1、串級(jí)控制系統(tǒng)n為了提高效率減少成本，采用傳統(tǒng)的PID控制往往不能達(dá)到控制要求，為此采用一些改進(jìn)的策略，采用更多的測(cè)量值或操縱變量，如串級(jí)控制、均勻控制、選擇控制、分程控制以及非線性增益補(bǔ)償控制。n反饋控制是被控變量和設(shè)定值之間產(chǎn)生偏差后起作用；前饋控制是客服干擾的影響；但是若干擾不可測(cè)，則用另外一種方案：串級(jí)控制來(lái)克服干擾，是用第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)構(gòu)成第二個(gè)反饋回路克服干擾，第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)比被控變量更快感知干擾的影響。n定義：一個(gè)控制器的輸出用來(lái)改變另一個(gè)控制器的設(shè)定值，這樣連接起來(lái)的兩個(gè)控制器稱作串級(jí)控制。兩個(gè)控制器都有各自的測(cè)量輸入，但是只有主控制器具有獨(dú)立的設(shè)定值，只有副控制器的輸出信號(hào)送給執(zhí)行器

2、，這樣組成的系統(tǒng)稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。一一串級(jí)控制系統(tǒng)的組成串級(jí)控制系統(tǒng)的組成 煉油廠常用的設(shè)備中有一種叫管式加熱爐，工藝要求煉油廠常用的設(shè)備中有一種叫管式加熱爐，工藝要求被加熱原料在爐的出口溫度保持恒定。單回路控制系被加熱原料在爐的出口溫度保持恒定。單回路控制系統(tǒng)的方案如下圖。統(tǒng)的方案如下圖。控制閥控制閥出口溫度出口溫度燃料油燃料油原料油原料油TC設(shè)定值設(shè)定值測(cè)量值測(cè)量值變送器變送器控制量控制量一一串級(jí)控制系統(tǒng)的組成串級(jí)控制系統(tǒng)的組成1 1、此方案的實(shí)際控制效果并不理想，原因是影響燃料油、此方案的實(shí)際控制效果并不理想，原因是影響燃料油流量除閥門開(kāi)度外，流量除閥門開(kāi)度外， 油壓也對(duì)流量產(chǎn)生影響。油

3、壓也對(duì)流量產(chǎn)生影響。2 2、此影響使被控量即出口溫度發(fā)生變化后，控制器才改、此影響使被控量即出口溫度發(fā)生變化后，控制器才改變閥的開(kāi)度，使流量產(chǎn)生相應(yīng)的變化以克服油壓變化變閥的開(kāi)度，使流量產(chǎn)生相應(yīng)的變化以克服油壓變化這一干擾因素。這一干擾因素。 3 3、由于燃料油要經(jīng)過(guò)管道傳輸、燃燒傳熱等一系列環(huán)節(jié)，、由于燃料油要經(jīng)過(guò)管道傳輸、燃燒傳熱等一系列環(huán)節(jié)，總滯后較大，總滯后較大， 導(dǎo)致控制作用不及時(shí)，尤其當(dāng)燃料油壓導(dǎo)致控制作用不及時(shí)，尤其當(dāng)燃料油壓力變化較大且頻繁時(shí)，將使系統(tǒng)偏差增大，控制質(zhì)量力變化較大且頻繁時(shí)，將使系統(tǒng)偏差增大，控制質(zhì)量顯著降到低。顯著降到低。 一一串級(jí)控制系統(tǒng)的組成串級(jí)控制系統(tǒng)的組

4、成 既然燃料油壓力變化是主要干擾，且其對(duì)出口溫度影既然燃料油壓力變化是主要干擾，且其對(duì)出口溫度影響滯后較大，則是否能通過(guò)控制燃料油流量來(lái)間接達(dá)響滯后較大，則是否能通過(guò)控制燃料油流量來(lái)間接達(dá)到控制出口溫度的目的？給出下圖控制方案。到控制出口溫度的目的？給出下圖控制方案。控制閥控制閥出口溫度出口溫度燃料油燃料油原料油原料油QC設(shè)定值設(shè)定值測(cè)量值測(cè)量值變送器變送器控制量控制量n此方案的優(yōu)點(diǎn)在于能及時(shí)有效地克服燃料油壓力的干此方案的優(yōu)點(diǎn)在于能及時(shí)有效地克服燃料油壓力的干擾，使流量的波動(dòng)對(duì)出口溫度的影響降到最低程度。擾，使流量的波動(dòng)對(duì)出口溫度的影響降到最低程度。n此方案的缺點(diǎn)是出口溫度不是被控量，燃料油

5、流量是此方案的缺點(diǎn)是出口溫度不是被控量，燃料油流量是間接被控量，這就要求燃料油流量對(duì)出口溫度有足夠間接被控量，這就要求燃料油流量對(duì)出口溫度有足夠的靈敏度，且兩者間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。的靈敏度，且兩者間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。n另外影響出口溫度的還有燃料油的熱值、爐膛的壓力另外影響出口溫度的還有燃料油的熱值、爐膛的壓力( (影響燃燒所需的空氣含氧量影響燃燒所需的空氣含氧量) )原料油入口溫度及入原料油入口溫度及入口流量等諸多因素，且當(dāng)上述因素引起出口溫度變化口流量等諸多因素，且當(dāng)上述因素引起出口溫度變化時(shí)時(shí), , 由于出口溫度未反饋到系統(tǒng)的輸入端，故此方案由于出口溫度未反饋到系統(tǒng)的輸入端，故此方案無(wú)法克

6、服上述因素的干擾將溫度調(diào)節(jié)到理想狀態(tài)。無(wú)法克服上述因素的干擾將溫度調(diào)節(jié)到理想狀態(tài)。n上面兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，下圖是把兩種方案結(jié)合起上面兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，下圖是把兩種方案結(jié)合起來(lái)的一種控制方案。來(lái)的一種控制方案。控制閥控制閥出口溫度出口溫度燃料油燃料油原料油原料油QC控制量控制量流量測(cè)量值流量測(cè)量值流量變流量變送器送器TC溫度設(shè)溫度設(shè)定值定值溫度測(cè)量值溫度測(cè)量值溫度變溫度變送器送器n在此方案中，用溫度控制器的輸出作為流量控制器的在此方案中，用溫度控制器的輸出作為流量控制器的設(shè)定值，由流量控制器的輸出去調(diào)燃料油的流量。設(shè)定值，由流量控制器的輸出去調(diào)燃料油的流量。n從結(jié)構(gòu)看，其特點(diǎn)是兩個(gè)控制器串接

7、使用，故此案可從結(jié)構(gòu)看，其特點(diǎn)是兩個(gè)控制器串接使用，故此案可叫熱爐出口溫度燃料油流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。叫熱爐出口溫度燃料油流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。n由結(jié)構(gòu)示意圖可畫出其方框圖。由結(jié)構(gòu)示意圖可畫出其方框圖。溫度對(duì)象溫度對(duì)象)(1sY)(2sY流量對(duì)象流量對(duì)象控制閥控制閥流量控制器流量控制器)(2sE)(2sR溫度控制器溫度控制器流量檢測(cè)變送器流量檢測(cè)變送器)(2sZ)(1sE)(1sR溫度檢測(cè)變送器溫度檢測(cè)變送器)(1sZ1Y)(1sD)(2sDn為便于對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行定性分析，先給出串為便于對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行定性分析，先給出串級(jí)控制系統(tǒng)的一些常用詞術(shù)語(yǔ)。級(jí)控制系統(tǒng)的一些常用詞術(shù)

8、語(yǔ)。n主變量：起主導(dǎo)作用主變量：起主導(dǎo)作用, ,關(guān)系到產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和操作安全的被關(guān)系到產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和操作安全的被控量，如爐出口溫度控量，如爐出口溫度n主變送器：檢測(cè)和變送主變量的變送器。主變送器：檢測(cè)和變送主變量的變送器。n副變量：為穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量如燃副變量：為穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量如燃料油流量。料油流量。n副變送器：檢測(cè)和變送副變量的變送器副變送器：檢測(cè)和變送副變量的變送器. . n主控制器：按主變量的測(cè)量值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行工作的控主控制器：按主變量的測(cè)量值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行工作的控制器制器, ,如溫度控制器。如溫度控制器。n副控制器：按副變量的

9、測(cè)量值與主控制器的輸出值即副控制副控制器：按副變量的測(cè)量值與主控制器的輸出值即副控制器的設(shè)定值之間的偏差進(jìn)行工作的控制器，如流量控制器。器的設(shè)定值之間的偏差進(jìn)行工作的控制器，如流量控制器。n主對(duì)象：主變量所處的那部分工藝設(shè)備主對(duì)象：主變量所處的那部分工藝設(shè)備, ,其輸入信其輸入信號(hào)為副變量，輸出信號(hào)為主變量號(hào)為副變量，輸出信號(hào)為主變量, ,如溫度對(duì)象。如溫度對(duì)象。n副對(duì)象：副變量所處的那部分工藝設(shè)備副對(duì)象：副變量所處的那部分工藝設(shè)備, ,其輸入信其輸入信號(hào)為操縱量，輸出信號(hào)為副變量號(hào)為操縱量，輸出信號(hào)為副變量, ,如流量對(duì)象。如流量對(duì)象。n主回路：在串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖中主回路：在串級(jí)控制系統(tǒng)方

10、框圖中, ,處于外環(huán)處于外環(huán)( (也叫也叫主環(huán)主環(huán)) )的整個(gè)閉合回路。的整個(gè)閉合回路。n副回路：串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖中的內(nèi)環(huán)副回路：串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖中的內(nèi)環(huán)( (也叫副環(huán)也叫副環(huán)),),有時(shí)也稱隨動(dòng)回路。有時(shí)也稱隨動(dòng)回路。n一次干擾：作用在主對(duì)象上的干擾一次干擾：作用在主對(duì)象上的干擾, ,如如D1D1 二次干擾：作用在副對(duì)象上的干擾二次干擾：作用在副對(duì)象上的干擾, ,如如D2 D2 n應(yīng)用上述名稱和術(shù)語(yǔ)，可得一般串級(jí)控制系統(tǒng)的如下應(yīng)用上述名稱和術(shù)語(yǔ)，可得一般串級(jí)控制系統(tǒng)的如下方框圖。方框圖。)(1sY主對(duì)象主對(duì)象)(2sY副對(duì)象副對(duì)象控制閥控制閥副控制器副控制器)(2sE)(2sR主控制器主

11、控制器副變送器副變送器)(2sZ)(1sE)(1sR主變送器主變送器)(1sZ)(1sD)(2sD副回路副回路主回路主回路二串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程二串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程n以管式加熱爐出口溫度與燃料油流量串級(jí)控制系統(tǒng)為以管式加熱爐出口溫度與燃料油流量串級(jí)控制系統(tǒng)為例，定性分析此類系統(tǒng)克服干擾的過(guò)程。例，定性分析此類系統(tǒng)克服干擾的過(guò)程。n首先應(yīng)按工藝機(jī)理和保證生產(chǎn)的安全性確定系統(tǒng)中各首先應(yīng)按工藝機(jī)理和保證生產(chǎn)的安全性確定系統(tǒng)中各固有對(duì)象和裝置的正反作用，然后選擇主副控制器固有對(duì)象和裝置的正反作用，然后選擇主副控制器的正反作用，使主、副回路均為負(fù)反饋。的正反作用，使主、副回路均為負(fù)反饋。溫度對(duì)象溫

12、度對(duì)象)(1sY)(2sY流量對(duì)象流量對(duì)象控制閥控制閥流量控制器流量控制器)(2sE)(2sR溫度控制器溫度控制器流量檢測(cè)變送器流量檢測(cè)變送器)(2sZ)(1sE)(1sR溫度檢測(cè)變送器溫度檢測(cè)變送器)(1sZ)(1sD)(2sD“+”“+”“+”“+”“+”“-”“-”n由于燃料油由于燃料油 ，溫度對(duì)象為正作用；，溫度對(duì)象為正作用；n閥門開(kāi)度增大，導(dǎo)致流經(jīng)閥門的燃料油閥門開(kāi)度增大，導(dǎo)致流經(jīng)閥門的燃料油 ，流量，流量對(duì)象為正作用；對(duì)象為正作用；n考慮到一旦發(fā)生故障考慮到一旦發(fā)生故障, ,不致使加熱爐燒壞不致使加熱爐燒壞, ,控制閥采控制閥采用氣開(kāi)式用氣開(kāi)式, ,則控制閥為正作用；則控制閥為正作

13、用；n流量和溫度檢測(cè)變送器均為正作用；流量和溫度檢測(cè)變送器均為正作用；n先選擇副回路中流量控制器正反作用先選擇副回路中流量控制器正反作用, ,根據(jù)控制器根據(jù)控制器正反作用選擇規(guī)則正反作用選擇規(guī)則, ,流量控制器選擇反作用流量控制器選擇反作用, ,則則 ，由于副回路為負(fù)反饋，由于副回路為負(fù)反饋, , 所以副回路為正作用，最后可選溫度控制器為反作所以副回路為正作用，最后可選溫度控制器為反作用。用。12YY2Y222ZRE22 YR下面分析串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程下面分析串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程n第一種情況：第一種情況： 假設(shè)僅有作用于流量對(duì)象的二次干擾假設(shè)僅有作用于流量對(duì)象的二次干擾 ， 由由 的變化

14、需經(jīng)一段時(shí)間才會(huì)引的變化需經(jīng)一段時(shí)間才會(huì)引 的變化的變化, ,故認(rèn)故認(rèn) 暫暫時(shí)不變時(shí)不變, , 也暫時(shí)不變也暫時(shí)不變, , 是給定值是給定值, , 所以所以 也不變也不變, , 從而有從而有: :從而有從而有: : 閥門開(kāi)閥門開(kāi) 。 可見(jiàn)一有二次干擾可見(jiàn)一有二次干擾, ,副回路即對(duì)副變量進(jìn)行調(diào)節(jié)副回路即對(duì)副變量進(jìn)行調(diào)節(jié), , 使其回到受干擾前的數(shù)值上。但初始的使其回到受干擾前的數(shù)值上。但初始的 上升經(jīng)一上升經(jīng)一段時(shí)間后仍會(huì)引起段時(shí)間后仍會(huì)引起 的上升的上升, ,則有則有: :2Y1Y22YD1Y1Z1R21, RE)(222222ZREZYD2Y2Y1Y12221111122)(YYERZRE

15、ZYYDn第二種情況第二種情況: : 假設(shè)僅有作用于溫度對(duì)象的一次干擾假設(shè)僅有作用于溫度對(duì)象的一次干擾 與第一種情況分析過(guò)程類似有與第一種情況分析過(guò)程類似有: : 第三種情況第三種情況: : 假設(shè)假設(shè) 同時(shí)作用同時(shí)作用, ,又非兩種情形又非兩種情形, ,第一種情形第一種情形 使使 同向變化同向變化, ,則有：則有：11YD12221111YYEREZYD21, DD21, DD21,YY2211YDYD2111REZY2Z2E122YYEn第二種情形第二種情形 使使 反向變化，反向變化， 則有：則有： 使使 變化很小。假設(shè)變化很小。假設(shè) 稍有上升稍有上升, , 稍有上升稍有上升, ,致使致使

16、稍有下降稍有下降, ,由于由于 ，所以，所以 變化不大變化不大, , 稍作稍作 調(diào)整即可讓調(diào)整即可讓 上升恢復(fù)到干擾前的數(shù)值上。上升恢復(fù)到干擾前的數(shù)值上。可見(jiàn)可見(jiàn), ,在這種情形下在這種情形下, ,串級(jí)控制系統(tǒng)本身主、副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)本身主、副變量的反向變化即具有互補(bǔ)作用。反向變化即具有互補(bǔ)作用。n通過(guò)以上分析結(jié)果可認(rèn)為通過(guò)以上分析結(jié)果可認(rèn)為, ,副控制器具有粗調(diào)作用副控制器具有粗調(diào)作用, ,主主控制器有細(xì)調(diào)作用，兩者相互配合，其控制質(zhì)量必高控制器有細(xì)調(diào)作用，兩者相互配合，其控制質(zhì)量必高于單回路控制系統(tǒng)。于單回路控制系統(tǒng)。21,DD21,YY2211,YDYD1Y1Y1Z21, RE222

17、ZYD2E2Y1Y串級(jí)控制系統(tǒng)特點(diǎn)n從總體上看是定值控制系統(tǒng)n1、副回路具有快速調(diào)節(jié)作用，能有效地克服發(fā)生于副回路的擾動(dòng)影響。n2、串級(jí)系統(tǒng)對(duì)副對(duì)象和控制閥特性的變化具有較好的魯棒性。但需要注意問(wèn)題：n1、主回路對(duì)副對(duì)象及控制閥的特性變化具有魯棒性，但副回路本身卻并沒(méi)有這種特性。副對(duì)象或控制閥特性的變化仍然會(huì)較敏感地影響副回路的穩(wěn)定性。n2、主回路對(duì)副回路反饋通道特性的變化沒(méi)有魯棒性。串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 要發(fā)揮串級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，需根據(jù)工程實(shí)際，合理要發(fā)揮串級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，需根據(jù)工程實(shí)際，合理設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)內(nèi)容有主設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)內(nèi)容有主、副回路的選擇，副回路

18、的選擇，主主、副控制器的選型及正、反作用方式的確定等。副控制器的選型及正、反作用方式的確定等。 一一、主回路的選擇主回路的選擇 主回路的選擇主要是確定主變量，其原則與確定單回主回路的選擇主要是確定主變量，其原則與確定單回路控制系統(tǒng)的被控量基本一致。路控制系統(tǒng)的被控量基本一致。 二二、副回路的設(shè)計(jì)副回路的設(shè)計(jì) 副回路設(shè)計(jì)是發(fā)揮串級(jí)控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)關(guān)鍵，其副回路設(shè)計(jì)是發(fā)揮串級(jí)控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)關(guān)鍵，其設(shè)計(jì)合理，串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)得到充分發(fā)揮，串級(jí)設(shè)計(jì)合理，串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)得到充分發(fā)揮，串級(jí)系統(tǒng)的控制質(zhì)量比單回路有明顯提高。副回路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制質(zhì)量比單回路有明顯提高。副回路的設(shè)計(jì)應(yīng)遵守以下一些

19、原則。應(yīng)遵守以下一些原則。n(1)(1)使系統(tǒng)中的主要干擾被包含在副環(huán)內(nèi)。使系統(tǒng)中的主要干擾被包含在副環(huán)內(nèi)。 由于副環(huán)動(dòng)作速度快由于副環(huán)動(dòng)作速度快、抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)把對(duì)主變量影響最嚴(yán)抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)把對(duì)主變量影響最嚴(yán)重、變化最劇烈重、變化最劇烈、最頻繁的干擾包含在副環(huán)內(nèi)，將干擾的影響最頻繁的干擾包含在副環(huán)內(nèi)，將干擾的影響抑制到最低限度。抑制到最低限度。 (2)(2)在可能情況下，應(yīng)使副環(huán)包含更多一些干擾。在可能情況下，應(yīng)使副環(huán)包含更多一些干擾。 在某些情況下，系統(tǒng)的干擾較多而難于分出主要干擾，就應(yīng)考在某些情況下，系統(tǒng)的干擾較多而難于分出主要干擾，就應(yīng)考慮使副環(huán)盡可能多包含些干擾。慮使副環(huán)盡可能

20、多包含些干擾。 例如對(duì)于一個(gè)加熱爐出口溫度控制問(wèn)題，若產(chǎn)品質(zhì)量主要取決例如對(duì)于一個(gè)加熱爐出口溫度控制問(wèn)題，若產(chǎn)品質(zhì)量主要取決于出口溫度，而工藝上對(duì)它要求也較嚴(yán)格，為此需采用串級(jí)于出口溫度，而工藝上對(duì)它要求也較嚴(yán)格，為此需采用串級(jí) 控制控制方案。當(dāng)原料油的成分和處理量比較穩(wěn)定，燃料油的控制控制方案。當(dāng)原料油的成分和處理量比較穩(wěn)定，燃料油的組分也較穩(wěn)定組分也較穩(wěn)定( (即熱值較穩(wěn)定即熱值較穩(wěn)定) )，但燃料油的壓力會(huì)經(jīng)常波動(dòng)，但燃料油的壓力會(huì)經(jīng)常波動(dòng)，此時(shí)宜采用爐出口溫度與燃料油壓力串級(jí)控制控制方案。此時(shí)宜采用爐出口溫度與燃料油壓力串級(jí)控制控制方案。 如燃料油壓力由于工藝上的需要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓，而燃料油

21、的組分變化如燃料油壓力由于工藝上的需要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓，而燃料油的組分變化較大，或原料油的組成和處理量經(jīng)常變化，則采用下圖方案時(shí)，較大，或原料油的組成和處理量經(jīng)常變化，則采用下圖方案時(shí)，控制閥控制閥出口溫度出口溫度燃料油燃料油原料油原料油QC控制量控制量流量測(cè)量值流量測(cè)量值流量變流量變送器送器TC溫度設(shè)溫度設(shè)定值定值溫度測(cè)量值溫度測(cè)量值溫度變溫度變送器送器n上述干擾未被包含在副環(huán)中，為此改用下圖的控制方案。此方案上述干擾未被包含在副環(huán)中，為此改用下圖的控制方案。此方案叫爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制叫爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制。控制閥控制閥出口溫度出口溫度燃料油燃料油原料油原料油溫度變溫度變送器送器1

22、TC溫度設(shè)溫度設(shè)定值定值2TC控制量控制量n(3)(3)當(dāng)對(duì)象具有非線性環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)使非線性環(huán)節(jié)處于副環(huán)中。當(dāng)對(duì)象具有非線性環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)使非線性環(huán)節(jié)處于副環(huán)中。n由于串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力，可克服副對(duì)象的非線性因素，故非線由于串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力，可克服副對(duì)象的非線性因素，故非線性環(huán)節(jié)應(yīng)被包含在副環(huán)中。性環(huán)節(jié)應(yīng)被包含在副環(huán)中。n下圖是某醋酸、乙炔合成反應(yīng)器裝置。一路醋酸、乙炔混合氣直接進(jìn)入合成器，下圖是某醋酸、乙炔合成反應(yīng)器裝置。一路醋酸、乙炔混合氣直接進(jìn)入合成器，另一路經(jīng)熱交換器后進(jìn)入合成器。為保證生成氣的質(zhì)量，工藝要求對(duì)反應(yīng)器中溫另一路經(jīng)熱交換器后進(jìn)入合成器。為保證生成氣

23、的質(zhì)量，工藝要求對(duì)反應(yīng)器中溫度進(jìn)行控制，且要求很高，故以反應(yīng)器內(nèi)溫度為主變量，經(jīng)檢測(cè)變送與主溫度控度進(jìn)行控制，且要求很高，故以反應(yīng)器內(nèi)溫度為主變量，經(jīng)檢測(cè)變送與主溫度控制器構(gòu)成主回路。由于熱交換器具有非線性，因而使整個(gè)對(duì)象的特性隨負(fù)荷的變制器構(gòu)成主回路。由于熱交換器具有非線性，因而使整個(gè)對(duì)象的特性隨負(fù)荷的變化而變化，為此可以熱交換器的出口溫度作為副變量，經(jīng)檢測(cè)變送后，與副溫度化而變化，為此可以熱交換器的出口溫度作為副變量，經(jīng)檢測(cè)變送后，與副溫度控制器構(gòu)成副回路。從而非線性環(huán)節(jié)處于副環(huán)中，構(gòu)成一反應(yīng)器內(nèi)溫度與入口溫控制器構(gòu)成副回路。從而非線性環(huán)節(jié)處于副環(huán)中，構(gòu)成一反應(yīng)器內(nèi)溫度與入口溫度的串級(jí)控制

24、系統(tǒng)。度的串級(jí)控制系統(tǒng)。控制閥控制閥醋酸醋酸乙炔乙炔 混合氣混合氣控制閥控制閥生成氣生成氣1TC溫度設(shè)溫度設(shè)定值定值2TC(4)當(dāng)對(duì)象具有較大純滯后時(shí)，應(yīng)使副環(huán)盡量少當(dāng)對(duì)象具有較大純滯后時(shí)，應(yīng)使副環(huán)盡量少包括或不包括純滯后。包括或不包括純滯后。當(dāng)副對(duì)象具有較大純滯后時(shí)，當(dāng)副對(duì)象具有較大純滯后時(shí)， 對(duì)主控制器輸出對(duì)主控制器輸出的反應(yīng)就很遲鈍，不能快速克服干擾的影響，的反應(yīng)就很遲鈍，不能快速克服干擾的影響，使副回路起不到隨動(dòng)系統(tǒng)的作用。因此應(yīng)盡量使副回路起不到隨動(dòng)系統(tǒng)的作用。因此應(yīng)盡量將純滯后部分放到主對(duì)象中，以提高副回路的將純滯后部分放到主對(duì)象中，以提高副回路的快速抗干擾功能。快速抗干擾功能。(

25、5)(5)副回路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到主副回路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，以副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，以防止發(fā)生防止發(fā)生“共振共振”。主主、副回路之間在串級(jí)控制系統(tǒng)中是密切相關(guān)的。副變副回路之間在串級(jí)控制系統(tǒng)中是密切相關(guān)的。副變量的變化會(huì)影響到主變量，主變量的變化通過(guò)反饋回量的變化會(huì)影響到主變量，主變量的變化通過(guò)反饋回路又會(huì)影響到副變量，如主路又會(huì)影響到副變量，如主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比較副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比較接近，則主接近，則主、副回路的工作頻率也較接近，一旦系統(tǒng)副回路的工作頻率也較接近，一旦系統(tǒng)受到干擾，就有可能產(chǎn)生受到干擾，就有可能產(chǎn)生“共振共振”，輕則使系統(tǒng)的控，輕則使系統(tǒng)的控制質(zhì)量下降，重則

26、會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)散而無(wú)法工作。制質(zhì)量下降，重則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)散而無(wú)法工作。n(6)(6)設(shè)計(jì)的副回路需考慮到方案的經(jīng)濟(jì)性和工設(shè)計(jì)的副回路需考慮到方案的經(jīng)濟(jì)性和工藝上的合理性。藝上的合理性。n舉一個(gè)丙稀冷卻器出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)為例舉一個(gè)丙稀冷卻器出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明方案設(shè)計(jì)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。來(lái)說(shuō)明方案設(shè)計(jì)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。控制閥控制閥氣丙稀氣丙稀液丙液丙稀稀進(jìn)料進(jìn)料出料出料TCLCn通過(guò)液丙稀在冷卻器內(nèi)與高溫的進(jìn)料經(jīng)熱交換后，使通過(guò)液丙稀在冷卻器內(nèi)與高溫的進(jìn)料經(jīng)熱交換后，使出料達(dá)到工藝上規(guī)定的溫度值，而液丙稀吸收熱量后出料達(dá)到工藝上規(guī)定的溫度值，而液丙稀吸收熱量后成氣丙稀排出并返回冷凍壓縮機(jī)冷

27、凝后重復(fù)使用。主成氣丙稀排出并返回冷凍壓縮機(jī)冷凝后重復(fù)使用。主變量選出料溫度，影響出料溫度的因素為液丙稀在冷變量選出料溫度，影響出料溫度的因素為液丙稀在冷卻器內(nèi)的液面高度，液面越高，出料溫度越底，故溫卻器內(nèi)的液面高度，液面越高，出料溫度越底，故溫度對(duì)象即主對(duì)象為反作用。當(dāng)液丙稀的流入量與其揮度對(duì)象即主對(duì)象為反作用。當(dāng)液丙稀的流入量與其揮發(fā)的氣丙稀達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，冷卻器內(nèi)的液面高度保持發(fā)的氣丙稀達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，冷卻器內(nèi)的液面高度保持恒定，但液丙稀的流入量除受控制閥的開(kāi)度影響外，恒定，但液丙稀的流入量除受控制閥的開(kāi)度影響外，與閥兩端壓差有關(guān)。故方案一以液面高度為副變量組與閥兩端壓差有關(guān)。故方案一以液面

28、高度為副變量組成出料溫度與液面高度的串級(jí)控制系統(tǒng)。成出料溫度與液面高度的串級(jí)控制系統(tǒng)。n方案二以冷卻器內(nèi)氣丙稀的壓力為副變量，構(gòu)成出料溫度與壓力方案二以冷卻器內(nèi)氣丙稀的壓力為副變量，構(gòu)成出料溫度與壓力的串級(jí)控制系統(tǒng)，見(jiàn)下圖。此方案以壓力為副變量比方案一中以的串級(jí)控制系統(tǒng)，見(jiàn)下圖。此方案以壓力為副變量比方案一中以液位為副變量靈敏，反應(yīng)速度快。但在這兩種方案中，假如冷凍液位為副變量靈敏，反應(yīng)速度快。但在這兩種方案中，假如冷凍機(jī)入口壓力相等，方案二中冷卻器內(nèi)丙稀蒸發(fā)壓力需高于方案一，機(jī)入口壓力相等，方案二中冷卻器內(nèi)丙稀蒸發(fā)壓力需高于方案一，因在方案二中氣丙稀管道上的控制閥有一定的壓降，冷卻溫差就因在

29、方案二中氣丙稀管道上的控制閥有一定的壓降，冷卻溫差就要減小，冷量利用不夠充分，使生產(chǎn)耗能增加。另外方案二仍需要減小，冷量利用不夠充分，使生產(chǎn)耗能增加。另外方案二仍需再設(shè)置一套液位控制系統(tǒng)，以維持一定的蒸發(fā)空間，防止因液位再設(shè)置一套液位控制系統(tǒng)，以維持一定的蒸發(fā)空間，防止因液位過(guò)高使氣丙稀帶液進(jìn)入冷凍機(jī)而危及后者的安全。過(guò)高使氣丙稀帶液進(jìn)入冷凍機(jī)而危及后者的安全。TC控制閥控制閥氣丙稀氣丙稀液丙液丙稀稀進(jìn)料進(jìn)料出料出料控制閥控制閥PCLC三三主主副控制器的選擇副控制器的選擇(1)(1)串級(jí)控制系統(tǒng)中主串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器控制規(guī)律的選擇副控制器控制規(guī)律的選擇 工藝上對(duì)主變量要求比較嚴(yán)格，不允

30、許有余差。主回路是定值系工藝上對(duì)主變量要求比較嚴(yán)格，不允許有余差。主回路是定值系統(tǒng)，為了主變量的穩(wěn)定，主控制器一般選用統(tǒng)，為了主變量的穩(wěn)定，主控制器一般選用PIPI控制。控制。 但當(dāng)對(duì)象但當(dāng)對(duì)象控制通道容量滯后較大時(shí)，為克服容量滯后則可采用控制通道容量滯后較大時(shí)，為克服容量滯后則可采用PIDPID控制。控制。當(dāng)工藝上對(duì)副變量要求不很嚴(yán)格，由于副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)工藝上對(duì)副變量要求不很嚴(yán)格，由于副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為能使副變量快速跟它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為能使副變量快速跟蹤給定值的變化，蹤給定值的變化， 副控制器最好不帶積分作用，副控制

31、器最好不帶積分作用， 因積分作用因積分作用會(huì)使跟蹤變得緩慢。會(huì)使跟蹤變得緩慢。 副控制器的微分作用一般也不需要，因當(dāng)副控制器的微分作用一般也不需要，因當(dāng)控制器有微分作用時(shí)，一旦主控制器的輸出稍有變化，控制閥就控制器有微分作用時(shí)，一旦主控制器的輸出稍有變化，控制閥就將大幅度的變化，對(duì)控制不利。只有當(dāng)副對(duì)象容量滯后較大時(shí)，將大幅度的變化，對(duì)控制不利。只有當(dāng)副對(duì)象容量滯后較大時(shí)，才可適當(dāng)加些微分作用。副控制器一般采用比例控制即可。只有才可適當(dāng)加些微分作用。副控制器一般采用比例控制即可。只有當(dāng)主控制器采用積分作用時(shí)當(dāng)主控制器采用積分作用時(shí), ,不論干擾作用在副回路還是作用在不論干擾作用在副回路還是作用

32、在主回路主回路, ,都能保證主變量無(wú)余差都能保證主變量無(wú)余差, ,然而副控制器有積分作用而主控然而副控制器有積分作用而主控制器無(wú)積分作用制器無(wú)積分作用, ,只有干擾作用于副回路只有干擾作用于副回路, ,主變量才無(wú)余差主變量才無(wú)余差, ,如干如干擾作用干主回路擾作用干主回路, ,主變量仍然會(huì)有余差主變量仍然會(huì)有余差. .(2)(2)串級(jí)控制系統(tǒng)中主串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器正副控制器正、反作用的選擇反作用的選擇主主、副控制器正副控制器正、反作用的選擇應(yīng)先副后主。副控制器的正反作用的選擇應(yīng)先副后主。副控制器的正、反作反作用視副回路的具體情況而定，與主回路無(wú)關(guān)。用視副回路的具體情況而定，與主回路無(wú)關(guān)。主回路中包括副回路，由于副回路是一隨動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)主控制器輸出主回路中包括