第六章复杂控制系统
第六章复杂控制系统
教学要求：掌握串级控制系统的基本概念、特点
了解串级控制系统的设计方法、应用场合
掌握比值控制系统的基本概念、特点和设计
掌握前馈控制的基本概念，几种结构形式、应用场合
掌握均匀控制的基本概念和控制方案
掌握分程控制的基本概念和应用中的几个问题
掌握选择性控制的基本概念，选择性控制的应用，了解积分饱和及其防止
重点：串级控制系统的结构特点及应用场合，
比值控制系统的三种形式的特点
前馈控制的基本概念
分程控制的基本概念
选择性控制的应用
难点：串级控制系统的结构特点，
主、副控制器正反作用的选择
动态前馈控制
控制阀分程动作关系
本章着重介绍各种复杂控制系统的组成、特点、工作过程与工程设计原则。
§6.1 串级控制系统
6.1.1 串级控制系统的基本概念
串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），所以有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。
二、串级控制系统的特点
1. 改善了对象特征，起了超前控制的作用
2. 改善了对象动态特性，提高了工作频率
3. 提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力
4. 具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化
6.1.3 串级控制系统的设计
设计原则。
1. 在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。
2. 选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。
3. 方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。
6.1.4 串级控制系统的应用场合
1. 被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。
2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。
3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。
4. 被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。
6.1.5 串级控制系统应用中的问题
1. 主、副控制器控制规律的选择
串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。
主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。
2. 主、副控制器正、反作用方式的确定。
副控制器作用方式的确定，与简单控制系统相同。
主控制器的作用方向只与工艺条件有关。
3. 串级控制系统控制器参数整定
⑴在主回路闭合的情况下，主、副控制器都为纯比例作用，并将主控制器的比例度置于100%，用4：1衰减曲线法整定副控制器，求取副回路4：1衰减过程的副控制器比例度(δ2p)以及操作周期(T2P)。
⑵将副控制器的比例度置于所求的数值δ2p上，把副回路作为主回路的一个环节，用同样的方法整定主控制器，求取主回路4：1衰减过程的δ1p和T1P。
⑶根据求得的(δ1p)和(T1P)、(δ2p)和(T2P)数值，按经验公式求出主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。
⑷按先副后主、先比例后积分再微分的程序，设置主、副控制器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达到最佳为止。
6.2 比值控制系统
6.2.1 概述
在生产过程中经常需要两种或两种以上的物料以一定的比例进行混合或参加化学反应。在需要保持比例关系的两种物料中，往往其中一种物料处于主导地位，称为主物料或主动量F1，而另一种物料随主物料的变化呈比例的变化，称为从物料或从动量F2。例如在稀硝酸生产
中，空气是随氨的多少而变化的，因此氨为主动量F1，空气为从动量F2。
6.2.2 常用的比值控制方案
1. 单闭环比值控制
这类比值控制系统的优点是两种物料流量之比较为精确，实施也较方便，所以得到广泛
的应用。
2. 双闭环比值控制
为了既能实现两流量的比值恒定，又能使进入系统的总流量F1＋F２不变，因此在单闭环比值控制的基础上又出现了双闭环比值控制系统。
这类比值控制系统的优点是在主流量受到干扰作用开始到重新稳定在设定值这段时间内发挥作用，比较安全。
3. 变比值控制系统
要求两种物料流量的比值随第三参数的需要而变化。
6.2.3 比值控制系统的设计
1. 主、从动量的确定
2. 控制方案的选择
3. 比值系数的计算
4. 控制方案的实施
§6.3 前馈控制系统
一、前馈控制系统的基本概念
前馈与反馈控制比较。
前馈控制是一种按干扰进行控制的开环控制方法，当干扰出现以后，被控变量还未变化时，前馈控制器（也称前馈补偿装置）就根据干扰的幅值和变化趋势对操纵变量进行控制，来补偿干扰对被控变量的影响，所以相对于反馈控制，前馈控制是比较及时的。
6.3.2 前馈控制系统的几种结构形式
1. 静态前馈控制系统
2. 动态前馈控制系统
静态前馈控制系统虽然结构简单，易于实现，在一定程度上可改善过程品质，但在扰动作用下控制过程的动态偏差依然存在。对于扰动变化频繁和动态精度要求比较高的生产过程，对象两个通道动态特性又不相等时，静态前馈往往不能满足工艺上的要求，这时应采用动态前馈方案。
动态前馈与静态前馈从控制系统的结构上看是一样的，只是前馈控制器的控制规律不
同。动态前馈要求控制器的输出不仅仅是干扰量的函数，而且也是时间的函数。要求前馈控制器的校正作用使被控变量的静态和动态误差都接近或等于零。显然这种控制规律是由对象的两个通道特性决定的，由于工业对象的特性千差万别，如果按对象特性来设计前馈控制器的话，将会种类繁多，一般都比较复杂，实现起来比较困难。一般采用在静态前馈的基础上，加上延迟环节和微分环节，以达到干扰作用的近似补偿。
3. 前馈－反馈控制
通过前面的分析，我们知道前馈与反馈控制的优点和缺点总是相对应的，若将其组合起来，构成前馈－反馈控制系统，这样既发挥了前馈控制作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动和具有对被控参数进行反馈检测的长处，因此这种控制系统是适合于过程控制的较好方式。
6.3.3 前馈控制系统的应用场合
1. 系统中存在着可测但不可控的变化幅度大，且频繁的干扰，这些干扰对被控参数影响显著，反馈控制达不到质量要求时。
2. 当控制系统的控制通道滞后时间较长，由于反馈控制不及时影响控制质量时，可采用前馈或前馈－反馈控制系统。
§6.4 均匀控制系统
一、均匀控制的概念
在石油化工生产中，采用连续生产方式，各生产过程都与前面的生产过程紧密联系。前一设备的出料往往是后一设备的进料，而后者的出料又源源不断的输送给其他设备做进料。于是产生了前后设备之间的供求矛盾和协调问题。
解决前后工序供求矛盾，使液面和流量的变化互相兼顾均匀变化，这就是均匀控制系统的目的。
怎样才算达到均匀控制系统的目的呢？通过以上讨论，液位和流量两个参数的变化应满足如下要求：
1. 两个参数在控制过程中都应该是变化的，且变化是缓慢的。
2. 两个参数必须在允许的范围内变化，均匀控制要求在最大干扰作用下，液位在塔釜的上下限内波动，而流量应在一定的范围内平稳渐变，避免对后段工序产生较大的干扰。
二、均匀控制方案
1. 简单均匀控制图
从结构上看，与一般单回路液面控制系统无异，但从本质上看，两者是有区别
的，区别主要在于控制器的控制规律选择及参数整定问题上。
2. 串级均匀控制系统
克服阀前后压力变化的影响及液位自衡作用的影响效果较差。为了克服这一缺点，可在原方案的基础上增加一个流量副回路，即构成串级均匀控制。
串级均匀控制系统所用仪表较多，适用于控制阀前后压力干扰和自衡作用较显著而且对流量的平衡要求又较高的场合
§6.5 分程控制系统
一、分程控制系统的基本概念
由一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上控制阀动作的系统称为分程控制系统。
分程控制方案中，阀的开闭形式，可分同向和异向两种，如图6.22和图6.23所示。同向或异向规律的选择，全由工艺的需要而定 。
控制阀分程动作（同向）
图6.23 控制阀分程动作（异向）
二、 分程控制系统的应用
设计分程控制有两方面的目的，一是扩大控制阀的可调范围，以改善控制系统的品质；二是满足工艺上的特殊需求。
1. 用于扩大控制阀的可调范围
2. 用于控制满足工艺上操作的特殊要求 分程控制还能解决生产过程中的一些特殊要求。
100 20 60 100 0 阀压/kPa 阀 阀 阀 开 度 (%) B A 20 60
100 0
阀压/kPa A 阀 B 阀 阀 开
度
(%) 100 100 20 60 100 0 阀压/kPa 阀 开
度
(%) 20 60 100 0 阀压/kPa
B 阀 阀 开 度 (%) 100 B 阀 A 阀
A 阀
例6.1 图6-24所示是间歇反应器的温度分程控制系统。 当
例6.2为使这些采用氮封技术的要求是，要始终保持贮罐内的氮气压呈微量 正压。当贮罐内贮存物料量增减时，将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否则将使贮罐变形，甚至破裂，造成浪费或引起燃烧、爆炸危险。因此，当贮罐内液面上升时，应停止继续补充氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，当液面下降时，应停止放出氮气而需补充氮气。为满足工艺这种要求，设计了图6.26所示的分程控制系统。
分程控制本质上是简单控制系统，有关控制器控制规律的选择及其参数整定可参照简单控制系统处理。但由于两只控制阀两个控制通道特性不同，可能引起广义对象特性的改变，所以控制器参数整定只能兼顾两种情况，选取一组比较合适的参数。
100
0.02
0.06 0.1
“B ” “A ” 0 MPa
气 关 阀 气 开 阀 阀 开
度 (%)
自动控制系统的校正
第五章自动控制系统的校正 本章要点 在系统性能分析的基础上，主要介绍系统校正的作用和方法，分析串联校正、反馈校正和复合校正对系统动、静态性能的影响。 第一节校正的基本概念 一、校正的概念 当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时，首先可以考虑调整系统中可以调整的参数；若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有系统中增添一些装置和元件，人为改变系统的结构和性能，使之满足要求的性能指标，我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。系统中除校正装置以外的部分，组成了系统的不可变部分，我们称为固有部分。 二、校正的方式 根据校正装置在系统中的不同位置，一般可分为串联校正、反馈校正和顺馈补偿校正。 1．串联校正 校正装置串联在系统固有部分的前向通路中，称为串联校正，如图5-1所示。为减小校正装置的功率等级，降低校正装置的复杂程度，串联校正装置通常安排在前向通道中功率等级最低的点上。 图5-1 串联校正 2．反馈校正 校正装置与系统固有部分按反馈联接，形成局部反馈回路，称为反馈校正，如图5-2所示。 3．顺馈补偿校正
顺馈补偿校正是在反馈控制的基础上，引入输入补偿构成的校正方式，可以分为以下两种：一种是引入给定输入信号补偿，另一种是引入扰动输入信号补偿。校正装 置将直接或间接测出给定输入信号R(s)和扰动输入信号D(s)，经过适当变换以后，作为附加校正信号输入系统，使可测扰动对系统的影响得到补偿。从而控制和抵消扰动对输出的影响，提高系统的控制精度。 三、校正装置 根据校正装置本身是否有电源，可分为无源校正装置和有源校正装置。 1．无源校正装置 无源校正装置通常是由电阻和电容组成的二端口网络，图5-3是几种典型的无源校正装置。根据它们对频率特性的影响，又分为相位滞后校正、相位超前校正和相位滞后—相位超前校正。 无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减；且输入阻抗低，输出阻抗高，因此在应用时要增设放大器或隔离放大器。 2．有源校正装置 有源校正装置是由运算放大器组成的调节器。图5-4是几种典型的有源校正装 置。有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低，所以目前较多采用有源图5-2 反馈校正 图5-3 无源校正装置 a)相位滞后 b)相位超前 c)相位滞后-超前
11规则___轮机自动化_第七章_船舶机舱辅助控制系统考试题库
第七章船能机舱辅助控制系统 第二节燃油供油单元自动控制系统 1.当控制器接通柴油模式DO时，斜坡函数加温期间温度控制捋示LED灯“TT（）? A定发亮B,闪烁C.熄灭D?无法判断 2控制器EPC-5OB包括（）o ①操作面板②电源③主控制板 A.GXD B.①<2）③ c. dXD D. 3控制系统能否对“柴油一垂油J/转换阀进行自动控制 A.能B,不能 C.无法判断D,视惜况决定 4如果没有故障、错误或警告，数码管用不闪烁的符号抬示程序状态，如电源开用“（）”，正在扔始化硬件用“（）"等。 A? ?I +? B* > 9 0> C? +? > 0> D. 0? >*? 5粘度传感器的如果发生多个故障，高级别的故障（）改写较低级别的故障。 A,可以B.不可以 C.有时可以D?无法判断是否可以 6黏度信号保持在最大值的原因可能是（）。 A.电流接头扭坏 B. EVT-20故C?空气夹杂在燃油系统中 D.起动期间燃油温度太低 7控制器内置具有（）控制规律的软件，可以对重油的粘度或温度进行定值控制。 A.比例积分微分 B.比例微分 C.比例积分 D.以上都不对 8在燃油粘度或温度自动控制系统中，若采用电加热器EHS,则由2个电加热供电单元分别对2个电加热器的燃油进行加热?原因是：（）? A.提供足够的加热量，确保燃油盲6够得到加热 B.可以方便地控制加热速度的快慢，需要快速加热时，两个可同时满额工作. C?两个加热器可互为备用，保障了加热器的安全使用 D.以上都正确 9如果调节过程中出现偏遼过大，燃油黏度控制系统都会给出报警伯号吗（）。 A?黏度偏差过大会报警，温度偏差过大不会报警 B?温度偏差过大会报警.黏度偏差过大不会报警 C,黏度.温度偏差过大都不会报警 D,黏度、温度偏筮过大都会报警 10在系统新安装后或工作条件改变时，要对系统运行的（）进行重新设定和修改，以适应新的需要.A.系数 B.整数C, 大小D.参数11当控制器接通柴；模式DO时，当燃油温度在达到温度设置PW5的39内后，温升斜坡停止，正常温度控制运行.“TT “ 1^）灯（）?A?稳定发亮B?闪烁C.熄灭D.无法判断 12 一旦从D0转换为HFO,则EPC-50的控制器可检测到粘度增加，表明重油已经进入系统，那么重油将被开始加热.当温度已经低于重油温度设置值（）?€,控制器自动转到粘度调节控制。 A? 2 B? 3 C, 4 D. 5 1 3在系统投入工作之前，要先（）。 A?观察比较测啟值与实际值有无异常情况 B.手动检测各电磁阀或电动切换阀是否正常.灵活 旷检査燃油和加热系统冇没冇漏泄或损坏的情况 D?观察EPC-50主扳和粘度检测电路板指示是否正常 14重油改变时，哪些参数是必须改变的0。 ①密度参数Pr23②重油温度设置点参数Pr30；③HFO低温限制值P”2 A.①<§） B.①②③ C.① D.② 15发生了多个故障后，需要读取历史报警列表，EPO50B中的CPU存储了最后的（）次报警。A. 16 B. 32 C. 48 D. 64 16在燃油粘度或温度自动控制系统中，若采用电加热器EHS.则由（）电加热供电单元分别对2个电加热器进行加热。 个B?2> 1,<> C?3个D, 4个 17如果调寿过'程出现振断则诂要增加参数F&25或Fa27, Fa26或F~28,这些参数的增加会使得系统反映（ 消除静養能力（几 A.变慢，减小B,变慢，加强C.加快，减小D?加陕，加强 第三节燃油净油单元自动控制系统 1如果分油机因故障报警，那么在分油机的EPC-50控制爪元土，相应的警报拆示灯就会发出（）并不停的闪烁，机舱内同时伴有警报声. A,黄光 B.绿光c红光D,蓝光 2如果中间发生故障或需要停止分油时，可通过按下“SEPARATION/STOP”按钮；实现停止控制。分离设备停止序列对应的（）LE叫吾开始闪烁?启动排渣，排渣完成后，停止序11LED等变为稳定的绿色，而分离系统运行对应的緑色LED将熄灭。显示Stop （停止）“A?绿色 B.红色 c.黄色 D.蓝色 3开启水管的供应阀SV15出现泄漏情况或相应的控制回路故障，造成排渣口打开，应（）。A.及时校正该泄漏情况B?检査该阀的控制线路 C.检査补偿水系统D?A或B 4补偿水系统中没有水.应当（）“ A.检査补偿水系统B?确保任何供应阀均处于开启状态 C?淸洁濾网D?A + B 5.正常“排渣”后，EPC-50根据有关置换水的参数是否人为修改过，来确定程序是进入水流區枝准Ti59进行参数校正，还是准备再次分油，直接进入分离筒“密封”操作Ti62o至Ti75后，系统完成一个工作循环。 A. Ti59, Ti64, Ti75 B. Ti59, Ti62, Tj73 C. Ti59, Ti62, Ti75 D? Ti59, Ti67 / Ti75 6测童电阻R是测绘电桥的一个桥臂，它是安装在所要检测的管路中，离测绘电桥较远。为补偿环境温度变化所产生日獺逞误差，在实际测量电路中往往（）? A.把“两线制”接法改为“四士虽制”
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
过程控制系统与仪表习题答案 第七章
第7章思考题与习题 7-1 与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？ 解答：P212—7.1.2 7-2 分析串级系统的工作原理，说明为什么副回路的存在会使系统抑制扰动的能力增强。 解答：P208—7.1.1 7-5 在串级控制系统中当主回路为定值（设定值）控制时，副回路也是定值控制吗？为什么？ 解答：P212 不是，副回路是随动控制。 7-8 在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据工艺要求，需对热物料出口温度进行严格控制。对系统分析发现，主要扰动为燃料压力波动。故设计如图7-43所示的控制系统。要求： （1）画出控制系统框图； （2）为保证设备安全，炉温不能过高。确定调节阀的气开、气关形式。 （3）确定两个调节器的正反作用。 解答： （1）控制系统框图如图所示。 （2）气开式。 （3）副调节器：反作用； 主调节器：反作用。 7-9 简述前馈控制的工作原理，与反馈控制相比，它有什么优点和局限？ 解答： 1）当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量，以抵消扰动对被控参数的
影响。P221 2）优点：前馈控制器在扰动出现时立即进行控制，控制及时，对特定扰动引起的动、静态偏差控制比较有效。 局限：P224—1）、2） 7-10 为什么一般不单独采用前馈控制方案？ 解答： 由于前馈控制的局限性。 7-14 图7-44为一单回路水位控制系统。如果蒸气用量经常发生变化，为了改善控制质量，将单回路控制系统改为前馈-反馈复合控制系统，画出控制系统工艺流程图和框图，并对新增回路的功能进行简单说明。 解答： 1）控制系统工艺流程图如图所示。 控制系统框图如图所示。 2）新增回路功能说明： 7-19 物料比值K与控制系统比值系数K'有何不同？怎样将物料比值转换成控制系统比值系数K'？ 解答： 1）K是工艺规定的流量比；K'是仪表信号之间的比例系数。 2）用P234式（7-37）和P235式（7-38）进行转换。
第7章 简单控制系统1
第7章简单控制系统 随着现代石油化工等过程装置的日益大型化、复杂化，智能仪表和计算机控制系统的日益普及，各类控制系统特别是复杂控制和先进控制系统在生产过程中的作用越来越显得重要。目前，占控制系统绝大多数的仍然是简单控制系统，简单控制系统也是各类复杂控制和先进控制系统的基础。因此，掌握简单控制系统的基本原理和设计方法非常重要。由于简单控制系统的工作原理在前述章节已做介绍与讨论，本章以简单控制系统的设计、投运与整定为主要内容。 7.1 简单控制系统结构与组成 从第一章已知，自动控制系统是由被控对象和自动化装置两大部分组成，即 测量元件及变送器 自动化装置自动控制器（调节器） 自动控制系统（起控制作用）执行器（控制阀） 被控对象受控制的物理装置（生产设备） （对象） 由于构成自动控制系统的这两大部分(主要是指自动化装置)的数量、连接方式及其目的不同，自动控制系统可以有许多类型。所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件及变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。 图7-l所示的液位控制系统与图7-2所示的温度控制系统都是简单控制系统的例子。 图7-1所示的液位控制系统中，贮槽是被控对象，液位是被控变量，变送器LT将反映液位高低的信号送往液位控制器LC。控制器的输出信号送往执行器，改变控制阀开度使贮槽输出流量发生变化以维持液位稳定。 图7-1 液位控制系统图7-2 温度控制系统 图7-2所示的温度控制系统，是通过改变进入换热器的载热体流量，以维持换热器出口物料的温度在工艺规定的数值上。 需要说明的是在本系统中画出了变送器LT及TT这个环节，根据第一章中所介绍的控
7.第七章 复杂控制系统(下)
7.3比值控制系统 生产过程中，经常需要几种物料的流量保持一定的比例关系。例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持燃料和空气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。 定义：实现两个或多个参数符合一定比值关系的控制系统，称为比值控制系统。 例如要实现两种物料的比例关系，则表示为： Q2=K Q1 其中：K—比值系数；Q 1—主流量；Q 2 —副流量。
7.3.1 比值控制系统的种类 1. 开环比值控制系统 如图Q 1是主流量，Q 2是副流量。流量变送器FT 检测主物料流量Q 1；由控制器FC 及安装在副物料管道上的阀门来控制副流量Q 2。 FC Q 1 Q 2此控制K 方案的优点： 结构简单、成本低。缺点 是无抗干扰能力，当副流 管线压力等改变时，不能 保证所要求的比值。 控制目标：Q 2＝K Q 1图8-14开环比值控制方块图 P
结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值要求来设定。主、副流量均开环； 这种比值控制方案对副流量Q 2本身无 抗干扰能力。所以这种系统只能适用于副流量较平稳且比值要求不高的场合。
2. 单闭环比值控制系统 为了克服开环比值控制的不足，在开环比值控制的基础上，增加对副流量的闭环控制。特点：? 对Q 2进行闭环控制，比值控制精度提高。 ? 控制目标：Q 2=K Q 1 ?对Q 1只测量、不控制。Q 1变化，Q 2跟着变化，总流量不稳定。 F 1T Q 1 Q 2 K F 2T F 2C
图8-16单闭环比值控制系统方块图 它能实现副流量随主流量的变化而变化即Q 2=KQ 1 ，还 可以克服副流量本身干扰对比值的影响。 结构简单，实施方便，尤其适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合。 虽然能保持两物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，当主流量变化时，总的物料量就会跟着变化。 P PID
复杂控制系统
二、复杂控制系统 1. 串级控制系统有哪些主要特点？为什么说串级控制系统能迅速克服进入副回路的扰动？ 2. 串级控制系统中的副被控变量如何选择？ 3. 串级控制系统中的主、副控制器的正、反作用如何选择？它们与阀门的开关形式有无关系？ 4. 如图串级控制系统。该系统在扰动F 1和F 2作用下，要求输出Y 无余差。问主、副控制器是否应全部采用具有积分作用的控制器，为什么？(设过程均具有自衡特性) 5. 的气关阀。问：主、副控制器的正、反作用需要改变吗？为什么？如果需要，如何改变？主、副控制器的比例度和积分时间是否需要改变？ 6. 在一个串级控制系统中，主被控变量是温度，原用0-200℃温度变送器，后改用80-200℃温度变送器。问：主、副控制器的比例度和积分时间是否需要改变？如果需要，如何改变？ 7. 有附图所示反应器，反应器温度是用冷 却水控制的。 (1)如果主要扰动是冷却水阀前压力有波 动，应组成怎样的串级控制系统回路？画出控制 方案。 (2)画出采用串级控制系统时的流程图。并设控制阀是气开式，那么，两个控制器分别应选 正作用还是反作用，为什么？ (3)如果控制阀为气关式，两个控制器的正 反作用是否需要改变？ 8. 当串级控制系统采用流量控制回路时， 如果用孔板作为测量元件，且不采用开方器，有 时会出现负荷小时反而不稳定的现象，为什么？ 为了避免这种情况，改变阀的流量特性行不行，为什么？如果不行，用什么办法可以解决？ （题4图）
9. 在串级控制系统中，当主、副控制器都有积分作用时，在主控制器达到饱和之后，副控制器也将积分饱和， 情况更严重。采用如图方案，试说明为什么能防止积分饱 和，并写出主控制器控制规律式来说明。这样的系统能使主被控变量没有余差吗？ 10. 简单均匀控制系统与简单控制系统有何异同点？如何识别简单均匀控制系统？ 11. 简述简单均匀、双冲量均匀、串级均匀的应用场 合。串级均匀与串级控制系统有何异同点？ 12. 画出图示 双冲量均匀系统的方框图，若控制器 采用比例积分作 用， 输出(液位)是否有 余差？ 13. 试比较比值，双闭环比值和串级比值控制系统的特点，并画出各自的方块图。 14. 在比值控制系统中，用相乘方案较之相除方案有什么优点？ 15. 在比值控制系统中，流体F 1的流量是不可调的，仪表量程为0~50M 3/h 。流体F 2的流量是可调的，仪表量程为0~80M 3/h 。现决定采用除法器(I 0=10×I 1/I 2) 组成单闭环比值控制系统，画出控制方案，并确定比值系数。 16. 甲烷转化反应中，为了保证甲烷的转化率，就必须保持天然气、蒸汽和空气之间成一定比值（1：3：1.4）且当蒸汽和天然气的比值低于2.9，空气和天然气的比值高于1.5时报警。设计如图所示的控制及报警系统。由电动III 型比值器构成比值控制系统，用差压法测流量，未经开方运算。蒸汽流量的最大值G SMAX =31100M 3/h ；天然气流量的最大值G NMAX =11000M 3/h ；空气流量的最大值G AMAX =14000M 3/h 。试求比值器的比值系数K 1和K 2，以及高限信号和低限信号器的 设定值。 17. 工艺要求F 1/F 2=1/1.2 F 1的流量是不可控的，仪表量 程为0~36000NM 3/h 。F 2的流量是可控的，仪表量程为0~2400NM 3/h 。采用气动乘法器（00.08 0.02)0.02)(P (P P B A 0+--=）组成单闭环比值控制系统。 画出控制方案，并确定比值系 数。 18. 如图所示比值控制系统中，采用除法确定比值，并用孔板测量流量。问：该控制 系统的非线性特性来自何处，对控制质量有什么影响，用什么办（题12图） （题18图）
复杂控制系统
复杂控制系统
第六章复杂控制系统 教学要求：掌握串级控制系统的基本概念、特点 了解串级控制系统的设计方法、应用场合 掌握比值控制系统的基本概念、特点和设计 掌握前馈控制的基本概念，几种结构形式、应用场合掌握均匀控制的基本概念和控制方案 掌握分程控制的基本概念和应用中的几个问题 掌握选择性控制的基本概念，选择性控制的应用，了解积分饱和及其防止 重点：串级控制系统的结构特点及应用场合， 比值控制系统的三种形式的特点 前馈控制的基本概念 分程控制的基本概念 选择性控制的应用 难点：串级控制系统的结构特点， 主、副控制器正反作用的选择 动态前馈控制 控制阀分程动作关系 本章着重介绍各种复杂控制系统的组成、特点、工作过程与工程设计原则。
§6.1 串级控制系统 6.1.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），因此有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。 二、串级控制系统的特点 1. 改进了对象特征，起了超前控制的作用 2. 改进了对象动态特性，提高了工作频率 3. 提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力 4. 具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化
6.1.3 串级控制系统的设计 设计原则。 1. 在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。 2. 选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。 3. 方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。 6.1.4 串级控制系统的应用场合 1. 被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。 4. 被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。 6.1.5 串级控制系统应用中的问题 1. 主、副控制器控制规律的选择 串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。 主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。 2. 主、副控制器正、反作用方式的确定。
《过程控制系统》习题解答
《过程控制系统》习题解答 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？ 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。 一、连续生产过程的自动控制 连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。 五、过程控制方案十分丰富 过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。 过程特性：多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。
单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。 六、定值控制是过程控制的一种常用方式 过程控制的目的：消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。 1-3 什么是过程控制系统，其基本分类方法有哪些？ 过程控制系统：工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH等这样一些过程变量的系统。 1、按过程控制系统的结构特点分 1）反馈控制系统：是根据系统被控量的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。 2）前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。 3、前馈—反馈控制系统（复合控制系统）：充分结合两者的有点，大大提高控制质量。 2、按给定值信号的特点来分类 定值控制系统：是指系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。 2、程序控制系统：是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作，目的是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。加热升温或逐次降温等。 3、随动控制系统：是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，主要作用是克服一切扰动，使控量快速跟随给定值而变化。空气量与燃料量的关系。 1-5 试说明图1-2b供氧量控制系统框图中被控“过程”包含哪些管道设备以及图中各符号的含义。
串级复杂控制系统考试试卷答案
石化公司维修公司（仪表维修工） 串级复杂控制系统考试试卷答案 （考试时间： 年 月 日 考试时长： 120 分钟） 一、填空题（每空1分，满分 30分） 1.串级控制系统是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的 给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统； 2.串级控制系统的目的在于通过改变副变量来提高对主变量的控制质量 由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 3.串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。 4.在串级控制系统中，主、副调节器的作用是不同的。主调节器是定值控制，副调节器是随动控制。系统对二个回路的要求有所不同。主回路一般要求无差，主调节器的控制规律应选取PI 或PID 控制规律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情况选取P 控制规律而不引入 I 或 D 控制。如果引入 I 控制，会延长控制过程，减弱副回路的快速控制作用；也没有必要引入 D 控制，因为副回路采用 P 控制已经起到了快速控制作用，引入D 控制会使调节阀的动作过大，不利于整个系统的控制 控制作用的特点是保证过程的稳定性。 I 控制作用的特点是保证控制过程作无差控制。 D 控制作用的特点是补偿控制对象的迟延和惯性 6.过度过程要有较好的稳定性和快速性一般希望调节过程具有较大的衰减比，超调量 要小些，调节时间越短越好，又要没有余差 二、简答题（共 6 题，每题5分，满分 30 分） 1. 简述串级控制系统的投用步骤？ 参考答案： （1）将副调节器“内、外”给定置外给定，“自动、手动”放在“手动”。 主调节器 “内、外”给定置内给定，“自动、手动”放在“手动”，并把“正、反”作用开 关分别放在正确位置，调节器参数分别放在预定值。 （2）用副调节器手动控制 （3）当主参数接近给定值，副参数也较平稳后，调节主调节器手动输 出，使副调节 器偏差为零，将副调节器由手动切到自动。 （4）调节主调节器给定值，使主调节器偏差为零 （5）将主调节器由手动切到自动。 2.简述串级控制系统主、副控制器作用方式的选择依据？ 参考答案： （ 主控制器± ） （ 副对象± ） （ 主对象± ） ＝ （ — ） 因此：当主、副变量同向变化时，主控制器应选反作用方式，反向变化则应选正作用方式。 副控制器作用方式选择： （ 副控制器± ） （ 控制阀± ） （ 副对象± ） ＝ （ — ） 3. 简述单回路控制系统的投用步骤？ 参考答案： 1. 设置好控制器正反作用和Ｐ、Ｉ、Ｄ参数。 2. 先手动控制使测量值逐步接近给定值，并保持测量值稳定 3. 按无扰动切换（指手、自动切换时阀上信号基本不变）的要求将控制器切入自动 4. 简述单回路控制系统的“4 :1衰减振荡”参数整定方法？ 参考答案：
第六章复杂控制系统
第六章复杂控制系统 教学要求：掌握串级控制系统的基本概念、特点 了解串级控制系统的设计方法、应用场合 掌握比值控制系统的基本概念、特点和设计 掌握前馈控制的基本概念，几种结构形式、应用场合 掌握均匀控制的基本概念和控制方案 掌握分程控制的基本概念和应用中的几个问题 掌握选择性控制的基本概念，选择性控制的应用，了解积分饱和及其防止 重点：串级控制系统的结构特点及应用场合， 比值控制系统的三种形式的特点 前馈控制的基本概念 分程控制的基本概念 选择性控制的应用 难点：串级控制系统的结构特点， 主、副控制器正反作用的选择 动态前馈控制 控制阀分程动作关系 本章着重介绍各种复杂控制系统的组成、特点、工作过程与工程设计原则。 §6.1 串级控制系统 6.1.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），所以有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。
二、串级控制系统的特点 1. 改善了对象特征，起了超前控制的作用 2. 改善了对象动态特性，提高了工作频率 3. 提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力 4. 具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化 6.1.3 串级控制系统的设计 设计原则。 1. 在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。 2. 选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。 3. 方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。 6.1.4 串级控制系统的应用场合 1. 被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。 4. 被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。 6.1.5 串级控制系统应用中的问题 1. 主、副控制器控制规律的选择 串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。 主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。 2. 主、副控制器正、反作用方式的确定。 副控制器作用方式的确定，与简单控制系统相同。 主控制器的作用方向只与工艺条件有关。 3. 串级控制系统控制器参数整定 ⑴在主回路闭合的情况下，主、副控制器都为纯比例作用，并将主控制器的比例度置于100%，用4：1衰减曲线法整定副控制器，求取副回路4：1衰减过程的副控制器比例度(δ2p)以及操作周期(T2P)。 ⑵将副控制器的比例度置于所求的数值δ2p上，把副回路作为主回路的一个环节，用同样的方法整定主控制器，求取主回路4：1衰减过程的δ1p和T1P。 ⑶根据求得的(δ1p)和(T1P)、(δ2p)和(T2P)数值，按经验公式求出主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。 ⑷按先副后主、先比例后积分再微分的程序，设置主、副控制器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达到最佳为止。 6.2 比值控制系统 6.2.1 概述 在生产过程中经常需要两种或两种以上的物料以一定的比例进行混合或参加化学反应。在需要保持比例关系的两种物料中，往往其中一种物料处于主导地位，称为主物料或主动量F1，而另一种物料随主物料的变化呈比例的变化，称为从物料或从动量F2。例如在稀硝酸生产
串级复杂控制系统考试试卷答案
石化公司维修公司（仪表维修工） 串级复杂控制系统考试试卷答案 （考试时间：年月日考试时长：120 分钟） 一、填空题（每空1分，满分 30分） 1.串级控制系统是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的 给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。在系统结构上， 它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统； 2.串级控制系统的目的在于通过改变副变量来提高对主变量的控制质量 由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主 变量的影响；系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 3.串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷 变化大、对控制质量要求较高的场合。 4.在串级控制系统中，主、副调节器的作用是不同的。主调节器是定值控制，副调节 器是随动控制。系统对二个回路的要求有所不同。主回路一般要求无差，主调节器 的控制规律应选取PI或PID控制规律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差， 一般情况选取P控制规律而不引入 I 或 D 控制。如果引入 I 控制，会延长控制 过程，减弱副回路的快速控制作用；也没有必要引入 D控制，因为副回路采用 P 控制已经起到了快速控制作用，引入D控制会使调节阀的动作过大，不利于整个系 统的控制 5.P控制作用的特点是保证过程的稳定性。 I控制作用的特点是保证控制过程作无差控制。 D控制作用的特点是补偿控制对象的迟延和惯性 6.过度过程要有较好的稳定性和快速性一般希望调节过程具有较大的衰减比，超调量 要小些，调节时间越短越好，又要没有余差 二、简答题（共 6 题，每题5分，满分 30 分） 1. 简述串级控制系统的投用步骤？ 参考答案： （1）将副调节器“内、外”给定置外给定，“自动、手动”放在“手动”。主调节器 “内、外”给定置内给定，“自动、手动”放在“手动”，并把“正、反”作用开 关分别放在正确位置，调节器参数分别放在预定值。 （2）用副调节器手动控制 （3）当主参数接近给定值，副参数也较平稳后，调节主调节器手动输出，使副调节 器偏差为零，将副调节器由手动切到自动。 （4）调节主调节器给定值，使主调节器偏差为零 （5）将主调节器由手动切到自动。 2.简述串级控制系统主、副控制器作用方式的选择依据？ 参考答案： （主控制器±）（副对象±）（主对象±）＝（—） 因此：当主、副变量同向变化时，主控制器应选反作用方式，反向变化则应选正作用 方式。 副控制器作用方式选择： （副控制器±）（控制阀±）（副对象±）＝（—） 3. 简述单回路控制系统的投用步骤？ 参考答案： 1. 设置好控制器正反作用和Ｐ、Ｉ、Ｄ参数。 2. 先手动控制使测量值逐步接近给定值，并保持测量值稳定 3. 按无扰动切换（指手、自动切换时阀上信号基本不变）的要求将控制器切入自动 4. 简述单回路控制系统的“4 :1衰减振荡”参数整定方法？ 参考答案： 第 1 页共3页
第七章 过程控制系统习题及答案
第七章过程控制控制系统习题及答案 一、填空 1. 单回路控制系统由传感器、调节器、执行器和被控对象组成。 2. 一个包含伺服放大器的电动调节阀，实际上是一个以调节器送来的信号为给定值、阀门位置信号为被控参数的单回路控制系统，该系统所采用的调节规律是位式调节规律。 3. 单回路控制器常见的五种控制规律是位式控制规律、比例控制规律、比例积分控制规律、比例微分控制规律及比例积分微分控制规律。 4. 当对象调节通道和测量元件的时间常数T 0较大，纯滞后τ很小，即τ/ T 很 小时，应用微分作用可以获得相当良好的效果。 5. 当对象调节通道时间常数T 较小，系统负荷变化较大时，为了消除干扰引起的余差，除了比例作用外还应采用积分作用。 6. 串级控制系统有两个控制回路。 7. 串级控制系统的内回路是一个随动控制系统，其给定值为外回路中的主调节器输出。 8. 串级控制系统主要用于控制通道时间常数太大的被控系统。 9. 串级控制系统副调节器一般选择比例调节规律，最好不采用积分调节作用，他会牺牲副回路的快速性，彻底消除偏差也不是副回路的职责，微分调节作用也是不能采用的，否则一旦主调节器的输出稍有变化就会引起执行机构的大幅度动作，加大其磨损。 10. 串级控制系统的主调节器最好包含积分控制作用，以保证干扰被彻底克服。 11. 某个干扰能否用前馈控制系统来克服的前提条件是该干扰信号可测量。 12. 单纯的前馈控制系统能实现良好控制效果的前提是能获得相应干扰通道精确的数学模型。 二、选择 1. 串级控制系统的副回路一般采用的调节规律是（A）。 （A）比例调节规律（B）比例积分微分（C）比例微分（D）比例积分2. 对串级控制系统副回路的要求是（B）。 （A）消除稳态误差（B）快速克服主要干扰（C）消除所有干扰（D）消除主干扰3. 单回路控制系统由（A）组成。 （A）控制器、执行器、变送器和被控对象（B）控制器、执行器和变送器（C）输入、反馈、控制器和执行器（D）PID调节器、变送器和电动调节阀 三、判断 1. 串级控制系统有内外两个控制回路，主副两个调节器、两个执行器和两个被控对象。（×） 只有一个执行器，一个被控对象被分为了主对象和副对象。 2. 采用一步整定法对串级控制系统进行参数整定是考虑到对副变量控制的要求不高，允许它在一定范围内变化这一前提，根据经验先将副调节器一次放好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器参数。（√） 3. 由于串级控制系统副回路具有快速性的特点，所以应将所有干扰包含在副回路中，以使干扰被快速克服。（×） 如果要将副回路包含所有的干扰，则副回路必然变得冗长而失去其快速性的优点，违背了串级控制系统设计的原则。 4. 串级控制系统中，副回路的控制目的就是稳定副变量。（×）
常用的复杂控制系统
复杂控制系统 。 一．串级控制系统 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），所以有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。 1. 改善了对象特征，起了超前控制的作用 2. 改善了对象动态特性，提高了工作频率 3. 提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力 4. 具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化 串级控制系统的设计原则 1. 在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。 2. 选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。 3. 方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。 串级控制系统的应用场合 1. 被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。 4. 被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。
串级控制系统应用中的问题 1. 主、副控制器控制规律的选择 串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。 主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。 2. 主、副控制器正、反作用方式的确定。 副控制器作用方式的确定，与简单控制系统相同。 主控制器的作用方向只与工艺条件有关。 3. 串级控制系统控制器参数整定 ⑴在主回路闭合的情况下，主、副控制器都为纯比例作用，并将主控制器的比例度置于100%，用4：1衰减曲线法整定副控制器，求取副回路4：1衰减过程的副控制器比例度(δ2p)以及操作周期(T2P)。 ⑵将副控制器的比例度置于所求的数值δ2p上，把副回路作为主回路的一个环节，用同样的方法整定主控制器，求取主回路4：1衰减过程的δ1p和T1P。 ⑶根据求得的(δ1p)和(T1P)、(δ2p)和(T2P)数值，按经验公式求出主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。 ⑷按先副后主、先比例后积分再微分的程序，设置主、副控制器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达到最佳为止。 二．比值控制系统 在生产过程中经常需要两种或两种以上的物料以一定的比例进行混合或参加化学反应。在需要保持比例关系的两种物料中，往往其中一种物料处于主导地位，称为主物料或主动量F1，而另一种物料随主物料的变化呈比例的变化，称为从物料或从动量F2。例如在稀硝酸生产中，空气是随氨的多少而变化的，因此氨为主动量F1，空气为从动量F2。 常用的比值控制方案 1. 单闭环比值控制 这类比值控制系统的优点是两种物料流量之比较为精确，实施也较方便，所以得到广泛 的应用。 2. 双闭环比值控制 为了既能实现两流量的比值恒定，又能使进入系统的总流量F1＋F２不变，因此在单闭环比值控制的基础上又出现了双闭环比值控制系统。 这类比值控制系统的优点是在主流量受到干扰作用开始到重新稳定在设定值这段时间内发挥作用，比较安全。 3. 变比值控制系统 要求两种物料流量的比值随第三参数的需要而变化。 比值控制系统的设计原则 1. 主、从动量的确定
复杂控制系统说明
复杂控制系统 一、一段炉水碳比 1. 控制回路图 2. 工艺控制描述 工艺蒸汽在进入一段炉111-101B之前与脱硫后的天然气混合。这个仪表复杂回路的目的是确定装置产量和期望的水碳比。工艺蒸汽和原料天然气流量自动调节来保持产量和水碳比。因为这个复杂控制系统的功能，FICA-A2502和FICA-A2503控制器都必须设定为远程（串级）给定模式。 3. 仪表描述 在运算中蒸汽流量及天然流量均为摩尔流量。 原料天然气需要增加分子量自动校正功能，由中化分析天然气组分，工艺人员输入由DCS自动实现分子量计算。 实际的蒸汽原料气流量比（压力＆温度补偿蒸汽流量FIA-A2503除以压力＆温度补偿天然气流量流量FIA-A2502）由FFS-A2504显示。一个内部联锁监测实际的蒸汽原料气流量比，如果这个比率低就报警并且在此比率低低报警钟时停车（I-101）。操作人员也可以通过开关PB-101。参见因果图63-D119停车动作。 操作人员用DCS手动点FFN-1001设定期望的水碳比。操作人员用DCS手动点HIC-1001设定氨厂产量流率到期望的流率。装置流率调整是“补偿器”由HN-1001斜率功能为最小过程干扰。斜率功能限制流率改变，最大流率改变为5%的产量流率每小时。 由于在原料气中有高含量“惰气”（氮气和二氧化碳）的存在，于是采取了一些措施以便操作人员手动输入原料气组分数据校正原料气流量为碳流量。工艺设计的基础水碳比为2.77。工艺设计基础蒸汽原料气质量流量比为99729/76763或1.3。碳仅占大约47%的原料气流量，所以除以质量流量由碳含量给出一个正确的水碳比2.77。原料气组分数据可以从AI-1008A-F（62-D102）或人工取样分析获得。 斜率功能块（HN-1001）输出直接去原料气流量选择器（FFN-1001B）和蒸汽流量选择器（FFN-1001C）。期望的水碳比（FFN-1001）输出直接去蒸汽流量除法器（FFN-1001A）和原料气流量乘法器（FFN-1001D）。从FN-1002来的实际补