尽量多的扰动进入副回路。量多的扰动进入副回路。第四章第
5、四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十一页,共七十二页12124.1 串级控制系统串级控制系统n应用实例应用实例时间常数较大的过程(时间常数较大的过程(污水厌氧处理污水厌氧处理):主被控变量主被控变量T1(去反应器(去反应器温度)温度)副被控变量副被控变量T2(热水仓(热水仓温度)温度)进厌氧反应器的废进厌氧反应器的废水温度串级控制水温度串级控制第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十二页,共七十二页13134.1 串级控制系统串级控制系统n应用实例应用实例纯滞后时间较大的过程(纯滞后时间较大的过程(物料浸取过物料浸取过物料浸取过物料浸取过程程程程):):浸取过程网前箱温度串级控制浸
6、取过程网前箱温度串级控制第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十三页,共七十二页14144.1 串级控制系统串级控制系统n应用实例应用实例扰动幅度大且变化大的过程(扰动幅度大且变化大的过程(石灰石灰石石-石膏湿法脱硫石膏湿法脱硫石膏湿法脱硫石膏湿法脱硫):):主被控变量主被控变量D(浆液密度)(浆液密度)副被控变量副被控变量W(给料机速(给料机速率)率)石灰石浆液密度串级石灰石浆液密度串级控制系统控制系统 第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十四页,共七十二页15154.1 串级控制系统串级控制系统n应用实例应用实例参数互相关联的过程(参数互相关联的过程(精馏塔温度精馏塔温度
7、精馏塔温度精馏塔温度):):主被控变量主被控变量T1(塔中温度)(塔中温度)副被控变量副被控变量T2(塔顶温度)(塔顶温度)塔顶温度和塔中温度的塔顶温度和塔中温度的串级控制串级控制 第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十五页,共七十二页16164.1 串级控制系统串级控制系统n主、副控制器的选择主、副控制器的选择 主控制器:主控制器:PI或或PID;副控制器:副控制器:P或或PI。主控制器要采用主控制器要采用PI,才能保证系统,才能保证系统无余差。无余差。第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十六页,共七十二页17174.1 串级控制系统串级控制系统n主、副控制器正反作用的选
8、择主、副控制器正反作用的选择 副环可近似为副环可近似为1:1环节环节第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十七页,共七十二页18184.1 串级控制系统串级控制系统n主、副控制器正反作用的选择主、副控制器正反作用的选择 1)根据副回路负反馈原则,判根据副回路负反馈原则,判断副控制器的正反作用;断副控制器的正反作用;2)将副回路看作)将副回路看作1:1环节,根环节,根据主回路负反馈原则,判断主控据主回路负反馈原则,判断主控制器的正反作用。制器的正反作用。第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十八页,共七十二页19194.1 串级控制系统串级控制系统n主、副控制器正反作用的选择主、
9、副控制器正反作用的选择 1)根据副回路负反馈原则,判断根据副回路负反馈原则,判断副控制器的正反作用;副控制器的正反作用;2)将副回路看作)将副回路看作1:1环节,根据环节,根据主回路负反馈原则,判断主控制器主回路负反馈原则,判断主控制器的正反作用。的正反作用。第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第十九页,共七十二页第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统20204.1 串级控制系统串级控制系统n画出串级控制系统的控制框图;画出串级控制系统的控制框图;主控制器主控制器LC应为应为 作用作用副控制器副控制器FC应为应为 作用作用本讲稿第二十页,共七十二页21214.1 串级控制系统串级控制系
10、统n溶解氧溶解氧DO浓度和鼓风机风量串级浓度和鼓风机风量串级控制控制 第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第二十一页,共七十二页22224.2 前馈控制系统前馈控制系统n结构与原理结构与原理反馈反馈:只有出现偏差时才进行调:只有出现偏差时才进行调节;节;前馈前馈:在偏差还未出现之前把扰:在偏差还未出现之前把扰动的影响消除。动的影响消除。第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第二十二页,共七十二页23234.2 前馈控制系统前馈控制系统n结构与原理结构与原理第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第二十三页,共七十二页24244.2 前馈控制系统前馈控制系统n结构与原理结构与原
11、理第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第二十四页,共七十二页25254.2 前馈控制系统前馈控制系统n结构与原理结构与原理前馈:前馈:前馈:前馈:(开环)(开环)(开环)(开环)第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第二十五页,共七十二页26264.2 前馈控制系统前馈控制系统n结构与原理结构与原理前馈前馈反馈(闭环)反馈(闭环)第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第二十六页,共七十二页第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统27274.2 前馈控制系统前馈控制系统n仿真与分析仿真与分析 物料物料蒸汽蒸汽物料物料蒸汽蒸汽本讲稿第二十七页,共七十二页28284.2 前馈控制系
12、统前馈控制系统n适用情况适用情况1)扰动变量可测不可控;扰动变量可测不可控;2 2)扰动变化频繁,幅度变化大;)扰动变化频繁,幅度变化大;3 3)扰动变量对被控变量影响大。)扰动变量对被控变量影响大。第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第二十八页,共七十二页29294.2 前馈控制系统前馈控制系统n比较比较反馈控制反馈控制前馈控制前馈控制被测变量被测变量被测变量被测变量被控变量被控变量被控变量被控变量扰动量扰动量扰动量扰动量控制器输入控制器输入控制器输入控制器输入偏差偏差偏差偏差被测的扰动量被测的扰动量被测的扰动量被测的扰动量控制规律的实现控制规律的实现控制规律的实现控制规律的实现可精
13、确控制可精确控制可精确控制可精确控制有时只能近似有时只能近似有时只能近似有时只能近似控制回路控制回路控制回路控制回路闭环闭环闭环闭环开环开环开环开环克服干扰克服干扰克服干扰克服干扰可克服多个干扰可克服多个干扰可克服多个干扰可克服多个干扰克服特定干扰克服特定干扰克服特定干扰克服特定干扰典型控制器典型控制器典型控制器典型控制器P P、PIPI、PIDPID超前超前超前超前滞后环节滞后环节滞后环节滞后环节控制作用控制作用控制作用控制作用在过程受扰动影响之后在过程受扰动影响之后在过程受扰动影响之后在过程受扰动影响之后在过程受扰动影响之前在过程受扰动影响之前在过程受扰动影响之前在过程受扰动影响之前第四章
14、第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第二十九页,共七十二页30304.2 前馈控制系统前馈控制系统n应用实例应用实例液位控制(液位控制(锅炉汽包液锅炉汽包液位位)锅炉汽包液位三冲锅炉汽包液位三冲量控制系统示意图量控制系统示意图 主被控变量(汽包液位)主被控变量(汽包液位)副被控变量(给水流量)副被控变量(给水流量)前馈(蒸汽流量)前馈(蒸汽流量)第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第三十页,共七十二页31314.2 前馈控制系统前馈控制系统n应用实例应用实例浓度控制(浓度控制(蒸发过程蒸发过程)蒸发过程前馈反馈蒸发过程前馈反馈控制系统示意图控制系统示意图 主被控变量(溶液沸点与水沸主
15、被控变量(溶液沸点与水沸点之差,与溶质含量相关)点之差,与溶质含量相关)前馈(蒸汽流量)前馈(蒸汽流量)第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第三十一页,共七十二页32324.2 前馈控制系统前馈控制系统n应用实例应用实例温度控制(温度控制(连续消毒塔连续消毒塔连续消毒塔连续消毒塔温度温度温度温度)连续消毒塔温度前连续消毒塔温度前馈反馈控制系统馈反馈控制系统示意图示意图 主被控变量(消毒塔出口温主被控变量(消毒塔出口温度)度)前馈(蒸汽压力)前馈(蒸汽压力)第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第三十二页,共七十二页33334.2 前馈控制系统前馈控制系统n原油污水处理装置污水浓度
16、前馈原油污水处理装置污水浓度前馈串级反馈控制串级反馈控制 第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第三十三页,共七十二页34344.3 比值控制系统比值控制系统n结构与原理结构与原理控制两个物料比值的控制系统;控制两个物料比值的控制系统;一个物料流量(一个物料流量(从动量从动量)跟随另)跟随另一各物料流量(一各物料流量(主动量主动量)变化。)变化。第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第三十四页,共七十二页35354.3 比值控制系统比值控制系统n结构与原理结构与原理开环开环开环开环比值控制系统比值控制系统第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第三十五页,共七十二页36364.
17、3 比值控制系统比值控制系统n结构与原理结构与原理单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统本讲稿第三十六页,共七十二页第四章第四章 复杂控制系统复杂控制系统37374.3 比值控制系统比值控制系统n结构与原理结构与原理双双双双闭环比值控制系统闭环比值控制系统闭环比值控制系统闭环比值控制系统(变比值控制系统)(变比值控制系统)(变比值控制系统)(变比值控制系统)本讲稿第三十七页,共七十二页38384.3 比值控制系统比值控制系统n分类情况分类情况按结构分类:开环、闭环(单闭按结构分类:开环、闭环(单闭环,双闭环);环,双闭环)
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