比值控制系统
基本原理和结构
开环比值控制系统 单闭环比值控制系统
双闭环比值控制系统
变比值控制系统
在稳定工况下，两种物料的流量应满足Q2=kQ1的要求。该系 统对副流量无抗干扰能力，当副流管线压力改变时，就满足 不了所要求的比值。所以这种开环比值控制系统只适用于从 动物料管线压力比较稳定，对比值精度要求不高的场合，其 优点是结构简单，投资省。
最频繁、激烈的干扰因素置于副回路中 时间常数选择：副回路为快速控制
整定步骤：迭代循环过程
串级控制系统的设计与参数整定
整定步骤：迭代循环过程
首先断开主回路，闭合副回路，按单回路控
制系统的整定方法整定副回路参数 闭合主、副回路，保持上步取得的副回路参 数，按单回路控制系统的整定方法整定主回 路参数 在闭合主、副回路，主控制器参数保持情况 下，再次调整副回路控制器参数 至此已完成一个循环，如控制品质未达到规 定指标，返回第2步继续
比值控制系统
基本原理和结构
单闭环比值控制系统

为了克服开环比值控制系统的缺点，在开环比值 控制的基础上，增加一个副流量的闭环控制
双闭环比值控制系统 变比值控制系统
比值系数的计算 比值控制系统的应用实例
比值控制系统

基本原理和结构——双闭环比值控制系统


为了克服单闭环比值控制系统对主流量不受控制所引 起的不足，在单闭环控制的基础上，又提出了双闭环 比值控制系统 双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主流量控制 回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成。 主流量控制回路能克服主流量扰动，实现其定值控制； 副流量控制回路能抑制作用于副回路的干扰，从而使 主、副流量均比较稳定，使总物料量也比较平稳。因 此，在工业生产过程中，当要求负荷变化比较平稳时， 可以采用这种控制方案，不过，该方案所用仪表较多， 投资较高。
串级控制系统的应用范围
应用于纯时延较大的过程
当被控过程纯时延时间较长，单回路控制系
统不能满足工艺要求时，可以考虑用串级控 制系统来改善控制质量。通常的做法是，在 离调节阀较近、纯时延时间较小的地方选择 一个辅助参数作为副参数，构成一个纯时延 较小的副回路，由它实现对主要干扰的控制。
为提高控制质量，在靠近计量泵出口的某个地方选择一个测压点 纺丝胶液从混合器由计量泵送到冷却器中进行冷却，随 作为副参数，构成一个压力与压力的串级控制系统，如图6所示。 后又被送到过滤器以除去杂质。工艺要求过滤前的压力 由图可见，当来自纺丝胶液的粘度发生变化或因计量泵前的混合 串级控制系统的应用范围 应稳定在250kPa，以保证后面喷头抽丝工序的正常工作。
串级控制系统
串级：一个控制器的输出是另一控制器的
设定值 两个控制器和两个受控对象 本质上仍是定值控制系统
由于副回路的作用，具有较强的抗干扰能力 由于副回路的存在，改善了对象特性，提高了
工作频率 具有自适应能力
串级控制系统
串级控制系统与简单控制系统的显著区别是，串级控制系统 在结构上形成两个闭环，一个闭环在里面，称为副环（或副 回路），它的输出送往调节阀直接控制生产过程。由此可见， 串级控制系统比单回路控制系统只多了一个测量变送器和一 个调节器，增加的仪表并不多，而控制效果却得到了显著的 改善。
串级控制系统的应用范围
串级控制系统的工业应用范围虽然较广，
但是必须根据工业生产的具体情况，充 分利用串级控制系统的优点，才能收到 预期的效果，这一点，必须充分注意。
串级控制系统的设计与参数整定
主、副回路
控制器选择
主回路一般可选PI、PID 副回路一般选P或PI

受控变量选择：将影响主被控变量最严重，
串级控制系统的应用范围
应用于容量滞后较大的过程 应用于纯时延较大的过程 应用于干扰变化激烈而且幅度大的过程 应用于参数互相关联的过程 应用于非线性过程
串级控制系统的应用范围
应用于容量滞后较大的过程
当被控过程容量滞后较大时，可以选择一个
滞后较小的辅助变量组成副回路，使被控过 程的等效时间常数减小，以提高系统的工作 频率，最终提高控制质量。因此，对于很多 以温度或质量指标为被控参数的过程，其容 量滞后往往比较大，而生产上对这些参数的 控制质量要求又比较高，此时宜采用串级控 制系统。

均匀控制系统—控制规律选择 与参数整定
参数整定
PI控制
按纯比例控制方式进行整定，得到所适用的比例 增益Kc值； 适当减小比例增益值，投入积分作用。由大到小 逐渐调整积分时间，直到出现缓慢的周期性衰减 振荡为止。一般Ti在几分到十几分钟之间。

前馈控制系统

基本原理

开环控制，基于苏联学者倡导的不变性原理 根据扰动，按补偿原理，将扰动的影响消除在萌芽 状态 前馈控制又称干扰补偿，它与反馈控制完全不同， 是按照引起被控参数变化的干扰大小进行控制的。 在这种控制系统中，当干扰刚刚出现而又能测出时， 调节器便发出调节信号使调节参数作相应的变化， 使两者相互抵消于被控参数发生偏差之前。因此， 前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。 静态前馈 前馈－反馈控制系统 多变量前馈控制
双闭环比值控制系统
比值控制系统
变比值控制系统
比值是变化的，并
且由另一个控制器 设定。 从结构上看，是以 比值控制系统为副 回路的串级控制系 统。
比值控制系统—参数整定
在比值控制系统中，双闭环比值控制系统的主流量回 路可按单回路控制系统进行整定；变比值控制系统因 结构上属串级控制系统，所以主调节器可按串级控制 的整定方法进行。这样，比值控制系统的参数整定， 主要是讨论单闭环、双闭环的副流量回路、变比值控 制和变化回路的整定问题。由于这些回路本质是都是 随时动系统，因此要求其快整、正确跟随主流量变化， 而且不宜有超调，最好整定在振荡与不振荡的边界为 宜。具体整定步骤可归纳如下： （1）在满足工艺生产流量比的条件下，计算比值系统 K`，将比值控制系统投入自动运行。 （2）将积分时间置于最大，并由大到小逐渐调节比例 度，使系统响应迅速，并处于振荡与不振荡的临界过 程。 （3）若欲投入积分作用，则先适当放宽比例度，再投 入积分作用，逐步减小积分时间，直到系统出现振荡 与不振荡或稍有超调过程为止。
第四讲：常用复杂控制系统
背景知识
单回路控制系统－－定值控制问题 生产的发展，工艺变革操作要求更高，关系 更复杂复杂控制系统 复杂控制系统


单回路+计算、控制或其它环节 在DCS中，用计算机实现 占10%，但贡献达80% 常用类型：串级、比值、均匀、分程、选择、前馈 等控制系统
锅炉的三冲量液位控制。在工业生产过程中，
用汽和用水的场合很多，蒸汽流量和水压的 变化既频繁且幅值又大，而快装锅炉的汽包 容量往往又较小，所以汽包液位是一个很重 要的参数。为确保控制质量，常以蒸汽流量 和水流量的综合作用作为副回路的测量值， 同液位一起构成串级控制系统，即所谓三冲 量液位串级控制系统。由于该系统把多冲量 与串级控制结合起来，所以它比一般的三冲 量控制系统对液位具有更强的控制能力。
串级控制系统的应用范围
应用于容量滞
后较大的过程
工业生产中的
加热炉，其任 务是将被加热 物料加热到一 定温度，然后 送给下一道工 序。
串级控制系统的应用范围
应用于容量滞后较大的过程
为了使炉出口温度为一定值，选取燃料流量
为调节参数。但是，由于炉子的时间常数比 较大，容量滞后也较大，干扰因素也较多， 单回路控制系统不能满足工艺对炉出口温度 的要求。为此，可以选择时滞较小的炉膛温 度为副参数，构成炉出口温度对炉膛温度的 串级控制系统，运用副回路快速作用，将有 效地提高控制质量，从而满足工艺要求。
串级控制系统的应用范围

应用于参数互相关联的过程

在有些生产过程中，有时两个 互相关联的参数需要用同一个 介质进行控制。在这种情况下， 若采用单回路控制系统，则需 要装两套装置，如在同一个管 道上装两个调节阀。这样，既 不经济又无法工作。对这样的 过程，可以采用串级控制系统， 即分清互相关联的主次，组成 串级控制，以满足工艺要求。
串级控制系统的应用范围
应用于干扰变化激烈而且幅度大的过程
由于串级控制系统的副回路对于进入其中的
干扰具有较强的克服能力，因此，在系统设 计时，只要将变化激烈而且幅度大的干扰包 括在副回路之中，就可以大大减小变化激烈 而又幅度大的干扰对主参数的影响。
串级控制系统的应用范围
应用于干扰变化激烈而且幅度大的过程
均匀控制系统
串级均匀控制系统
均匀控制系统
双冲量均匀控制系统
以液位和流量两信号
之差（和）为被控变 量的均匀控制系统。
均匀控制系统—控制规律选择 与参数整定
控制规律选择：P或PI 参数整定
P控制
将比例增益放置在不会引起液位超值但相对较小 的的数值，如Kc=0.5左右； 观察趋势，若液位的最大波动小于允许的范围， 则可增加比例增益； 当发现液位的最大波动大于允许范围，则减小比 例增益 反复调整比例增益，直至液位的的波动小于且接 近于允许范围，一般Kc=0.5~1。

复杂控制功能块组态
比值控制：
AI OUT AI OUT
维持两种 物料的比 例关系
IN1 R
IN IN PID
BKCAL_IN
OUT CAS_IN BKCAL_OUT BKCAL_IN OUT CAS_IN AO BKCAL_OUT
均匀控制系统


需求：大多数连续生产过程中，为了节约设备投资和 紧凑生产装置，往往设法减少中间罐。这样，前一设 备的出料往往又是后一设备的进料。多数前一设备希 望料位稳定，而后一设备希望进料平稳。 原能及时反应，并通过副回路 及时予以克服，从而稳定了过滤前的胶液压力，满足了工艺要求。 应用于纯时延较大的过程