过程控制系统第4章(续2)过程控制ppt课件.ppt

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1、为导出前馈控制器的模型, 先将换热器前馈-反馈控,制系统的构成示意图画成相应的方框图.,由方框图可得:,根据不变性原,理:,代入上式,得前馈控制器的传递函数为:,如前馈控制信号不与反馈回路中控制器的输出信号叠加,共同作用在控制阀上, 而是与系统的给定信号系统输出的测量信号叠加后作为控制器的输入, 如下图所示,其,对应的方框图见右下,图.,由图可得:,同理:,前馈-反馈控制的优点:,(1)只需对主要干扰进行补偿, 其它干扰可由反馈控制予以校正, 简化了原有前馈控制系统;(2)反馈回路的存在, 降低了对前馈模型的精度要求, 为工程上实现比较简单的通用型前馈控制器创造了条件;(3) 引入前馈控制器不

2、改变反馈回路的特征方程, 从而不影响系统的稳定性, 可较好地解决稳定性与控制精度间的矛盾;(4)无反馈回路时, 出料温度对进料量干扰间的关系式为:, 有反馈回路后,在干扰幅值相同情况下, 出料温度的稳态值为原来的,比单纯前馈控制受干扰的影响小.,(四)前馈-串级控制系统,对换热器前馈-反馈控制系统的分析可知, 前馈控制器的输出与反馈控制器的输出叠加后直接送至控制阀,这实际上是将所要求的进料量与加热蒸汽量的对应关系转化为进料量与控制阀膜头压力间的关系. 从而为保证前馈补偿的精度, 对控制阀提出了严格的要求, 希望它灵敏线性及尽可能小的滞环. 还要求控制阀前后的压差恒定, 否则同样的前馈输出将对应

3、不同的加热蒸汽流量. 为解决上述问题, 工程上在原有的反馈控制回路中再增设一个加热蒸汽流量副回路, 把前馈控制器的输出与温度控制器的输出叠加后, 作为加热蒸汽流量控制器的给定值, 构成前馈-串级控制系统.,换热器前馈-串级控制的构成示意图及对应方框图如下.,由方框图可求出系统在干扰,作用下的闭环传递函数.,在串级控制系统中, 当副回路工作频率高于主回路工作,频率10倍时, 副回路的传递函数可近似为1, 即:,则系统的闭环传递函数可近似为:,按不变性原理可得:,三前馈控制作用的实施,通过对前馈控制系统几种典型结构形式的分析可知前馈控制器的控制规律取决于对象干扰通道与控制通道,的特性, 即,由于工

4、业对象的特性极为复杂, 导致前馈控制规律的形式繁多, 但从工业应用的观点看, 尤其是应用常规仪表组成的控制系统, 总力求控制仪表的模式具有一定的通用性, 以利于设计生产运行和维护. 另外, 由于工业对象的复杂性, 欲精确获得其数学模型, 也较困难. 实践证明, 相当数量的工业对象都具有非周期性和过阻尼的特性, 因此经常可用一个一阶或二阶容量滞后必要时再串联一个纯滞后环节给以近似, 即:,控制通道的特性为,干扰通道的特性为,则前馈控制器模型为,当上式中的各参数不同时, 前馈模型分为三种基本形式,(一),型前馈控制器 当,时, 叫静态前馈控制器.,(二),型前馈控制器,当,时,称作一阶“超前-滞后

5、”型前馈控制.,超前,滞后. 此种类型控制器可用两种方法实现.,超前型前馈控制器,适用于对象控制通道容量滞后大于干扰通道容量滞后, 滞后型前馈控制器适用于对象控制通道容,量滞后小于干扰通道容量滞后.,(三),型前馈控制器,存滞后模型,用模拟仪表只能近似实现, 其最简单的,近似方法, 是将其用一阶分式代替, 即:,前所介绍的前馈控制器的模型, 已为目前广泛应用, 在定型的DDZ-型仪表、组装式仪表中都有相应的硬件模块在可编程数字控制器或用计算机控制的DCS中也有相应的控制算法模块, 便于调用及软连接. 四前馈控制系统的参数整定 五前馈控制系统的应用(补充) 一般来说, 在下列情况下可考虑选用前馈

6、控制: (1)对象控制通道的容量滞后较大, 反馈控制难以满足工艺要求时, 把主干扰引入前馈控制, 构成前馈-反馈控制系统,(2)系统中存在可测、不可控、变化频繁、幅值大且,对被控变量影响显著的干扰, 则采用前馈控制可提高控制品质. 可测是指干扰量能用检测变送装置在线转化为标准的电或气信号, 不可控指这些干扰难以通过设置单独的控制系统予以稳定, 或虽设置了专门的控制系统予以稳定, 但由于操作上的需要, 往往要经常改变其给定值. 在应用中, 有时会将前馈-反馈控制与串级控制混淆不清, 这将给设计与运行带来困难, 下面以加热炉出口温度控制系统的两种不同控制方案, 简要说明两者的关系与区别.,下面是两

7、种控制方案的构成示意图.,图(a),图(b),图(a)是加热炉出口温度与炉膛温度串级控,制系统. 图(b)是原料油干扰前馈与加热炉,出口温度反,馈的前馈-反馈控制,系统. 两者相比, 结构上完,全不同, 串级控制由内外,两个反馈回路构成,前馈-反馈控,制由一个反馈回路和,另一个开环的补偿回路构成.,前馈控制系统与反馈控制系统相比较有何特点？试举一个前馈与反馈控制系统的例子，画出其原理图，给出前馈控制器的数学模型。,答：1）前馈控制器产生控制作用的依据是干扰，而反馈系统的作用依据是偏差。 2）控制效果不同。前馈系统控制作用及时，对可测干扰可实现无偏差控制。 3）实现的经济性和可能性不同。前馈控制

8、系统不可能对所有干扰都测量和实施控制，因而前馈系统是不经济的。前馈控制器的传递函数： Wd(s)-干扰通道传递函数 Wo(s)控制通道传递函数。,4-8 选择性控制系统,一基本概念 选择性控制又叫取代控制, 也称超驰控制.以前所介绍的各种自动控制系统只能在生产工艺处于正常情况下工作, 一旦生产出现事故状态, 控制器就要改为手动, 待故障排除后, 控制系统再重新投入运行. 对于现代化大型生产过程, 控制仅仅做到这一步远不能满足保证生产安全的要求. 在大型生产工艺过程中, 除要求控制系统在生产处于正常运行情况下能克服外界干扰维持生产的平稳运行, 当生产操作达到安全极限时, 控制系统应有一种应变能力

9、, 采取相应的保护措施, 促使生产操作离开安全极限, 返回到正常工况; 或使生产暂时停止, 以防事故的发生或进一步扩大.,如大型压缩机的防喘振措施精馏塔的防液泛措施等.,属于生产保护性措施的有两类: 一类是硬保护措施一类是软保护措施. 硬保护措施是当生产操作达到安全极限时, 有声光警报产生, 此时, 或由操作工将控制器切换到手动,或通过专门设置的联锁保护线路自动停车. 由于大型工厂生产过程中的强化和限制性条件多而严格, 生产安全保护的逻辑关系比较复杂, 由人工操作保护难免出错.此外, 由于生产过程进行的速度很快, 操作人员的生理反映难以跟上, 要么处理不及时, 要么处理不当, 使事故扩大. 所

10、以常采用联锁保护的办法来处理. 联锁保护虽能起到及时保护的作用, 但这种硬性保护法使设备停车, 影响正常生产和造成经济损失.,软保护通过一特定设计的选择性控制系统, 在生产,短期内处于不正常状态时, 既不使设备停车而又起到对生产进行自动保护的目的. 在选择性控制系统中, 已考虑到生产工艺过程限制条件的逻辑关系, 当生产操作趋向极限条件时, 用于控制不安全状态的控制方案取代正常状态下的控制方案, 直到生产操作重新回到安全范围内, 正常状态下的控制方案在恢复对生产过程的正常控制, 故也叫作自动保护性控制. 有些选择性控制系统甚至连开停车都能由系统控制, 而无需人工参与. 二选择性控制系统的类型及应

11、用 要构成选择性控制, 生产操作必须具有一定选择性逻辑关系. 而选择性控制的实现则需靠具有选择功能的自动选择器(如高值选择器和低值选择器)或有关的切换,装置(如切换器带接点的控制器或测量装置),(一)开关型选择性控制系统(补充) 开关型选择性控制系统一般用作系统的限值保护, 下图(a)是丙稀冷却器裂解气出口温度的单回路控制系统构,成示意图.,图(a),在乙稀分离过程中, 裂解气经五,段压缩后其温度已达,. 为进,行低温分离, 必须将它的温度降,到工艺上要求的, 为此采用,液丙稀低温下蒸发吸热的,原理, 用它与裂解气换热, 达到降低裂解气温度的目的.,一般的控制方案, 是以经换热后的裂解气温度作

12、为被控变量, 以液丙稀流量作为操纵变量. 图(a)控制方案, 是通过改变换热面积的方法, 来达到控制裂解气出口温度的目的. 当裂解气出口温度高于设定值时, 控制阀开大,液丙稀流量随之增大, 冷却器中,丙稀液位上升, 冷却器中列管被液丙稀浸没的数量增多, 换热面积增,大, 液丙稀气化带走的热量增多, 裂解气出口温度下降,反之, 裂解气出口温度上升.,但在生产中, 当裂解气进口温度过高或负荷过大时, 控制阀势必要大幅度地打开. 当冷却器中列管全部被液丙稀淹没, 而裂解气出口温度仍未达到设定值时, 不能再使控制阀开度继续增大, 因一来液位继续升高已不能再增加换热面积, 换热效果不再提高, 冷量得不到

13、充分利用; 其次,丙稀液位的过度升高, 使冷却器中的丙稀蒸发空间缩小,甚至于完全没有蒸发空间, 使气丙稀带液进入压缩机, 给压缩机带来损害. 为此, 须对图(a)控制方案进行改进, 即需考虑当丙稀液位上升到极限情况时的防护性措施.,图(b)是改进后的控制方案.,此方案在图(a)方案的基础上增加了一个带上限接点的常开式液位报警器(图中绿色方框)和一个连接于温度控制器输出去控制阀的气动信号管路上的电磁三通阀. 上限接点设置在液位高度的75%位,图(b),置. 正常时, 液位低于75%, 接点断开, 电磁阀失电(电关阀), 温度控制器输出可直通控制阀, 实现温度控制. 当液位上升到75%时, 保护压

14、缩机不受损害成为主要矛盾,液位报警器上限接点闭合, 电磁阀得电, 切断温度控制器输出, 同时使控制阀的膜头与大气相通, 使膜头压力很快下降为零, 控制阀关闭, 终止液丙稀继续进如冷却器, 冷却器内液丙稀逐渐蒸发, 液位慢慢下降到低于75%时, 液位报警器上限接点复又断开, 电磁阀重新失电, 温度控制,输出又直接送往控制阀, 恢复成温度控制系统.,图(b)方案的方框图如下.,在乙稀工程中有不少开关型选择性控制系统, 下图是脱烷塔回流罐液位与丙二稀转化器进料蒸发器液位开关型,选择性控制系统的构成示意图.,在正常工况下, 蒸发器液位L2低于上限值75%, 电磁三通阀失电, 液位位控制器LC1输出可直

15、通气开式控制阀, 从而构成回流罐液位L1单回路控制系统.,当蒸发器液位L2上升到75%时, 电磁三通阀得电, 液位,控制器LC1输出切断, 控制阀膜头与大气连通, 阀压很快降为零,控制阀全关, 使蒸发器液位L2回,落. 当蒸发器液位L2回落至小于75%时,电磁三通阀复又失电, 回流罐液位L1单回路控制系统重新工作.,(二)连续型选择性控制系统 连续型选择性控制系统与开关型选择性控制系统的不同之处, 在于当取代作用发生后, 控制阀并不是立即全开或全闭, 而是阀门在原有开度上继续进行控制, 因此, 对控制阀而言, 控制作用是连续的. 在连续型选择性控制系统中, 一般有两个控制器,它们的输出通过一只

16、选择器(高值或低值选择器)后, 送往,控制阀. 两个控制器一个在正常情况下工作, 一个在非,正常情况下工作. 在大型合成氨工厂中, 蒸汽锅炉是一个很重要的动力设备, 担负向全厂提供蒸汽的任务, 必须对其正常运行采取一系列保护措施. 蒸汽锅炉所用的燃料为天然气或其它燃料气.在正常情况下, 根据产汽压力来控制燃料气量. 当用户所需蒸汽量增加时, 蒸汽压力就会下降,为维持蒸汽压力, 必须在增加供水量(另有控制系统控制)的同时, 相应地增加燃料气量. 经研究发现, 当燃料气流量过高时, 会将燃烧喷嘴的火焰吹灭, 产生脱火现象一旦脱火现象发生, 大量燃料气就因未燃烧而导致烟囱冒黑烟, 这不但污染环境,

17、更严重的是燃烧室内积存大量燃料气与空气的混合物, 有爆炸的危险. 为防止脱火,现象的产生, 在锅炉燃烧系统中采用了下图所示的蒸汽,压力与燃气流量选择性控制方案.,通过图中的低选器,选择蒸汽压力控制器与燃料气流量控制器两者之一的输出送往设置在,燃料管线上的控制阀. 低选器,输出,与输入信号,的关系,为: 当,时, 当,时,蒸汽压力对象的被控量是蒸汽压力, 操纵量是燃料气流量且燃料气流量增加, 蒸汽压力也增加, 故蒸汽压力对象为正作用; 燃料气流量对象的被控量是燃料气流量, 操纵量是控制阀的开度. 开度越大, 燃料气流量也越大, 故燃料气流量对象为正作用; 若控制阀选用气开式, 则两个控制器均为反

18、作用. 当燃料气流量低于产生脱火的流量(即低于,给定值), QC控制器感受正偏差,呈现高信号, 同时, PC,控制器的输出信号相对来说呈现低信号, 低选器输出为, 蒸汽压力控制回路正常工作;,当燃料气流量接,进或达到给定值时, QC控制器感受到,的正偏差越来越小,呈现低信号,当燃料气流量超过给定值时, QC控,制器感受到负偏差,一下跌为低信,号, 低选器输出为,回路正常工作. 此系统方框图如下,燃料气流量,再介绍一例乙稀工程中绿油塔液位与去脱丙烷塔绿油流量的连续型选择性控制系统.,此系统的构成示意图如下.,从脱丙烷塔的稳定操作考虑,需维持进料流量恒定, 从绿油塔正常操作考虑, 塔液位不能低于要

19、求液位的30%,绿油塔的被控量是塔内液位操纵量是流出的绿油流量,绿油流量流出量越大,塔内液位越低, 故液位对象为反作用, 脱丙烷塔的被控量是进料流量, 操纵量是控制阀的开度, 控制阀开度越大, 脱丙烷塔的进料流量也越大所以流量对象为正作用, 图中控制阀选用气开式. 连续型选择性控制系统即教材中所介绍的选择器接在控制器和控制阀之间的那种类型. (三)混合型选择性控制系统(补充) 在某些生产场合, 为确保安全生产, 将开关型和连续结合使用, 组成混合型选择性控制系统.,下图是前已介绍过的蒸汽压力与燃气流量连续型选择性,控制方案的结构示意图.,当燃气压力不足并可能低于燃,烧室内会出现危险的回火现象,

20、 引起燃气管线和燃气罐发生燃烧和爆炸,为此, 必须设法加以防止. 这可在蒸,蒸汽压力与燃气流量连续型选择性控制方案的基础上, 再增添些装置, 构成下图所示的混,合型选择性控制系统.,此系统中, 增,添了一个带下限接点的常开式压力报警器和一个连接于低选器输出去控制,阀的通路上的电磁三通阀. 此系统的作用原理请大家分析.,根据下示结构图,可画出其方框图.,(四)其它类型选择性控制系统,1.选择器接在检测变送器输出端选择性控制系统某反应器有两种物料参与化学反应, 为两种物料得以充分反应及提高反应速度, 保证产品质量和产量, 反应器内装有触媒层, 为防止反应温度过高烧坏触媒层, 在触媒层的,不同位置上

21、设置了温度检测点, 如下图所示.,各点温度检,测值经高值选择器输出,作为温度,控制器的反馈信号,与给定温度比,较后输出控制信号调节控制阀的开,度, 改变入料2的流量.,其框图如下,2.操纵量选择性控制系统,属于单回路控制系统的操纵量选择性控制系统框图,如下.,下面给出了操纵量选择性控制系统的一个应,用实例, 由下图给出简单说明.,按工艺要求, 在负荷增加后,最大限度使用低热值燃料A仍不能使热物料温度满足要求时,才使用高热值燃料B.,这就要求选择计算器根据温度控制器的输出计算出在低,负荷时, 作为低热值燃料A的流量控制器的设定值,随热物料的温度变化而变化, 但当超过,燃料A的最大流量仍不能提供所

22、需热值后,应不变, 燃料B,投入使用. 左图的方框图如下.,温度控制器TC的输出u表示了所需总热量,u向上经乘法器1与,相乘后,与,比较,若, 低值选择,器LS的输出为,燃料A随反映热负荷u的变化而变化, 此时,燃料B关闭.,若,则, 经,调节燃料A的流量达最大仍不能满足热负荷, 需补充燃料B,三积分饱和与抗饱和措施,一个具有PI作用的控制器, 其输入输出特性为,可见, 当控制器处于开环工作状态时, 偏差e虽不变但长期存在, 从理论上讲, 控制器的积分项将趋向于无穷大, 实际上将一直达到仪表的极限值, 这种现象叫“积分饱和”因此, 产生积分饱和的条件有三个: 一是控制器具有积分作用; 二是控制

23、器处于开环工作状态, 三是偏差信号长期存在. 对与接收控制器输出信号的控制阀, 如是电动调节阀其接收的信号范围为4mA20mADC, 如是气动调节阀其接收的信号范围为0.02Mpa0.1Mpa, 对于超出范围的信号则不发生动作, 即调节阀要么关死, 要么全开. 当控制器处于积分饱和状态时, 其输出将达到最大或最小的极限值.,例如对于气动仪表, 仪表的供气气压范围为00.14Mpa,但当控制器输出在00.02Mpa及0.1Mpa0.14Mpa范内变化时, 控制器阀已达极限位置而不能再改变, 上述范围称为控制阀的“死区”. 只有当控制器的输出信号进入0.02Mpa0.1Mpa时, 阀的开度才发生变

24、化. 然而, 当控制器达到积分饱和状态时, 只有当偏差信号改变方向后控制器输出才慢慢从积分饱和状态退出, 如下图所示.,由图可见, 当偏差改变方向退出饱和到进入0.02Mpa0.1Mpa范,围, 有,的迟后时间, 这将给控,制品质带来不利的影响. 在选择性控制系统中, 当控制回路中控制器具有积分作用, 而其所在的,回路又处于开路状态, 且,控制器的输入偏差不为零, 则控制器就会发生积分饱和,应采取措施予以克服.,(1)限幅法 即限止积分项输出的幅值, 不让其进入,饱和区. 对于气动仪表, 可参阅教材P.147P.148. 在DDZ-调节器中常带有偏差反馈型积分限幅电路. (2)积分切除法 当控

25、制器处于开环工作状态时, 将控制器的积分作用切除, DDZ-仪表中有一种PI-P型调节器就可起这一作用. (3)外反馈法 当控制器处于开环状态时, 不用它本身的输出信号作位反馈信号, 使其无法形成偏差积分作用, 而用其它外来信号反馈, 这种方法叫外反馈法.现以气动仪表为例说明此法的原理.,下图气动控制器在选择性控制系统中处于两个控制回路.,当控制器1处于工作状态时, 低选器的输出,上式中,是积分反馈室内气压的变化值,可有右下图求得:,上式中,为积分时间常数, 代入前一式得:,上面推导结果表明, 控制器1处于工作状态时, 虽采用了,控制器外反馈的接线方式, 但此积分反馈信号仍是控制器1本身的输出

26、信号, 与控制器内反馈相同, 控制器PI特,性不变. 而处于开环状态的控制器2的特性为:,上式中,为控制器2的积分时间常数,为控制器2的偏差信号.,上式中的第一项仍为控制器2本身偏差信号的比例项, 第二项相当于积分反馈项, 但它用的是控制器1的输出信号而不是控制器2本身的偏差信号, 所以避免了控制器2的积分饱和现象. 四控制设备的选择和系统的整定 请见教材P.150.,4-9 分程控制系统,一基本概念 在反馈控制系统中, 通常一台控制器的输出只控制一只控制阀, 但有时根据生产工艺上的需要, 一台控制器的输出要同时控制两只甚至两只以上的控制阀, 这就构成了分程控制系统. 在分程控制系统中, 一台

27、控制器的输出信号被分割成若干个信号范围段, 而由每一段信号去控制一只控制阀. 分程控制系统中控制器输出信号的分段, 是由附设在控制阀上的阀门定位器来实现的. 阀门定位器相当于一只可变放大倍数且零点可迁移的放大器. 假如在分程控制系统中用了A B两只分程阀, 并要求A阀在0.02Mpa0.06Mpa信号范围内作全行程动作, 则附设在,A阀上的阀门定位被调整为在0.02Mpa0.06Mpa信号输入,下, 其输出由0.02Mpa变化到0.1Mpa; 同样,要求B阀在0.06Mpa0.1Mpa信号范围内作全行程动作, 则附设在B阀上的阀门定位被调整为在0.06Mpa0.1Mpa信号输入下,其输出由0.

28、02Mpa变化到0.1Mpa. 因此, 当控制器输出信号在小于0.06Mpa范围内变化时, 只有A阀随压力信号的变化改变自己的开度, 而B阀却处于某个极限位置(全开或全关)的开度不变; 当控制器输出信号在大于0.06Mpa范围内变化时,只有B阀随压力信号的变化改变自己的开度, 而A阀已处于某个极限位置(全开或全关)的而开度不再变化. 采用分程控制系统的目的有两种: 其一是扩大控制阀的可调范围, 以改善控制系统的品质, 使系统更为合理可靠; 其二是为满足某些工艺操作的特殊需要.,分程控制系统就控制阀的开闭形式可分为两类. 一类是,两个控制阀同向动作, 即随控制器输出的增大或减小,分程控制阀都逐渐

29、开大或逐渐关小, 其动作过程见下图.,这类动作大都用于扩大控制阀的可调范围.,另一类是两只控制阀异向动作, 即随控制器输出的增大或减小, 一只控制阀逐渐开大(或逐渐关小), 另一只控制阀则逐渐关小(或逐渐开大),其动作过程如下图所示.,分程阀同向或异向的选择, 应根据,生产工艺,的需求确定,二分程控制方案的应用,(1)扩大控制阀可调范围的应用 现以下图蒸汽压力可调系统为例, 说明分程控制系,统在扩大控制阀可调范围方面的应用.,锅炉产生的是高,压蒸汽, 而生产上需要的是平稳中压蒸汽. 为此, 通过节流减压的方法, 将10Mpa高压蒸汽减压至4Mpa中压蒸汽. 在选择控制阀口径时, 如选用一只控制

30、阀, 为适应大负荷下蒸汽供应量的需要,控制阀的口径要选得很大. 然而在正常情况下, 蒸汽量却不需要很大, 控制阀只需在小开度下工作. 而大阀在小开度下工作, 除流量特性会发生畸变外, 还易产生噪声和振荡, 使控制效果变差. 上图选用两只同向动作的A B控制阀构成分程控制方案.,A,B,A B控制阀均选气开式, 且分别当控制器输出在,0.02Mpa 0.06Mpa和0.06Mpa 0.1Mpa信号段内从全闭到全开. 在小负荷时, B阀处于关闭状态, 只通过A阀开度的变化进行控制, 当大负荷时, A阀全开仍不能满足蒸汽量的需求, 则B阀也开始打开, 弥补A阀全开时蒸汽供应,量的不足. 设A B两阀

31、最大流通能力, 可调,范围, 由于控制阀的可调范围为:,则有上式可得:,. 当采用两只控制阀,组成分程控制时, 阀的最小流通能力比变, 而最大流通能力是两阀都全开时的流通能力, 即:,因此, 两阀组成后的可调范围应为:,另一兼有选择性作用的分程控制方案的例子请参见教材,P.151P.153. (2)用于控制两种不同的介质, 满足工艺生产要求的应用. 在某些间歇式生产的化学反应过程中, 当反应物投入设备后, 往往在反应开始前需给它提供一定的热量.一旦达到反应所需温度后, 就会随化学反应的进行而不断释放出热量, 所释放的热量如不及时移走, 反应会越来越剧烈, 以致有爆炸的危险. 可见, 对这种间歇

32、式化学反应器既要考虑反应前的预热问题, 又要考虑反应过程中及时移走放应热的问题.,下图是解决前述工艺问题的分程控制系统的设计方案.,两阀的分程如下图.,在进行化学反应前的升温阶段, 由于,温度测量值小于给定值, 控制器输出逐渐增大A阀逐渐关小至完全关闭, 而B阀逐渐打开, 蒸,汽通过热反应器夹套使循环水被加热, 反应物温度慢慢升高. 当温升使测量值大于给定值时, 由于控制器为反作用, 其输出将减小, 随控制器输出的减小, B阀就逐渐关小至完全关闭, 而A阀则逐渐打开. 这时反应器夹套中流过的是冷水, 将反应产生的热量移走.,三控制流量特性与分程信号范围,前已分析, 两只同向动作的控制阀构成分程

33、控制的结果, 可提高两阀组合后总可调范围R. 但如用两只流通能力不同的控制阀构成分程控制, 组成后的总流量特性在分,程信号的交接处的变化会不平滑. 例如,的两只控制阀构成分程控制, A阀在0.02Mpa ,0.06Mpa信号范围内从全闭到全开. B阀在0.06Mpa0.1Mpa信号范围内从全闭到全开, 两阀分程特性和它们组合后总,流量特性如下左图和右图所示.,可见, 原线性特性很好的,两只控制阀组合后总流量特性不再线性而为非线性.,特别在分程点, 总流量特性出现一个转折点, 导致总流,量特性的不平滑. 这对系统的平稳运行不利. 为使总流量特性达到平滑过渡, 可在信号分段上采取措施, 方法有以下

34、几种. (1)连续分程法 本法的思路是: 先根据单个分程阀的特性找寻组合后的总流量特性, 再根据单个分程阀的特性与组合总流量特性的关系找出腥应的分程点, 确定各分程阀的分程信号. 例1. 某分程控制采用两只线性特性控制阀, 其中,. 为保证总流量特性,的平滑过渡, 试确定两控制阀的分程信号. 解: 由第三章可知, 线性流量特性控制阀其相对流,量与相对行程的关系为:,将上式表示成流通能力与相对行程的关系有:, 对于总流量特性, 左式中待,定常数求法为, 令,当,时, 代入式(1),得:, 当,时,将,代入式(1)得:,将,代入式(1)得总流量特性表达式为:,因为当,由0变化到, 对应于作用在阀上

35、的气压由,0.02Mpa 0.1Mpa, 故可以流通能力为横坐标, 以气压为纵标, 依据式(2)画出总流量特性的曲线.,在直线上找出,的点a, 再找出a点在纵坐标上,的分程点b所对应的压力, 如为0.045Mpa, 于是可确定A阀的分程信号为0.02Mpa 0.045Mpa,B阀的分程信号为0.045Mpa 0.1Mpa. 例2.某分程控制采用两只等百分比(即对数)特性控制,阀, 其中,. 为保证总,流量特性的平滑过渡, 试确定两控制阀的分程信号. 解: 由第三章可知, 对数流量特性控制阀其相对流量,与相对行程的关系为:, 与例1解法一,样, 可得总流量特性表达式为:,依据式(3)画出总流量特

36、性的曲线.,在直线上找出,的点a,再找出a点在纵坐标上的分程,点b所对应的压力, 如为0.08Mpa,于是可确定A阀的分程信号为,0.02Mpa 0.08Mpa, B阀的分程信号为0.08Mpa 0.1Mpa. 连续分程法的本质是原先A B两阀输入输出特性的斜率不同, 通过输入信号的适当分程, 使两阀的斜率都朝两阀组合后的斜率靠近. (2)间隔分程法 本法是预先确定好分程阀的分程信号, 然后分别做出各控制阀的流量特性曲线, 如在分程点流量特性突变较小则可将分程点附近流量特性曲线突变部分的信号舍去. 从而, 当第一个阀门全开时, 即使信号有微小的变化, 第二个阀也不会马上工作, 使流量特性得以平

37、滑地过渡.,例:某分程控制系统采用两只对数控制阀, 其中A阀, 可调范围, B阀的, 可调,范围,; 已知A阀分程信号为0.02Mpa 0.06Mpa,B阀分程信号为0.06Mpa 0.1Mpa. 由于A B两阀均为,对数特性, 则, 分别代入A B两阀的,初始条件, 可得:,从而可得A B两阀的流量特性分别为:,因A阀在0.02Mpa 0.06Mpa范围内从全闭到全开, 如用p表示信号压力, 则A阀相对行程与信号压力关系可按下图,求得:,代入式(4)有,同理可得:,由式(6) (7), 并考虑到B阀打开时A阀已全开, 可作出,A B两阀的流量特性曲线如下图.,由图可见, 在分程,点0.06M

38、pa, 总流量特性出现由4到6.86的跳变, 且分程点附近的总流量也不平滑, 为使两阀能平滑过渡, 可把分程点附近这段不平,滑的信号去掉,使A阀分程为,0.02Mpaa=0.055Mpa, 使B阀分程为b= 0.065Mpa0.1Mpa,本法的,缺点是. 当控制器输出信号在0.055Mpa 0.065Mpa范围内变化时, 流量并不按ac曲线变化, 而是按abc曲线变化, 这是因为, 当控制器输出信号大于0.055Mpa,下图为采用上述措施后两阀的总流量特性曲线.,时, A阀已全开达到最大流量, 但到控制器输出信号等于0.065Mpa,时, B阀开始动作, 但已有B阀的最小流量产生, 总流量,特性从b点跳变到c点. (3)分程信号部分重叠法 确定分程信号部分重叠区的具体步骤教材P.155有详细介绍.,