《過程控制工程》邵裕森主編（第2版）PPT課件

《過程控制工程》邵裕森主編（第2版）PPT課件,過程控制工程,過程,控制工程,邵裕森,主編,PPT,課件 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表華南理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院華南理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2014年年 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章考試范圍考試范圍:第第1章章 緒論緒論第第4章章 執(zhí)行器及安全柵（部分）執(zhí)行器及安全柵（部分）第第5章章 被控過程的數(shù)學(xué)模型被控過程的數(shù)學(xué)模型第第6章章 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定第第7章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)第第8章章 先進(jìn)過程控制技術(shù)（部分）先進(jìn)過程控制技術(shù)（部分）第第10章章 過程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例（部分）過程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例（部分）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章第第1 1章章 緒論緒論過程控制的特點(diǎn)：過程控制的特點(diǎn)：連續(xù)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。連續(xù)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)：過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)：四個(gè)環(huán)節(jié)：四個(gè)環(huán)節(jié)：給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象+e實(shí)測值實(shí)測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)的分類1.按設(shè)定值的形式分類按設(shè)定值的形式分類1）定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng) 設(shè)定值恒定不變。設(shè)定值恒定不變。2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)定值隨時(shí)可能變化。設(shè)定值隨時(shí)可能變化。3）程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化。設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化。2.按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類1）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）2）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)）3）復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)根據(jù)工藝對控制的要求來制定的，概括為根據(jù)工藝對控制的要求來制定的，概括為穩(wěn)定性穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性和和快速性快速性。典型測試：給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍信號，觀察其階典型測試：給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍信號，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。分給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類。躍響應(yīng)的品質(zhì)。分給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章(a)干擾階躍響應(yīng)干擾階躍響應(yīng)t0y y(b)給定階躍響應(yīng)給定階躍響應(yīng)0ty y過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo) 單項(xiàng)性能指標(biāo)包含了對控制系統(tǒng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)包含了對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性、準(zhǔn)準(zhǔn)確性確性和和快速性快速性三方面的評價(jià)。三方面的評價(jià)。1）衰減比）衰減比n和衰減率和衰減率2）最大動(dòng)態(tài)偏差）最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù)和超調(diào)量和超調(diào)量3）余差）余差C4）調(diào)節(jié)時(shí)間）調(diào)節(jié)時(shí)間Ts和振蕩頻率和振蕩頻率另外：還有峰值時(shí)間另外：還有峰值時(shí)間Tp（又稱上升時(shí)間）（又稱上升時(shí)間）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章q穩(wěn)定性穩(wěn)定性 衰減比衰減比n=4:110:1最佳最佳 q準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性 余差余差C小好小好 最大偏差最大偏差 A 小好小好q快速性快速性 過渡時(shí)間過渡時(shí)間 Ts 短好短好 振蕩周期振蕩周期 T 短好短好過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)偏差積分偏差積分偏差積分偏差積分IE絕對偏差積分絕對偏差積分IAE平方偏差積分平方偏差積分ISE時(shí)間與絕對偏差乘積積分時(shí)間與絕對偏差乘積積分ITAE過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章第第5 5章章 被控過程的數(shù)學(xué)模型被控過程的數(shù)學(xué)模型建立被控過程數(shù)學(xué)模型的基本方法建立被控過程數(shù)學(xué)模型的基本方法q機(jī)機(jī)理理法法：根根據(jù)據(jù)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程的的內(nèi)內(nèi)部部機(jī)機(jī)理理，列列寫寫出出有有關(guān)的平衡方程，從而獲取對象的數(shù)學(xué)模型。關(guān)的平衡方程，從而獲取對象的數(shù)學(xué)模型。q測測試試法法：通通過過實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測測試試，來來識識別別對對象象的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型。型。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章考點(diǎn)：水槽機(jī)理法建?？键c(diǎn)：水槽機(jī)理法建模步驟：步驟：（1）弄清楚對象的輸入量、輸出量）弄清楚對象的輸入量、輸出量（2）根據(jù)物料平衡方程、閥門特性列寫微分方）根據(jù)物料平衡方程、閥門特性列寫微分方程組，增量化處理程組，增量化處理（3）畫出系統(tǒng)框圖要求）畫出系統(tǒng)框圖要求（4）寫出最后的傳遞函數(shù)）寫出最后的傳遞函數(shù)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章被控過程的自衡與非自衡特性被控過程的自衡與非自衡特性考點(diǎn)注意：考點(diǎn)注意：同同樣樣的的單單容容水水槽槽如如果果出出水水用用泵泵抽抽出出，則則成成為為無無自自衡衡特性。特性。具有純滯后的液位過程。具有純滯后的液位過程。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章階躍響應(yīng)曲線法建模階躍響應(yīng)曲線法建模給給對對象象輸輸入入一一階階躍躍信信號號或或方方波波信信號號測測其其輸輸出出響響應(yīng)。應(yīng)。1階躍響應(yīng)曲線的直接測定階躍響應(yīng)曲線的直接測定11tthKT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章矩形脈沖法測定被控過程的階躍響應(yīng)曲線矩形脈沖法測定被控過程的階躍響應(yīng)曲線過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章由階躍響應(yīng)曲線確定被控過程傳遞函數(shù)由階躍響應(yīng)曲線確定被控過程傳遞函數(shù) 大多數(shù)工業(yè)對象的特性可大多數(shù)工業(yè)對象的特性可以用具有純滯后的一階或二階以用具有純滯后的一階或二階慣性環(huán)節(jié)來近似描述：慣性環(huán)節(jié)來近似描述：1 xtt y0ty00過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 對于少數(shù)無自衡特性的對象，可用帶滯后的積對于少數(shù)無自衡特性的對象，可用帶滯后的積分特性近似描述：分特性近似描述：xtt y0ty00 由對象的階躍響應(yīng)曲線基由對象的階躍響應(yīng)曲線基本可以辨識對象的特性模型結(jié)本可以辨識對象的特性模型結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)。構(gòu)和特性參數(shù)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章基本概念基本概念1.簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成指指由由一一個(gè)個(gè)測測量量變變送送器器、一一個(gè)個(gè)控控制制器器、一一個(gè)個(gè)控控制制閥和一個(gè)對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)閥和一個(gè)對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng) 2.生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程對對過過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的要要求求可可簡簡要要?dú)w納為安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。歸納為安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。不要與性能指標(biāo)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快混淆。不要與性能指標(biāo)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快混淆。3.被控參數(shù)與控制變量的選擇被控參數(shù)與控制變量的選擇 見書上見書上 第第6章章 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章特特別強(qiáng)調(diào)：控制通道控制通道時(shí)間常數(shù)常數(shù)T0的大小反映了控制作用的的大小反映了控制作用的強(qiáng)弱，反映了控制器的校正作用克服弱，反映了控制器的校正作用克服擾動(dòng)對被控參被控參數(shù)影響的快慢。數(shù)影響的快慢。若若T0太大太大，控制作用太弱，被控參數(shù)，控制作用太弱，被控參數(shù)變化化緩慢，慢，控制不及控制不及時(shí)，系，系統(tǒng)過渡渡時(shí)間長，控制，控制質(zhì)量下降。量下降。若若T0太小太小，易引起系，易引起系統(tǒng)振振蕩，使系，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。定性下降。所以，所以，T0應(yīng)適當(dāng)小一點(diǎn)。適當(dāng)小一點(diǎn)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章執(zhí)行器的行器的選擇概念概念執(zhí)行器行器組成：成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是機(jī)構(gòu)就是閥門根據(jù)根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所使用能源的不同，行機(jī)構(gòu)所使用能源的不同，執(zhí)行器行器可以分可以分為氣氣動(dòng)、電動(dòng)、液、液動(dòng)三大三大類。氣氣動(dòng)執(zhí)行器接受行器接受0.21051.0105a的的標(biāo)準(zhǔn)氣準(zhǔn)氣壓信號信號過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章控制控制閥的流量特性：指介的流量特性：指介質(zhì)流流過控制控制閥閥門的相的相對流量與相流量與相對開度之開度之間的關(guān)系。的關(guān)系。理想流量特性理想流量特性直直線流量特性流量特性 對數(shù)（等百分比）流量特性數(shù)（等百分比）流量特性拋物拋物線流量特性流量特性 快開流量特性快開流量特性工作流量特性工作流量特性實(shí)際應(yīng)用中，理想流量特性會(huì)因控制用中，理想流量特性會(huì)因控制閥前后前后壓差遭差遭受阻力受阻力損失而畸失而畸變成工作流量特性。成工作流量特性。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 調(diào)節(jié)閥的選擇調(diào)節(jié)閥的選擇 1調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇 正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在15%85%區(qū)區(qū)間。據(jù)此原則計(jì)算、確定控制閥的口徑尺寸。間。據(jù)此原則計(jì)算、確定控制閥的口徑尺寸。2調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇首先按照過程控制系統(tǒng)的要求，確定工作流量特性，首先按照過程控制系統(tǒng)的要求，確定工作流量特性，再根據(jù)流量特性曲線的畸變程度以及工藝要求和工再根據(jù)流量特性曲線的畸變程度以及工藝要求和工藝配管情況，確定理想流量特性。藝配管情況，確定理想流量特性。3 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式選擇（必須掌握）（必須掌握）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章調(diào)節(jié)器正反作用的選擇調(diào)節(jié)器正反作用的選擇為為了了保保證證負(fù)負(fù)反反饋饋，必必須須正正確確選選擇擇調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器的的正正反反作用。作用。給定值給定值測量變送器測量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象操作量操作量被控變量被控變量干擾干擾過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章為了說明選擇方法，先定義作用方向：為了說明選擇方法，先定義作用方向：當(dāng)當(dāng)某某個(gè)個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)的的輸輸入入增增加加時(shí)時(shí)，其其輸輸出出也也增增加加，稱稱該該環(huán)節(jié)為環(huán)節(jié)為“正作用正作用”；反之，稱為；反之，稱為“反作用反作用”。按此按此定義：定義：q變送器都是正作用變送器都是正作用q氣開閥是正作用，氣關(guān)閥是反作用氣開閥是正作用，氣關(guān)閥是反作用q被控對象有的正作用，有的反作用被控對象有的正作用，有的反作用q控制器作用方向以測量輸入與輸出的關(guān)系定義：控制器作用方向以測量輸入與輸出的關(guān)系定義：正作用：測量值正作用：測量值給定值給定值反作用：給定值反作用：給定值測量值測量值 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 調(diào)節(jié)器正反作用的確定原調(diào)節(jié)器正反作用的確定原則：則：保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋 簡單的判定方法：簡單的判定方法：閉合回閉合回路中有奇數(shù)個(gè)反作用環(huán)節(jié)。路中有奇數(shù)個(gè)反作用環(huán)節(jié)。偏差偏差控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象變送器變送器給定值給定值被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù)干擾干擾測測量量值值反作用反作用正作用正作用正作用正作用正作用正作用過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的器的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律，即它的輸出量與輸入量（偏差值），即它的輸出量與輸入量（偏差值）之間的函數(shù)關(guān)系。之間的函數(shù)關(guān)系。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的作用是根據(jù)偏差，按規(guī)定的器的作用是根據(jù)偏差，按規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)產(chǎn)生輸出信號，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。生輸出信號，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章將將比比例例、積積分分、微微分分三三種種調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)規(guī)規(guī)律律結(jié)結(jié)合合在在一一起起，只只要要三三項(xiàng)項(xiàng)作作用用的的強(qiáng)強(qiáng)度度配配合合適適當(dāng)當(dāng)，既既能能快快速速調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)，又又能能消消除除余余差差，可可得得到到滿滿意意的的控控制制效效果果。在在PID調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)中中，比比例例作作用用是是基基礎(chǔ)礎(chǔ)；微微分分作作用用可可以以加加快快系系統(tǒng)統(tǒng)控控制制速度，減小超調(diào)；積分作用可以消除靜差。速度，減小超調(diào)；積分作用可以消除靜差。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章調(diào)節(jié)規(guī)律律優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)應(yīng) 用用P靈靈敏敏、簡單，只只有有一一個(gè)整定參數(shù)；個(gè)整定參數(shù)；存在靜差存在靜差負(fù)荷荷變化化不不顯著著，工工藝指指標(biāo)要要求不高的求不高的對象。象。PI能能消消除除靜靜差差，又又控控制制靈敏靈敏對于于滯滯后后較大大的的對象象，比比例例積分分調(diào)節(jié)太太慢慢，效效果不好。果不好。應(yīng)用用于于調(diào)節(jié)通通道道容容量量滯滯后后較小小、負(fù)荷荷變化化不不大大、精精度度要要求求高高的的調(diào)節(jié)系系統(tǒng)。例例如如，流流量量調(diào)節(jié)系系統(tǒng)。PD增增進(jìn)調(diào)節(jié)系系統(tǒng)的的穩(wěn)定定度度，可可調(diào)小小比比例例度度，而而加加快快調(diào)節(jié)過程程，減減小小動(dòng)態(tài)偏差和靜差偏差和靜差系系統(tǒng)對高高頻干干擾特特別敏敏感感，系系統(tǒng)輸出出易易夾雜高高頻干干擾。應(yīng)用用于于調(diào)節(jié)通通道道容容量量滯滯后后較大大，但但調(diào)節(jié)精度要求不高的精度要求不高的對象。象。PID綜合合了了各各類調(diào)節(jié)作作用用的的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，所所以以有有更更高高的的調(diào)節(jié)質(zhì)量。量。對于于滯滯后后很很大大，負(fù)荷荷變化化很很大大的的對象象，PID調(diào)節(jié)也也無無法法滿足足要要求求，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)復(fù)雜調(diào)節(jié)系系統(tǒng)應(yīng)用用于于調(diào)節(jié)通通道道容容量量滯滯后后較大大、負(fù)荷荷變化化較大大、精精度度要要求求高高的的對象。象。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章（1）穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)（臨界比例度（臨界比例度Pm和振蕩周期和振蕩周期Tm），按經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的），按經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。整定參數(shù)。（2）衰減曲線法）衰減曲線法閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。減振蕩狀態(tài)即可。（3）響應(yīng)曲線法（）響應(yīng)曲線法（開環(huán)整定方法）開環(huán)整定方法）（4）經(jīng)驗(yàn)法）經(jīng)驗(yàn)法 憑經(jīng)驗(yàn)湊試。憑經(jīng)驗(yàn)湊試。其關(guān)鍵是其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)看曲線，調(diào)參數(shù)”。調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章重點(diǎn)：響應(yīng)曲線法重點(diǎn)：響應(yīng)曲線法屬屬于于開開環(huán)環(huán)整整定定方方法法。以以被被控控對對象象控控制制通通道道的的階階躍躍響響應(yīng)應(yīng)為為依依據(jù)據(jù)，通通過過經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公公式式求求取取調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器的的最最佳佳參參數(shù)數(shù)整定值。整定值。方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線。方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線。給定值給定值測量變送器測量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象被控變量被控變量過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)所所得得響響應(yīng)應(yīng)曲曲線線，找找出出廣廣義義對對象象的的特特性性參參數(shù)數(shù)K0、T0、0，用表，用表6-4的經(jīng)驗(yàn)公式求整定參數(shù)。的經(jīng)驗(yàn)公式求整定參數(shù)。T00此方法在不加控制作用的狀態(tài)下進(jìn)行，對于不允此方法在不加控制作用的狀態(tài)下進(jìn)行，對于不允許工藝失控的生產(chǎn)過程，不能使用。許工藝失控的生產(chǎn)過程，不能使用。表表6.4 響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式0.5020PID3.30PIPTdTiP（%）整定參數(shù)整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)調(diào)節(jié)規(guī)律律過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章幾種整定方法的比較幾種整定方法的比較整定方法整定方法優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)響響應(yīng)曲曲線法法方法簡單方法簡單系系統(tǒng)統(tǒng)開開環(huán)環(huán)，被被調(diào)調(diào)量量變變化化較大，影響生產(chǎn)較大，影響生產(chǎn)穩(wěn)定定邊界法界法系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)會(huì)出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩會(huì)出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲衰減曲線法法系統(tǒng)閉環(huán)，安全系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)經(jīng)驗(yàn)法法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)需要經(jīng)驗(yàn)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)當(dāng)當(dāng)對對象象的的滯滯后后較較大大，干干擾擾比比較較劇劇烈烈、頻頻繁繁時(shí)時(shí)，采采用用簡簡單單控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)往往往往控控制制質(zhì)質(zhì)量量較較差差，滿滿足足不不了了工工藝上的要求，這時(shí)可考慮采用串級控制系統(tǒng)。藝上的要求，這時(shí)可考慮采用串級控制系統(tǒng)。第第 7 7 章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章爐膛溫度爐膛溫度變化變化T2T、T2C回路先改變?nèi)剂狭炕芈废雀淖內(nèi)剂狭縏1T、T1C回路再改回路再改變?nèi)剂狭孔內(nèi)剂狭砍隽蠝囟瘸隽蠝囟茸兓兓鉀Q措施解決措施：在影響出口溫度的通道：在影響出口溫度的通道中，加測爐膛溫度的變化，提前控制。中，加測爐膛溫度的變化，提前控制。燃料壓力燃料壓力變化變化3min原料出口溫度原料出口溫度1(t)原料原料T1CT1T燃料燃料管式加熱爐管式加熱爐T2CT2T過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章系統(tǒng)框圖（注意規(guī)范，寫出每一個(gè)環(huán)節(jié)）系統(tǒng)框圖（注意規(guī)范，寫出每一個(gè)環(huán)節(jié)）主控制器調(diào)節(jié)閥x1爐膛原料油f3、f4f1、f2管壁溫度變送器1溫度變送器2副控制器x2(t)2(t)1(t)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章串級系統(tǒng)特點(diǎn)總結(jié)：串級系統(tǒng)特點(diǎn)總結(jié)：對進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的克服能力；對進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的克服能力；改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對進(jìn)入主回路的干擾控制效果也有改善；作頻率；對進(jìn)入主回路的干擾控制效果也有改善；對負(fù)荷或操作條件的變化有一定自適應(yīng)能力。對負(fù)荷或操作條件的變化有一定自適應(yīng)能力。調(diào)節(jié)效果比較調(diào)節(jié)效果比較串級控制串級控制單回路控制單回路控制ty過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章重點(diǎn)重點(diǎn)：選擇串級系統(tǒng)的副變量，遵循下面幾個(gè)：選擇串級系統(tǒng)的副變量，遵循下面幾個(gè)原則：原則：主、副變量有對應(yīng)關(guān)系主、副變量有對應(yīng)關(guān)系副參數(shù)的選擇必須使副回路包含變化劇烈的副參數(shù)的選擇必須使副回路包含變化劇烈的主要干擾，并盡可能多包含一些干擾主要干擾，并盡可能多包含一些干擾副參數(shù)的選擇應(yīng)考慮主、副回路中控制過程副參數(shù)的選擇應(yīng)考慮主、副回路中控制過程的時(shí)間常數(shù)的匹配，以防的時(shí)間常數(shù)的匹配，以防“共振共振”的發(fā)生的發(fā)生應(yīng)注意工藝上的合理性和經(jīng)濟(jì)性應(yīng)注意工藝上的合理性和經(jīng)濟(jì)性過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主調(diào)節(jié)器通常選用主調(diào)節(jié)器通常選用PI調(diào)節(jié)，或調(diào)節(jié)，或PID調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。副調(diào)節(jié)器一般選副調(diào)節(jié)器一般選P調(diào)節(jié)就可以了。調(diào)節(jié)就可以了。主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定1、根據(jù)工藝安全、節(jié)能要求確定調(diào)節(jié)閥的正、反作、根據(jù)工藝安全、節(jié)能要求確定調(diào)節(jié)閥的正、反作用；用；2、按照副回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則確定副調(diào)節(jié)器的正、按照副回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則確定副調(diào)節(jié)器的正、反作用；反作用；3、依據(jù)主回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則，確定主調(diào)節(jié)器的、依據(jù)主回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則，確定主調(diào)節(jié)器的正、反作用。正、反作用。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章舉例：舉例：1、從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥選用氣開式、從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥選用氣開式（正作用）。一旦出現(xiàn)故障或氣源斷氣，調(diào)節(jié)閥應(yīng)關(guān)（正作用）。一旦出現(xiàn)故障或氣源斷氣，調(diào)節(jié)閥應(yīng)關(guān)閉，切斷燃料油進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全。閉，切斷燃料油進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全。原料出口溫度原料出口溫度1(t)原料原料T1CT1T燃料燃料管式加熱爐管式加熱爐T2CT2T過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2、副回路中，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高，測量、副回路中，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高，測量信號增大，說明副對象和變送器都是正作用。為保證信號增大，說明副對象和變送器都是正作用。為保證副回路為負(fù)反饋，副調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用方式。副回路為負(fù)反饋，副調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用方式。原料出口溫度原料出口溫度1(t)原料原料 T1C T1T燃料燃料管式加熱爐管式加熱爐 T2C T2T過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章前饋控制前饋控制原理：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，立即將其測量出來，原理：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，立即將其測量出來，通過前饋控制器，根據(jù)擾動(dòng)量的大小改變控制變量，通過前饋控制器，根據(jù)擾動(dòng)量的大小改變控制變量，以抵消擾動(dòng)對被控參數(shù)的影響。以抵消擾動(dòng)對被控參數(shù)的影響。補(bǔ)償原理：不變性原理補(bǔ)償原理：不變性原理如如果果補(bǔ)補(bǔ)償償量量和和干干擾擾量量以以同同樣樣的的大大小小和和速速度度作作用用于被控變量，且作用方向相反的話，被控變量不變。于被控變量，且作用方向相反的話，被控變量不變。Y(S)=F(S)Gf(s)+F(S)Gm(s)Gb(s)Gv(s)Go(s)=0過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章q前饋控制的特點(diǎn)：前饋控制的特點(diǎn)：前饋控制器是按是按照干擾的大小進(jìn)行控制前饋控制器是按是按照干擾的大小進(jìn)行控制的，的，稱為稱為“擾動(dòng)補(bǔ)償擾動(dòng)補(bǔ)償”。如果補(bǔ)償精確，被調(diào)變量。如果補(bǔ)償精確，被調(diào)變量不會(huì)變化，能實(shí)現(xiàn)不會(huì)變化，能實(shí)現(xiàn)“不變性不變性”控制。控制。前饋控制是開環(huán)控制，控制作用幾乎與干擾前饋控制是開環(huán)控制，控制作用幾乎與干擾同步產(chǎn)生，是事先調(diào)節(jié)，速度快。同步產(chǎn)生，是事先調(diào)節(jié)，速度快。前饋控制器的控制規(guī)律不是前饋控制器的控制規(guī)律不是PID控制，是由對控制，是由對象特性決定的。象特性決定的。前饋控制只對特定的干擾有控制作用，對其前饋控制只對特定的干擾有控制作用，對其它干擾無效。它干擾無效。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章前饋控制的局限性前饋控制的局限性實(shí)際工業(yè)過程中的干擾很多，不可能對每個(gè)實(shí)際工業(yè)過程中的干擾很多，不可能對每個(gè)干擾設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，況且有的干擾的在線檢測干擾設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，況且有的干擾的在線檢測非常困難。非常困難。前饋控制器的補(bǔ)償控制規(guī)律很難精確計(jì)算，前饋控制器的補(bǔ)償控制規(guī)律很難精確計(jì)算，即使前饋控制器設(shè)計(jì)的非常精確，即使前饋控制器設(shè)計(jì)的非常精確，實(shí)現(xiàn)時(shí)也會(huì)存在實(shí)現(xiàn)時(shí)也會(huì)存在誤差，而開環(huán)系統(tǒng)對誤差無法自我糾正。誤差，而開環(huán)系統(tǒng)對誤差無法自我糾正。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)前饋控制的結(jié)構(gòu)有靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。前饋控制的結(jié)構(gòu)有靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。1靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)（S=0時(shí)）時(shí)）2動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)完全按照補(bǔ)償控制規(guī)律制作控制器。完全按照補(bǔ)償控制規(guī)律制作控制器。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章前饋前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)反饋復(fù)合控制系統(tǒng)為了克服前饋控制的局限性，將前饋控制和反饋為了克服前饋控制的局限性，將前饋控制和反饋控制結(jié)合起來，組成前饋控制結(jié)合起來，組成前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。v如換熱器出口溫度前饋如換熱器出口溫度前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。TTTCM蒸汽蒸汽換熱器換熱器冷物料冷物料入口入口熱物料熱物料出口出口冷凝水冷凝水FTFB過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章復(fù)合控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：復(fù)合控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：在反饋控制的基礎(chǔ)上，針對主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)在反饋控制的基礎(chǔ)上，針對主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償。既提高了控制速度，又保證了控制精度。償。既提高了控制速度，又保證了控制精度。反饋控制回路的存在，降低了對前饋控制器的精反饋控制回路的存在，降低了對前饋控制器的精度要求，有利于簡化前饋控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。度要求，有利于簡化前饋控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在單純的反饋控制系統(tǒng)中，提高控制精度與系統(tǒng)在單純的反饋控制系統(tǒng)中，提高控制精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性是一對矛盾。往往為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性而無法穩(wěn)定性是一對矛盾。往往為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性而無法實(shí)現(xiàn)高精度的控制。而前饋實(shí)現(xiàn)高精度的控制。而前饋反饋控制系統(tǒng)既可實(shí)反饋控制系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)高精度控制，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)高精度控制，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章前饋前饋串級復(fù)合控制系統(tǒng)串級復(fù)合控制系統(tǒng)對于慢過程的控制，如果生產(chǎn)過程中的主要干擾對于慢過程的控制，如果生產(chǎn)過程中的主要干擾頻繁而又劇烈，而工藝對被控參量的控制精度要求又頻繁而又劇烈，而工藝對被控參量的控制精度要求又很高，可以考慮采用前饋很高，可以考慮采用前饋串級復(fù)合控制方案。串級復(fù)合控制方案。Gv(s)Gb(s)GmF(s)F(s)Gf(s)Go1(s)Y(s)Gm2(s)Gc1(s)X(s)Gc2(s)Go2(s)Gm1(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章前饋控制的應(yīng)用場合前饋控制的應(yīng)用場合（1 1）某某個(gè)個(gè)干干擾擾幅幅值值大大而而頻頻繁繁，對對被被控控變變量量影影響劇烈，而對象的控制通道滯后大。響劇烈，而對象的控制通道滯后大。（2 2）采采用用單單純純的的反反饋饋控控制制，控控制制速速度度慢慢、質(zhì)質(zhì)量差。量差。（3 3）用串級控制，效果改善不明顯。）用串級控制，效果改善不明顯。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章大滯后過程控制系統(tǒng)大滯后過程控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中，控制通道往往不同程度地存在著在工業(yè)生產(chǎn)中，控制通道往往不同程度地存在著純滯后。一般將純滯后時(shí)間純滯后。一般將純滯后時(shí)間0與時(shí)間常數(shù)與時(shí)間常數(shù)T之比大于之比大于0.3（0/T0.3）的過程稱之為大滯后過程。）的過程稱之為大滯后過程。大滯后過程的大滯后過程的Simth預(yù)估補(bǔ)償控制預(yù)估補(bǔ)償控制Simth預(yù)估補(bǔ)償控制是按照對象特性，設(shè)計(jì)一個(gè)預(yù)估補(bǔ)償控制是按照對象特性，設(shè)計(jì)一個(gè)模型加入到反饋控制系統(tǒng)，提早估計(jì)出對象在擾動(dòng)模型加入到反饋控制系統(tǒng)，提早估計(jì)出對象在擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提早進(jìn)行補(bǔ)償，使控制器提前作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提早進(jìn)行補(bǔ)償，使控制器提前動(dòng)作，從而降低超調(diào)量，并加速調(diào)節(jié)過程。動(dòng)作，從而降低超調(diào)量，并加速調(diào)節(jié)過程。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Gb(s)+Y(s)得：得：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章Y(s)Gf(s)X(s)Gc(s)Go(s)e-oSoS_ _U(s)+F(s)Go(s)+Y(s)e-oSoS_ _Smith預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)對補(bǔ)償模型的誤差十分敏感，預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)對補(bǔ)償模型的誤差十分敏感，補(bǔ)償效果取決于補(bǔ)償器模型的精度。補(bǔ)償效果取決于補(bǔ)償器模型的精度。Gb(s)=G0(s)(1-e-oS)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)定定義義：實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)兩兩個(gè)個(gè)或或多多個(gè)個(gè)參參數(shù)數(shù)符符合合一一定定比比例例關(guān)關(guān)系系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。例如要實(shí)現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：例如要實(shí)現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：Q2=K Q1 其中：其中：K比值系數(shù)；比值系數(shù)；Q1主流量；主流量；Q2副副流量流量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章比值控制系統(tǒng)的種類比值控制系統(tǒng)的種類 1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)FTFCQ1Q22.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)F1TQ1Q2 KF2TF2C過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) qQ1是主流量，是主流量，Q2是副是副流量。兩個(gè)流量都可控，流量。兩個(gè)流量都可控，因此總流量穩(wěn)定。因此總流量穩(wěn)定。F1TQ1Q2F1CF2TF2CK4變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個(gè)工藝參數(shù)的需要而變化，為滿足這種工藝的要第三個(gè)工藝參數(shù)的需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比值控制系統(tǒng)。求，就出現(xiàn)了變比值控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章圖圖7.23 變比值控制系統(tǒng)框圖變比值控制系統(tǒng)框圖Gc2(s)Y(s)+Gv2(s)G02(s)G0(s)Gc1(s)X(s)Gm(s)Q1(s)Q2(s)Gm2(s)Gm1(s)+KKr_ _ _應(yīng)當(dāng)注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只應(yīng)當(dāng)注意，在變比值控制系統(tǒng)中，流量比值只是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如是一種控制手段，不是最終目的，而第三參數(shù)（如本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。本例中溫度）往往是主要被控參數(shù)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定 1比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）主流量、副流量的確定原則：）主流量、副流量的確定原則：生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料流量，一般選為主流量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時(shí)，主、副物料流量的當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時(shí)，主、副物料流量的確定應(yīng)服從工藝需要。確定應(yīng)服從工藝需要。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2）控制方案的選擇）控制方案的選擇控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定，同時(shí)控制方案選擇應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)要求確定，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。對總流量無要求，可用單閉環(huán)比值控制方案。如果主、副流量的擾動(dòng)頻繁，而工藝要求主、如果主、副流量的擾動(dòng)頻繁，而工藝要求主、副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制副物料總流量恒定的生產(chǎn)過程，可用雙閉環(huán)比值控制方案。方案。當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第當(dāng)生產(chǎn)工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可用變比值控制方案。三參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可用變比值控制方案。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章3）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制比值控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是根據(jù)控制方案和控制要求而定。方案和控制要求而定。F1TQ1Q2 KF2TF2C在單閉環(huán)比值控制系在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，比值器統(tǒng)中，比值器K起比值計(jì)起比值計(jì)算作用，若用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，算作用，若用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，則選則選P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)器F2C使副流量穩(wěn)定，為保證控使副流量穩(wěn)定，為保證控制精度可選制精度可選PI調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。PPI過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章雙閉環(huán)比值控制不僅雙閉環(huán)比值控制不僅要求兩流量保持恒定的比要求兩流量保持恒定的比值關(guān)系，而且主、副流量值關(guān)系，而且主、副流量均要實(shí)現(xiàn)定值控制，所以均要實(shí)現(xiàn)定值控制，所以兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選PI調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)；比值器選比值器選P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。F1TQ1Q2F1CF2TF2CKPIPIP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章5）比值系數(shù)的計(jì)算）比值系數(shù)的計(jì)算流量比值流量比值K根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的比值系根據(jù)儀表的量程轉(zhuǎn)換成儀表的比值系數(shù)數(shù)K（l）流量與測量信號之間成線性關(guān)系）流量與測量信號之間成線性關(guān)系（2）流量與測量信號之間成非線性關(guān)系）流量與測量信號之間成非線性關(guān)系過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1）比值系數(shù)的實(shí)現(xiàn)）比值系數(shù)的實(shí)現(xiàn)比值系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有相乘和相除二種方法。比值系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有相乘和相除二種方法。2）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定）比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)比值系統(tǒng)的主流量回路，可按單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊行整定；比值系統(tǒng)的副流量整定為振蕩與不振蕩的邊界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應(yīng)又快。界為佳，即過渡過程既不振蕩而反應(yīng)又快。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8.2 相對增益相對增益對于一個(gè)具有對于一個(gè)具有N個(gè)被控變量和個(gè)被控變量和N個(gè)控制變量的過程，個(gè)控制變量的過程，可以有可以有N！種不同構(gòu)成方式來組成！種不同構(gòu)成方式來組成N！個(gè)不同的控制方！個(gè)不同的控制方案，分析全部案，分析全部N！個(gè)控制方案中系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)，可以！個(gè)控制方案中系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)，可以選出關(guān)聯(lián)最小的控制方案。相對增益是描述耦合程度選出關(guān)聯(lián)最小的控制方案。相對增益是描述耦合程度的一種方法。的一種方法。一、相對增益的定義一、相對增益的定義第一放大系數(shù)第一放大系數(shù)：在相互耦合的控制回路中，使其他：在相互耦合的控制回路中，使其他各控制量各控制量 都保持不變，即其他都保持不變，即其他通道開路（不控制），只改變所考慮的那個(gè)控制量通道開路（不控制），只改變所考慮的那個(gè)控制量 即改變控制量即改變控制量 ，一個(gè)，一個(gè) 時(shí)所得到時(shí)所得到 的變化量的變化量與與 改變量之比，稱為改變量之比，稱為 到到 通道的第一放大通道的第一放大過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章系數(shù)，即系數(shù)，即第二放大系數(shù)第二放大系數(shù)：其他被控量保持不變，即其他回路：其他被控量保持不變，即其他回路閉合，只改變所要考慮的那個(gè)被控量閉合，只改變所要考慮的那個(gè)被控量 ，控制量，控制量對被控量對被控量 的開環(huán)增益的開環(huán)增益過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章和和 間的相對增益間的相對增益 為為這是布里斯托兒這是布里斯托兒(Bristol)首先提出的相對增益的概念。首先提出的相對增益的概念。它能揭示多變量耦合系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系，可以確定變量它能揭示多變量耦合系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系，可以確定變量間的配對選擇，判斷該系統(tǒng)是否需要解耦。間的配對選擇，判斷該系統(tǒng)是否需要解耦。這樣可以求得相對增益矩陣這樣可以求得相對增益矩陣過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章二、相對增益的計(jì)算二、相對增益的計(jì)算穩(wěn)態(tài)方程:式中：式中：表示第表示第 個(gè)被控量相對于第個(gè)被控量相對于第 個(gè)控制量個(gè)控制量的靜態(tài)增益。的靜態(tài)增益。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章同理可得：同理可得：對于高階多變量系統(tǒng)對于高階多變量系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章其中其中det K 是矩陣是矩陣K 的行列式；的行列式；Kij是矩陣是矩陣K 的代數(shù)余子式的代數(shù)余子式。相對增益的性質(zhì)：相對增益的性質(zhì)：相對增益矩陣中每行或每列的總和均為相對增益矩陣中每行或每列的總和均為1；過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章l對于22系統(tǒng)，當(dāng)kij為正的個(gè)數(shù)是奇數(shù)時(shí)，所有的相對增益都在01之間，稱為正耦合；l當(dāng)kij為正的個(gè)數(shù)是偶數(shù)時(shí)，存在相對增益小于0，稱為負(fù)耦合。相對增益的物理意義：相對增益的物理意義：在這種情況下，穩(wěn)態(tài)增益的符號隨著其它回路狀態(tài)的改變（開環(huán)、閉環(huán)）而不同過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章在這種情況下，當(dāng)其它回路都開環(huán)時(shí)，穩(wěn)態(tài)增益為0。在這種情況下，其它回路閉環(huán)時(shí)的穩(wěn)態(tài)增益比開環(huán)時(shí)要大。在這種情況下，其它回路的開環(huán)與在這種情況下，其它回路的開環(huán)與閉環(huán)對穩(wěn)態(tài)增益的大小沒有影響閉環(huán)對穩(wěn)態(tài)增益的大小沒有影響。是否表示回路間沒有關(guān)連？過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章在這種情況下，其它回路開環(huán)時(shí)的穩(wěn)態(tài)增益比閉環(huán)時(shí)要大。在這種情況下，其它回路閉環(huán)時(shí)的穩(wěn)在這種情況下，其它回路閉環(huán)時(shí)的穩(wěn)態(tài)增益為態(tài)增益為0。無法進(jìn)行多回路控制。無法進(jìn)行多回路控制過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章三、變量配對：三、變量配對：l不能選擇 的變量配對l不能選擇 的變量配對l不能選擇 的變量配對l應(yīng)該選擇 最接近1的變量配對過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章變量配對舉例（調(diào)和過程）：變量配對舉例（調(diào)和過程）：是非線性系統(tǒng)！過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章1.計(jì)算靜態(tài)增益計(jì)算靜態(tài)增益：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2.計(jì)算一個(gè)相對增益：計(jì)算一個(gè)相對增益：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3.構(gòu)造相對增益矩陣：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章假設(shè)：穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)(Q10,Q20,Q0,C0)；C1 C0 C2過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章l經(jīng)合適輸入輸出變量配對后，若關(guān)聯(lián)不大，經(jīng)合適輸入輸出變量配對后，若關(guān)聯(lián)不大，則可采用常規(guī)的多個(gè)單回路則可采用常規(guī)的多個(gè)單回路PID控制；控制；l盡管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，但主要控制通道動(dòng)盡管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，但主要控制通道動(dòng)態(tài)特性相差較大，則可通過調(diào)整態(tài)特性相差較大，則可通過調(diào)整PID參數(shù)，參數(shù)，使各回路的工作頻率拉開；使各回路的工作頻率拉開；l若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而且動(dòng)態(tài)特性相近，若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而且動(dòng)態(tài)特性相近，則需要進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)。則需要進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)。多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8.3解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、解耦條件一、解耦條件由下圖可知由下圖可知令令可得到可得到過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章對于多輸入多輸出的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)解耦的條件是：對于多輸入多輸出的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)解耦的條件是：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞矩陣必須是一個(gè)對角線矩陣系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞矩陣必須是一個(gè)對角線矩陣，即，即閉環(huán)系統(tǒng)解耦時(shí)的閉環(huán)傳遞矩陣閉環(huán)系統(tǒng)解耦時(shí)的閉環(huán)傳遞矩陣 是一個(gè)對角線是一個(gè)對角線矩陣，因此矩陣，因此 也是對角線矩陣，所以解耦系統(tǒng)也是對角線矩陣，所以解耦系統(tǒng)的開環(huán)傳遞矩陣的開環(huán)傳遞矩陣 也必須是對角線矩陣。也必須是對角線矩陣。為了實(shí)現(xiàn)解耦，必須在多變量控制系統(tǒng)中引入解耦裝為了實(shí)現(xiàn)解耦，必須在多變量控制系統(tǒng)中引入解耦裝置，此時(shí)多變量解耦控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞矩陣置，此時(shí)多變量解耦控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞矩陣式中式中 表示解耦系統(tǒng)的開環(huán)傳遞矩陣表示解耦系統(tǒng)的開環(huán)傳遞矩陣 表示解耦裝置矩陣表示解耦裝置矩陣過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章控制器傳遞矩陣控制器傳遞矩陣 為對角線矩陣，因此，要為對角線矩陣，因此，要使使 為對角線矩陣，只要為對角線矩陣，只要 與與 的乘積的乘積為對角線矩陣即可。為對角線矩陣即可。解耦控制解耦控制就是通過解耦環(huán)節(jié)，使存在耦合的多就是通過解耦環(huán)節(jié)，使存在耦合的多變量控制系統(tǒng)變?yōu)橄嗷オ?dú)立的單變量控制系統(tǒng)。變量控制系統(tǒng)變?yōu)橄嗷オ?dú)立的單變量控制系統(tǒng)。下面討論幾種常用的解耦方法。下面討論幾種常用的解耦方法。1前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦是最早用于多變量耦合控制系統(tǒng)前饋補(bǔ)償解耦是最早用于多變量耦合控制系統(tǒng)的解耦方法，是利用前饋控制原理實(shí)現(xiàn)解耦。的解耦方法，是利用前饋控制原理實(shí)現(xiàn)解耦。圖圖7.39所示為應(yīng)用前饋環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)（二變量）解所示為應(yīng)用前饋環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)（二變量）解耦的系統(tǒng)框圖。耦的系統(tǒng)框圖。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.39 前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N21(s)N12(s)+根據(jù)不變性原理可得根據(jù)不變性原理可得U1(s)G21(s)+U1(s)N21(s)G22(s)=0U2(s)G12(s)+U2(s)N12(s)G11(s)=0過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章求得解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型求得解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型圖圖7.39 前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N21(s)N12(s)+過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.40 雙變量解耦系統(tǒng)框圖雙變量解耦系統(tǒng)框圖G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+2對角矩陣解耦設(shè)計(jì)對角矩陣解耦設(shè)計(jì)對角矩陣設(shè)計(jì)法是設(shè)計(jì)一個(gè)解耦器，使解耦器的對角矩陣設(shè)計(jì)法是設(shè)計(jì)一個(gè)解耦器，使解耦器的傳遞函數(shù)陣與被控過程的傳遞函數(shù)陣的乘積成為對角傳遞函數(shù)陣與被控過程的傳遞函數(shù)陣的乘積成為對角陣，以消除多變量被控過程變量之間的相互耦合。陣，以消除多變量被控過程變量之間的相互耦合。例例過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章對對被被控控過過程程的的兩兩個(gè)個(gè)輸輸入入量量和和輸輸出出量量之之間間的的關(guān)關(guān)系系,可以列出一組描述對象特性的方程：可以列出一組描述對象特性的方程：Y1(s)=G11(s)Uc1(s)+G12(s)Uc2(s)Y2(s)=G21(s)Uc1(s)+G22(s)Uc2(s)G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+Uc1(s)Uc2(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章可簡寫成：可簡寫成：Y(s)=G(s)Uc(s)式式中中Y(s)為為輸輸出出向向量量，Uc(s)為為輸輸入入向向量量，而而G(s)稱為對象的傳遞矩陣。稱為對象的傳遞矩陣。將此方程組寫成矩陣形式，便是將此方程組寫成矩陣形式，便是過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章解耦環(huán)節(jié)解耦環(huán)節(jié)N(s)接在調(diào)節(jié)器和對象接在調(diào)節(jié)器和對象G(s)之間：之間：Uc1(s)=N11(s)U1(s)+N12(s)U2(s)Uc2(s)=N21(s)U1(s)+N22(s)U2(s)G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+Uc1(s)Uc2(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章可簡寫成：可簡寫成：式式中中Uc(s)為為輸輸出出向向量量，U(s)為為輸輸入入向向量量，而而N(s)稱為解耦器的傳遞矩陣。稱為解耦器的傳遞矩陣。將此方程組寫成矩陣形式，便是將此方程組寫成矩陣形式，便是過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 這時(shí)調(diào)節(jié)器輸出的控制作用這時(shí)調(diào)節(jié)器輸出的控制作用U(s)與被調(diào)節(jié)量與被調(diào)節(jié)量Y(s)的關(guān)聯(lián)可用矩陣表達(dá)：的關(guān)聯(lián)可用矩陣表達(dá)：G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)Y2(s)X1X2+-+-N11(s)N21(s)N12(s)N22(s)+Uc1(s)Uc2(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章之積是對角陣：之積是對角陣：則有則有說明說明Y1、Y2之間解耦。據(jù)此條件可求解耦陣：之間解耦。據(jù)此條件可求解耦陣：中，中，如果如果過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章實(shí)現(xiàn)對角解耦之后的等效系統(tǒng)框圖：實(shí)現(xiàn)對角解耦之后的等效系統(tǒng)框圖：G11(s)Y1(s)U1(s)G22(s)U2(s)Gc2(s)Gc1(s)X1+-+-X2Y2(s)7.8.2.3 單位矩陣解耦設(shè)計(jì)單位矩陣解耦設(shè)計(jì)使解耦陣與對象陣的乘積成為單位陣：使解耦陣與對象陣的乘積成為單位陣：如果在對角解耦中如果在對角解耦中過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章則實(shí)現(xiàn)單位解耦之后的等效系統(tǒng)框圖：則實(shí)現(xiàn)單位解耦之后的等效系統(tǒng)框圖：實(shí)現(xiàn)單位解耦的好處是：使對象的特性等效為實(shí)現(xiàn)單位解耦的好處是：使對象的特性等效為1，從而控制特性得到改善。但解耦陣的函數(shù)復(fù)雜化。從而控制特性得到改善。但解耦陣的函數(shù)復(fù)雜化。1Y1(s)U1(s)1U2(s)Gc2(s)Gc1(s)X1+-+-X2Y2(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.8.3解耦控制的進(jìn)一步討論解耦控制的進(jìn)一步討論 解耦設(shè)計(jì)的目的是為了能構(gòu)成獨(dú)立的單回路控制解耦設(shè)計(jì)的目的是為了能構(gòu)成獨(dú)立的單回路控制系統(tǒng)，獲得滿意的控制性能。在設(shè)計(jì)解耦器時(shí)，需要系統(tǒng)，獲得滿意的控制性能。在設(shè)計(jì)解耦器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況特別注意以下問題：根據(jù)實(shí)際情況特別注意以下問題：1控制變量與被控變量的配對控制變量與被控變量的配對存在耦合的被控過程中，一個(gè)控制變量會(huì)影響多存在耦合的被控過程中，一個(gè)控制變量會(huì)影響多個(gè)被控變量。設(shè)計(jì)解耦時(shí)，首先要確定每個(gè)被控變量個(gè)被控變量。設(shè)計(jì)解耦時(shí)，首先要確定每個(gè)被控變量被哪個(gè)控制變量控制最合理，即解決耦合過程中被控被哪個(gè)控制變量控制最合理，即解決耦合過程中被控變量與控制變量之間的配對問題。變量與控制變量之間的配對問題。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Y2(s)+對匹配關(guān)系比較明顯的多變量對象，憑經(jīng)驗(yàn)就可對匹配關(guān)系比較明顯的多變量對象，憑經(jīng)驗(yàn)就可確定控制變量與被控參數(shù)之間的配對關(guān)系；而對關(guān)聯(lián)確定控制變量與被控參數(shù)之間的配對關(guān)系；而對關(guān)聯(lián)關(guān)系比較復(fù)雜的多變量對象，則用相對增益法評價(jià)變關(guān)系比較復(fù)雜的多變量對象，則用相對增益法評價(jià)變量之間的耦合程度。即哪個(gè)通道相對增益最大，則此量之間的耦合程度。即哪個(gè)通道相對增益最大，則此通道的輸入與輸出為最佳控制配對，其它通道用解耦通道的輸入與輸出為最佳控制配對，其它通道用解耦消除。消除。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2部分解耦部分解耦所謂部分解耦是指：對耦合關(guān)系復(fù)雜的對象，所謂部分解耦是指：對耦合關(guān)系復(fù)雜的對象，只對部分耦合通道采取解耦措施。只對部分耦合通道采取解耦措施。從解耦器函數(shù)的求解可以看出，解耦器的實(shí)現(xiàn)從解耦器函數(shù)的求解可以看出，解耦器的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。為了降低成本，可以只對部分耦合通道比較復(fù)雜。為了降低成本，可以只對部分耦合通道采取解耦措施。當(dāng)然，部分解耦的控制性能比完全采取解耦措施。當(dāng)然，部分解耦的控制性能比完全解耦過程要差一點(diǎn)。解耦過程要差一點(diǎn)。部分解耦是一種有選擇的解耦，使用時(shí)必須首部分解耦是一種有選擇的解耦，使用時(shí)必須首先確定哪些過程需要解耦，選擇的依據(jù)有兩條：先確定哪些過程需要解耦，選擇的依據(jù)有兩條：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章被控變量的相對重要性被控變量的相對重要性 控制過程中各被控變量的重要性是不同的。對那控制過程中各被控變量的重要性是不同的。對那些重要的被控變量，控制要求高，最好采用解耦環(huán)節(jié)些重要的被控變量，控制要求高，最好采用解耦環(huán)節(jié)消除或減少其它輸入對它的耦合。消除或減少其它輸入對它的耦合。如圖精餾工藝如圖精餾工藝中，若對塔頂產(chǎn)品中，若對塔頂產(chǎn)品的純度指標(biāo)遠(yuǎn)高于的純度指標(biāo)遠(yuǎn)高于對塔底產(chǎn)品的純度對塔底產(chǎn)品的純度要求，可采用前饋要求，可采用前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)只消除補(bǔ)償環(huán)節(jié)只消除U2對對T1的耦合。的耦合。圖圖7.37 精餾塔溫度控制系統(tǒng)精餾塔溫度控制系統(tǒng)再沸器再沸器回流回流QL塔底產(chǎn)品塔底產(chǎn)品QW精精 餾餾 塔塔 T2C T2T T1C蒸汽蒸汽QS進(jìn)料進(jìn)料F塔頂產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品QDu2 T1T冷凝器冷凝器回流罐回流罐U2T1過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章被控變量的響應(yīng)速度被控變量的響應(yīng)速度 對象的各個(gè)被控變量對輸入的響應(yīng)速度是不一樣對象的各個(gè)被控變量對輸入的響應(yīng)速度是不一樣的。響應(yīng)快的被控變量受響應(yīng)慢的變量的影響小，而的。響應(yīng)快的被控變量受響應(yīng)慢的變量的影響小，而響應(yīng)慢的變量受來自響應(yīng)快的變量的影響大。響應(yīng)慢的變量受來自響應(yīng)快的變量的影響大。如溫度、成分等變量響應(yīng)較慢，壓力、流量等變?nèi)鐪囟取⒊煞值茸兞宽憫?yīng)較慢，壓力、流量等變量響應(yīng)較快。量響應(yīng)較快。因此，在部分解因此，在部分解耦設(shè)計(jì)時(shí)，往往對響耦設(shè)計(jì)時(shí)，往往對響應(yīng)慢的變量受到的耦應(yīng)慢的變量受到的耦合進(jìn)行解耦。合進(jìn)行解耦。G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Y2(s)+過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3解耦環(huán)節(jié)的簡化解耦環(huán)節(jié)的簡化從對象的傳遞函數(shù)求得解耦裝置的數(shù)學(xué)模型，對從對象的傳遞函數(shù)求得解耦裝置的數(shù)學(xué)模型，對象傳遞函數(shù)越復(fù)雜，解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)也越復(fù)雜，象傳遞函數(shù)越復(fù)雜，解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)也越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)越困難。如果對求出的解耦環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)簡化，實(shí)現(xiàn)越困難。如果對求出的解耦環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)簡化，可使解耦易于實(shí)現(xiàn)。可使解耦易于實(shí)現(xiàn)。簡化可以從以下兩個(gè)方面考慮：簡化可以從以下兩個(gè)方面考慮：在高階系統(tǒng)中，如果存在小時(shí)間常數(shù)，它與其在高階系統(tǒng)中，如果存在小時(shí)間常數(shù)，它與其它時(shí)間常數(shù)的比值小于它時(shí)間常數(shù)的比值小于1/10左右時(shí)，可將小時(shí)間常數(shù)左右時(shí)，可將小時(shí)間常數(shù)忽略，從而降低解耦模型階數(shù)；如果幾個(gè)時(shí)間常數(shù)值忽略，從而降低解耦模型階數(shù)；如果幾個(gè)時(shí)間常數(shù)值相近，也可取同一值代替。相近，也可取同一值代替。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章例如某被控過程的傳遞函數(shù)陣為：例如某被控過程的傳遞函數(shù)陣為：按照上面的簡化原則可以簡化成：按照上面的簡化原則可以簡化成：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章省略解耦函數(shù)的動(dòng)態(tài)部分，只采用靜態(tài)解耦。省略解耦函數(shù)的動(dòng)態(tài)部分，只采用靜態(tài)解耦。例如一個(gè)例如一個(gè)22的系統(tǒng)，求出的解耦環(huán)節(jié)傳遞矩陣的系統(tǒng)，求出的解耦環(huán)節(jié)傳遞矩陣為：為：如只采用靜態(tài)解耦，則：如只采用靜態(tài)解耦，則：顯然，解耦環(huán)節(jié)簡化為比例環(huán)節(jié)，更容易實(shí)現(xiàn)。顯然，解耦環(huán)節(jié)簡化為比例環(huán)節(jié)，更容易實(shí)現(xiàn)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章試試驗(yàn)驗(yàn)表表明明，當(dāng)當(dāng)對對象象各各通通道道的的動(dòng)動(dòng)特特性性相相等等或或相相近近時(shí)時(shí)，用靜態(tài)解耦能滿意地解決耦合問題。用靜態(tài)解耦能滿意地解決耦合問題。由由于于對對象象特特性性的的測測試試或或推推算算都都是是忽忽略略了了一一些些因因素素取取得得的的近近似似值值，因因而而求求得得的的解解耦耦裝裝置置的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型往往往往是是近近似似的的，加加之之實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)時(shí)時(shí)的的誤誤差差，很很難難做做到到理理想想的的“全全解耦解耦”。G11(s)Y1(s)U1(s)G21(s)G12(s)G22(s)U2(s)Y2(s)+過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 串級串級兩控制器串聯(lián)兩控制器串聯(lián)兩閉合回路形兩閉合回路形成內(nèi)外環(huán)成內(nèi)外環(huán)解決對象滯后大，干擾解決對象滯后大，干擾作用強(qiáng)而頻繁，負(fù)荷變作用強(qiáng)而頻繁，負(fù)荷變化大的問題化大的問題 前饋前饋 開環(huán)控制開環(huán)控制對特定干擾加補(bǔ)償器對特定干擾加補(bǔ)償器 反饋反饋 反饋回路和開反饋回路和開環(huán)的補(bǔ)償回路環(huán)的補(bǔ)償回路疊加而成疊加而成在干擾頻繁，對象有較在干擾頻繁，對象有較大滯后時(shí)，對主要干擾大滯后時(shí)，對主要干擾加補(bǔ)償器加補(bǔ)償器總結(jié)總結(jié)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 大滯后大滯后 采樣控制；采樣控制；Simth預(yù)估補(bǔ)預(yù)估補(bǔ)償控制償控制調(diào)一調(diào)、等一等；調(diào)一調(diào)、等一等；利用預(yù)估器提前做利用預(yù)估器提前做出響應(yīng)、提前控制出響應(yīng)、提前控制 比值比值 單閉環(huán)單閉環(huán)雙閉環(huán)雙閉環(huán)變比值變比值實(shí)現(xiàn)幾個(gè)流量參數(shù)實(shí)現(xiàn)幾個(gè)流量參數(shù)符合一定比例關(guān)系符合一定比例關(guān)系 均勻均勻 簡單均勻控制簡單均勻控制串級均勻控制串級均勻控制對兩個(gè)有控制矛盾對兩個(gè)有控制矛盾的被控變量，進(jìn)行的被控變量，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 分程分程 一個(gè)控制器一個(gè)控制器對多個(gè)控制閥對多個(gè)控制閥 解耦解耦 多個(gè)控制回路多個(gè)控制回路對一個(gè)控制閥對一個(gè)控制閥實(shí)現(xiàn)多個(gè)操實(shí)現(xiàn)多個(gè)操縱量協(xié)調(diào)操作縱量協(xié)調(diào)操作實(shí)現(xiàn)多個(gè)被控變實(shí)現(xiàn)多個(gè)被控變量選擇控制量選擇控制 選擇選擇 前饋解耦前饋解耦對角矩陣解耦對角矩陣解耦單位矩陣解耦單位矩陣解耦解除控制回路解除控制回路間的耦合影響間的耦合影響