復(fù)雜控制系統(tǒng).ppt

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1、復(fù)雜控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過程自動(dòng)控制中最簡(jiǎn)單、最基本、應(yīng)用最廣的一種形式，是一種單輸入、單輸出的單回路控制系統(tǒng)，在工廠中約占全部自動(dòng)控制系統(tǒng)的80％左右。對(duì)于被控對(duì)象比較特殊，被控量不止一個(gè)，生產(chǎn)工藝對(duì)控制品質(zhì)的要求比較高或者被控對(duì)象特性并不復(fù)雜，但控制要求卻比較特殊，對(duì)于這些情況簡(jiǎn)單回路控制系統(tǒng)就無能為力了。為此，需要在單回路控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采取一些措施組成復(fù)雜控制系統(tǒng)。在復(fù)雜控制系統(tǒng)中可能有幾個(gè)過程測(cè)量值、幾個(gè)PID控制器以及不止一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；或者盡管主控制回路中被控量、PID控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)各有一個(gè)，但還有其他的過程測(cè)量值、運(yùn)算器或補(bǔ)償器構(gòu)成輔

2、助控制系統(tǒng)，這樣主、輔控制回路協(xié)同完成復(fù)雜控制功能。復(fù)雜控制系統(tǒng)中有幾個(gè)閉環(huán)回路，因而也稱多回路控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)種類繁多，根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)來說，常見的復(fù)雜控制系統(tǒng)有：串級(jí)、均勻、比值、分程、前饋、取代、解藕等控制系統(tǒng)。在PTA二期項(xiàng)目中，大量使用了串級(jí)、比值、分程控制，下面詳細(xì)講述這三種復(fù)雜控制系統(tǒng)。一、串級(jí)控制系統(tǒng)當(dāng)對(duì)象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)由兩個(gè)被控參數(shù)構(gòu)成，由兩個(gè)PID控制器串聯(lián)而成?？刂圃韴D如下所示：主變量：使它保持穩(wěn)定是控制的主要目標(biāo)。副變量：它是被控制過程中引出的中間變量。副對(duì)

3、象：它反映了副變量與操縱變量的通道特性。主對(duì)象：它反映了主變量與副變量關(guān)系的通道特性。主控制器：接受的是主變量的偏差，其輸出是去改變副控制器的設(shè)定值。副控制器：接受的是副變量的偏差，其輸出是操縱閥門。副回路：處于串級(jí)控制系統(tǒng)內(nèi)部的，由副變量測(cè)量變送、副控制器、控制閥、副對(duì)象組成的回路。主回路：若將副回路看成一個(gè)以主控制器輸出為輸入，以副變量為輸出的等效環(huán)，則串級(jí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)單回路，這個(gè)單回路為主回路。由方塊圖可以看出：主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出作用于執(zhí)行器（如閥門），實(shí)施控制功能。兩個(gè)控制器都有各自的測(cè)量輸入，但只有主控制器具有自

4、己獨(dú)立的設(shè)定值，只有副控制器的輸出信號(hào)送給被控制過程。在串級(jí)控制系統(tǒng)中有內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)回路，其中副控制器執(zhí)行器和副對(duì)象形成的內(nèi)閉環(huán)稱為副環(huán)或副回路；主控制器和主對(duì)象形成的外閉環(huán)稱為主環(huán)或主回路。串級(jí)控制系統(tǒng)中副環(huán)是典型的單回路PID控制系統(tǒng)，如果把副環(huán)看作一個(gè)廣義的對(duì)象，那目主環(huán)也是典型的單回路PID控制系統(tǒng)，也就是說，串級(jí)控制系統(tǒng)包環(huán)兩個(gè)單回路PID控制系統(tǒng)。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并對(duì)于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此、在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了控制作用，

5、大大提高了控制質(zhì)量。串級(jí)控制的主要優(yōu)點(diǎn)是：1、由于副回路的快速作用，發(fā)生于副回路的干擾，在影響主變量之前可由副控制器予以校正。2、副對(duì)象的相位滯后，由于構(gòu)成副回路而顯得減小，從而改善了主回路的響應(yīng)速度。這對(duì)克服進(jìn)入主、副回路的干擾是有利的。3、串級(jí)系統(tǒng)對(duì)副對(duì)象及控制閥特性的變化具有較好的魯棒性。4、副回路可以按照主回路的需要對(duì)于質(zhì)量流和能量流進(jìn)行精確的控制。二、比值控制系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，工藝上常需要將兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系，如果比例一旦失調(diào)、將影響生產(chǎn)或造成事故。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)，通常為

6、流量比值控制系統(tǒng)。在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，這種物料稱之為主物料，表征這種物料的參數(shù)稱之為主動(dòng)量，由于在生產(chǎn)過程控制中主要是流量比值控制系統(tǒng)，所以主動(dòng)量也稱為主流量，用Q1表示。；而另一種物料按主物料進(jìn)行配比，在控制過程中隨主物料而變化，因此稱為從物料，表征其特性的參數(shù)稱為從動(dòng)量或副流量，用Q2表示。比值控制系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)副流量Q2與主流量Q1成一定比值關(guān)系，滿足如下關(guān)系式：K=Q2/Q1式中K為副流量與主流量的流量比值。1.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)僅對(duì)副流量進(jìn)行閉環(huán)控制，副流量PID控制器F2C的給定值等于主物

7、料流量乘以比值系數(shù)K?？刂圃韴D如下：在穩(wěn)定情況下，主、副流量滿足工藝要求的比值，Q2／Q1＝K。當(dāng)主流量Q1變化時(shí)，經(jīng)變送器送至主控制器F1C(或其他計(jì)算裝置)。F1C按預(yù)先設(shè)置好的比值使輸出成比例地變化，也就是成比例地改變副流量控制器F2C的給定值，此時(shí)副流量閉環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，從而Q2跟隨Q1變化，使得在新的工況下，流量比值K保持不變。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主流量Q1相似于串級(jí)控制系統(tǒng)中的主變量，但主流量并沒有構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，Q2的變化并不影響到Q1。盡管它亦有兩個(gè)控制器。但只有一個(gè)閉合回路．這就是兩者的根本區(qū)別。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是它不但

8、能實(shí)現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且還可以克服副流量本身干擾對(duì)