六種復(fù)雜控制系統(tǒng)：三沖量調(diào)節(jié)、串級(jí)、比值、前饋-反饋、選擇性、分程

六種復(fù)雜控制系統(tǒng)：三沖量調(diào)節(jié)、串級(jí)、?值、前饋-反饋、選擇性、分程導(dǎo)讀控制系統(tǒng)?般?可分為簡單控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng)兩?類，所謂復(fù)雜，是相對(duì)于簡單??的。凡是多參數(shù)，具有兩個(gè)以上變送器、兩個(gè)以上調(diào)節(jié)器或兩個(gè)以上調(diào)節(jié)閥組成多回路的?動(dòng)控制系統(tǒng)，稱之為復(fù)雜控制系統(tǒng)。?前常?的復(fù)雜控制系統(tǒng)有串級(jí)、?值、前饋-反饋、選擇性、分程以及三沖量等，并且隨著?產(chǎn)發(fā)展的需要和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，?陸續(xù)出現(xiàn)了許多其他新型的復(fù)雜控制系統(tǒng)。1、串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)是應(yīng)?最早，效果最好，使?最?泛的?種復(fù)雜控制系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是兩個(gè)調(diào)節(jié)器相串聯(lián)，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定，當(dāng)對(duì)象的滯后較?，擾?較劇烈、頻繁時(shí)，可考慮采?串級(jí)控制系統(tǒng)。1、基本概念串級(jí)控制系統(tǒng)(CascadeContro1System)是?種常?的復(fù)雜控制系統(tǒng)，它根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)命名。它由兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制器串聯(lián)連接組成，?個(gè)控制器的輸出作為另?個(gè)控制器的設(shè)定值，這類控制系統(tǒng)稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。?主調(diào)節(jié)器(主控制器)：根據(jù)主參數(shù)與給定值的偏差?動(dòng)作，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值的調(diào)節(jié)器。?副調(diào)節(jié)器(副控制器)：其給定值由主調(diào)節(jié)器的輸出決定，并根據(jù)副參數(shù)與給定值(即主調(diào)節(jié)器輸出)的偏差動(dòng)作。?主回路(外回路)：斷開副調(diào)節(jié)器的反饋回路后的整個(gè)外回路。?副回路(內(nèi)回路)：由副參數(shù)、副調(diào)節(jié)器及所包括的?部分對(duì)象所組成的閉合回路（隨動(dòng)回路)?主對(duì)象(惰性區(qū))：主參數(shù)所處的那?部分?藝設(shè)備，它的輸?信號(hào)為副變量，輸出信號(hào)為主參數(shù)(主變量)。?副對(duì)象(導(dǎo)前區(qū))：副參數(shù)所處的那?部分?藝設(shè)備，它的輸?信號(hào)為調(diào)節(jié)量，其輸出信號(hào)為副參數(shù)(副變量)。2、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上增加了?個(gè)隨動(dòng)的副回路，因此，與單回路相?有以下?個(gè)特點(diǎn)：1.對(duì)進(jìn)?副回路的擾動(dòng)具有較迅速、較強(qiáng)的克服能?；2.可以改善對(duì)象特性，提??作效率；3.可消除調(diào)節(jié)閥等?線性特性的影響；4.串級(jí)控制系統(tǒng)具有?定的?適應(yīng)能?3、串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定和系統(tǒng)投運(yùn)串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)和簡單控制系統(tǒng)?樣，要求投運(yùn)過程保證做到?擾動(dòng)切換。串級(jí)控制系統(tǒng)控制器參數(shù)整定有逐步逼近法、兩步法和?步法等。逐步逼近法１）斷開主回路，整定副控制器參數(shù)；２）閉合主回路，整定主控制器參數(shù)３）再整定副控制器參數(shù)、主控制器參數(shù)，直到控制品質(zhì)滿?要求。兩步法主控制器?動(dòng)情況下，

主控制器?動(dòng)情況下，１）整定副控制器參數(shù)；２）整定好后，主控制器切?動(dòng)，整定主控制器參數(shù)。?步法根據(jù)副被控對(duì)象的特性，按下表設(shè)置副控制器參數(shù)，然后整定主控制器參數(shù)。2、?值控制系統(tǒng)在煉油、化?等?產(chǎn)過程中，經(jīng)常要求兩種或兩種以上的物料，按?定?例混合后進(jìn)?化學(xué)反應(yīng)，否則會(huì)發(fā)?事故或浪費(fèi)原料量等。?業(yè)?產(chǎn)上為保持兩種或兩種以上物料?值為?定的控制叫?值控制。1、基本原理?個(gè)物料流量需要跟隨另?物料流量變化。前者稱為從動(dòng)量，后者稱為主動(dòng)量。通常選擇的主動(dòng)量應(yīng)是主要的物料或關(guān)鍵物料的流量，它們通常是可測不可控，物料不?時(shí)，可能會(huì)影響安全?產(chǎn)的物料流量。2、?值控制系統(tǒng)?案常見的?值系統(tǒng)有單閉環(huán)?值、雙閉環(huán)?值、串級(jí)?值等三種。（1）單閉環(huán)?值控制系統(tǒng)（2）雙閉環(huán)?值控制系統(tǒng)（3）串級(jí)?值控制系統(tǒng)3、?值控制系統(tǒng)的實(shí)施?案在?值控制系統(tǒng)中，可?兩種?案達(dá)到?值控制的?的，?種是相乘?案，?種是相除?案。（1）相乘?案?主動(dòng)量信號(hào)乘以?值作為從動(dòng)量控制器的設(shè)定值；主動(dòng)量信號(hào)作為從動(dòng)量控制器的設(shè)定，從動(dòng)量乘以?值作為從動(dòng)量控制器的測量。相乘控制?案的特點(diǎn)：??值函數(shù)環(huán)節(jié)不管是位于從動(dòng)量控制回路外部還是內(nèi)部，由于乘法器的增益是固定?值，因此，儀表?值系數(shù)與從動(dòng)量控制回路中負(fù)荷的變化?關(guān)。?采?常規(guī)儀表實(shí)施相乘控制?案時(shí)，應(yīng)根據(jù)儀表?值系數(shù)K的??確定?值函數(shù)環(huán)節(jié)在控制回路中的位置。采?DCS或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施時(shí)，可直接根據(jù)?藝?值系數(shù)k,將?值函數(shù)環(huán)節(jié)置于從動(dòng)量控制回路外，使調(diào)整k時(shí)不影響控制回路穩(wěn)定性。?采?相乘控制?案不能直接獲得實(shí)際的流量?值（2）相除?案

（2）相除?案它們是將主、從動(dòng)量信號(hào)相除(可有主動(dòng)量作為分母或分?兩種類型)的信號(hào)作為?值控制器的測量，?值控制器的設(shè)定是所需的?值(或?值的倒數(shù))。相乘控制?案的特點(diǎn)：?采?常規(guī)儀表實(shí)施相除控制?案時(shí)，應(yīng)根據(jù)儀表?值系數(shù)K的??確定被除數(shù)信號(hào)和除數(shù)信號(hào)的位置。采?DCS或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施時(shí)，可直接根據(jù)?藝?值系數(shù)k，將該?值作為?值控制器的設(shè)定。?采?相除控制?案能直接從?值控制器的測量值獲得實(shí)際流量的?值。?不管儀表?值系數(shù)的??，?值函數(shù)環(huán)節(jié)輸出作為?值控制器的測量，因此，儀表?值系數(shù)與從動(dòng)量控制回路中負(fù)荷的變化有關(guān)，呈現(xiàn)?線性關(guān)系。3、選擇性控制系統(tǒng)?般控制系統(tǒng)都是在正常?況下?作的，當(dāng)成產(chǎn)不正常時(shí)，通常的處理?法有兩種。?種是切??動(dòng)，進(jìn)?遙控操作；另?種是連鎖保護(hù)緊急停車，防?事故發(fā)?，即所謂硬限控制。由于硬限控制對(duì)?產(chǎn)和操作都不利，近年來采?了安全軟限控制。1、基本原理所謂安全軟限控制，是指當(dāng)?個(gè)?藝參數(shù)將要達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí)，就適當(dāng)降低?產(chǎn)要求，讓它暫時(shí)維持?產(chǎn)，并逐漸調(diào)整?產(chǎn)，使之朝正常?況發(fā)展。能實(shí)現(xiàn)軟限控制的控制系統(tǒng)稱為選擇性控制系統(tǒng)，?稱為取代控制系統(tǒng)或超馳控制系統(tǒng)。通常把控制回路中有選擇器的控制系統(tǒng)稱為選擇性控制(selectivecontrol)系統(tǒng)。選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，分為?選器和低選器兩類。?選器輸出是其輸?信號(hào)中的?信號(hào)，低選器輸出是其輸?信號(hào)中的低信號(hào)。2.基本的結(jié)構(gòu)和性能分析?選擇器位于兩個(gè)控制器和?個(gè)執(zhí)?器之間?選擇器位于?個(gè)檢測變送環(huán)節(jié)與控制器之間?利?選擇器實(shí)現(xiàn)?線性控制3、實(shí)例分析蒸汽減壓控制系統(tǒng)加熱爐燃料的選擇性控制系統(tǒng)4、積分飽和及其防?措施對(duì)于具有積分作?的調(diào)節(jié)器，若處于開環(huán)狀態(tài)，由于偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出隨著時(shí)間增加，會(huì)達(dá)到最?或最?極限值，這就是調(diào)節(jié)器的積分飽和現(xiàn)象。在選擇控制系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器中總有?個(gè)是處于開環(huán)狀態(tài)，不論哪個(gè)調(diào)節(jié)器，只要有積分作?存在，都有可能產(chǎn)?積分飽和現(xiàn)象。常見積分飽和?法有三種：（1）限幅法采??值或低值限幅器，使調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)不超過?作信號(hào)的最?值和最低值。（2）積分切除法

（2）積分切除法所謂積分切除法，即當(dāng)調(diào)節(jié)器具有IP作?時(shí)，?旦處于開環(huán)狀態(tài)，?即切除積分功能，只具有?例控制規(guī)律。這是?種新型的特殊設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器。（3）積分反饋法調(diào)節(jié)器在開環(huán)狀態(tài)下不選?調(diào)節(jié)器??的輸出值作反饋，?是借?其他相應(yīng)的信號(hào)?外反饋的?法作為調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)，這樣可以防?調(diào)節(jié)器積分飽和現(xiàn)象的發(fā)?。4、前饋控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)屬于反饋控制，它的特點(diǎn)是按被控變量的偏差進(jìn)?控制，因此只有在偏差產(chǎn)?后，調(diào)節(jié)器才對(duì)操縱變量進(jìn)?控制，以補(bǔ)償擾動(dòng)變量對(duì)被控變量的影響。若擾動(dòng)已經(jīng)產(chǎn)?，?被控量尚未發(fā)?變化，控制作?是不會(huì)產(chǎn)?的，所以，這種控制作?總是落后于擾動(dòng)作?的，是不及時(shí)的控制。對(duì)于滯后?的被控現(xiàn)象，或擾動(dòng)幅度??頻繁時(shí)，采?簡單控制系統(tǒng)往往不能滿??藝?產(chǎn)的要求，若引?前饋控制，實(shí)現(xiàn)前饋-反饋控制就能獲得顯著的效果。1、?作原理反饋控制系統(tǒng)的輸出是偏差的函數(shù)，只有出現(xiàn)偏差才進(jìn)?調(diào)節(jié)，因此，調(diào)節(jié)不及時(shí)。如果采?某種控制策略。使該控制運(yùn)算的輸出是擾動(dòng)的函數(shù)，則?旦擾動(dòng)出現(xiàn)，控制就有輸出，就能在偏差還未出現(xiàn)以前就把擾動(dòng)的影響消除，因此，調(diào)節(jié)及時(shí)。依據(jù)預(yù)防的控制策略設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)（FeedforwardControlSystem）。實(shí)際應(yīng)?中由于存在某些原因，不常采?單純前饋控制，?通常采?前饋控制與反饋控制結(jié)合組成的前潰—反饋控制系統(tǒng)。2、基本結(jié)構(gòu)常?的前饋控制系統(tǒng)：?單純前饋控制系統(tǒng)?前饋反饋信號(hào)相加的前饋—反饋控制系統(tǒng)?前饋反饋信號(hào)相乘的前饋—反饋控制系統(tǒng)單純前饋控制系統(tǒng)?例精餾塔相乘前饋-反饋控制相乘型的前饋-反饋控制系統(tǒng)框圖加熱爐的相加型前饋-反饋控制系統(tǒng)相加型前饋-反饋控制系統(tǒng)框圖3、前饋控制規(guī)律的設(shè)計(jì)（1）靜態(tài)前饋控制的設(shè)計(jì)：以換熱器為例（2）動(dòng)態(tài)前饋控制的設(shè)計(jì)：鍋爐汽包?位控制系統(tǒng)如下圖所?

鍋爐前饋—串級(jí)反饋控制系統(tǒng)框圖4、前饋拉制系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定（1）先設(shè)置靜態(tài)前饋系數(shù)，通常采?閉環(huán)整定法。（2）再調(diào)整動(dòng)態(tài)前饋參數(shù)。5、分程控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)就是?個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出帶動(dòng)?個(gè)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，?分程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是?個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出同時(shí)控制?個(gè)?作范圍不同的調(diào)節(jié)閥。1、?作原理分程控制原理：通常，在?個(gè)控制系統(tǒng)中，?個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)只控制?個(gè)執(zhí)?器或調(diào)節(jié)閥（以下均以?動(dòng)執(zhí)?器為例），其結(jié)構(gòu)與特性見下圖。如果?個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)同時(shí)送給兩個(gè)調(diào)節(jié)閥，構(gòu)成如下圖所?的系統(tǒng)，這就是?種分程控制系統(tǒng)。這?兩個(gè)閥門并聯(lián)使?，它們都是?開閥，其?作特性如圖（b）所?。由于閥門有?開和?關(guān)兩種特性，兩個(gè)閥門就有四種組合特性，如下圖所?。圖（a）和（b）時(shí)兩個(gè)閥門同?向運(yùn)動(dòng)，（c）和（d）表明兩個(gè)閥門作??向相異。理論上講，分程控制可以是兩個(gè)以上閥門共同控制，但實(shí)際上，?般采?的都是兩個(gè)閥門分程。2、分程控制系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)閥的要求（1）關(guān)于流量特性的問題因?yàn)樵趦芍徽{(diào)節(jié)閥的分程點(diǎn)上，調(diào)節(jié)閥的流量特性會(huì)產(chǎn)?突變，這在?、?閥并聯(lián)時(shí)更為突出。（2）根據(jù)?藝要求選擇同向或異向規(guī)律的調(diào)節(jié)閥在分程控制線系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥的開關(guān)形式可分為兩類。?類同向規(guī)律調(diào)節(jié)閥，即隨著調(diào)節(jié)閥輸?信號(hào)哦的增加，兩個(gè)閥門都開?或關(guān)?。另?類稱為異向規(guī)律的調(diào)節(jié)閥，即隨著調(diào)節(jié)閥輸?信號(hào)的增加，?個(gè)閥門關(guān)閉，?另?個(gè)閥門開?，或者相反。（3）泄漏量問題分程控制系統(tǒng)中，盡量應(yīng)使兩只調(diào)節(jié)閥都?泄漏，特別是對(duì)?、?閥并聯(lián)使?時(shí)，如果?閥的泄漏量過?，?閥將不能正常發(fā)揮作?，調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍仍然得不到增加（4）調(diào)節(jié)器參數(shù)整定問題當(dāng)分程控制系統(tǒng)中兩只調(diào)節(jié)閥分別控制兩個(gè)操縱變量時(shí)，這兩只閥所對(duì)應(yīng)的通道特性可能差異很?，即?義對(duì)象特性差異很?。這時(shí)