环境工程仿真模拟第四章复杂控制系统.ppt

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1、1,环境工程仿真与控制,第四章 复杂控制系统,2,第四章 复杂控制系统,单回路控制系统简单控制系统，最基本、最广泛,复杂控制系统串级、比值、前馈、均匀、分程、选择控制等,3,4.1 串级控制系统,结构与原理 由两个或两个以上的控制器串联连接组成，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。,第四章 复杂控制系统,4,4.1 串级控制系统,结构与原理,第四章 复杂控制系统,被控变量加热炉出口温度,燃料气压力扰动时？,5,4.1 串级控制系统,结构与原理,第四章 复杂控制系统,加热炉出口温度,进料负荷扰动时？,6,4.1 串级控制系统,结构与原理,第四章 复杂控制系统,进料负荷扰动时？燃料气压力扰动

2、时？,被控变量加热炉出口温度,7,4.1 串级控制系统,结构与原理,主被控变量,副被控变量,副控制器,主控制器,副被控对象,主被控对象,副控制回路,主控制回路,第四章 复杂控制系统,第四章 复杂控制系统,8,4.1 串级控制系统,仿真与分析,9,4.1 串级控制系统,仿真与分析,第四章 复杂控制系统,10,4.1 串级控制系统,特点1）主控制器的输出是副控制器的设定；2）由两个控制器、两个检测变送器、一个执行器组成；3）主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统。,第四章 复杂控制系统,11,4.1 串级控制系统,特点4）能迅速克服进入副回路干扰的影响，在设计串级控制系统时，应使主要扰动进入副

3、回路，使尽量多的扰动进入副回路。,第四章 复杂控制系统,12,4.1 串级控制系统,应用实例时间常数较大的过程（污水厌氧处理）：,主被控变量T1（去反应器温度）副被控变量T2（热水仓温度）进厌氧反应器的废水温度串级控制,第四章 复杂控制系统,13,4.1 串级控制系统,应用实例纯滞后时间较大的过程（物料浸取过程）：,浸取过程网前箱温度串级控制,第四章 复杂控制系统,14,4.1 串级控制系统,应用实例扰动幅度大且变化大的过程（石灰石-石膏湿法脱硫）：,主被控变量D（浆液密度）副被控变量W（给料机速率）石灰石浆液密度串级控制系统,第四章 复杂控制系统,15,4.1 串级控制系统,应用实例参数互相

4、关联的过程（精馏塔温度）：,主被控变量T1（塔中温度）副被控变量T2（塔顶温度）塔顶温度和塔中温度的串级控制,第四章 复杂控制系统,16,4.1 串级控制系统,主、副控制器的选择 主控制器：PI或PID；副控制器：P或PI。主控制器要采用PI，才能保证系统无余差。,第四章 复杂控制系统,17,4.1 串级控制系统,主、副控制器正反作用的选择 副环可近似为1：1环节,第四章 复杂控制系统,18,4.1 串级控制系统,主、副控制器正反作用的选择 1）根据副回路负反馈原则，判断副控制器的正反作用；2）将副回路看作1：1环节，根据主回路负反馈原则，判断主控制器的正反作用。,第四章 复杂控制系统,19,

5、4.1 串级控制系统,主、副控制器正反作用的选择 1）根据副回路负反馈原则，判断副控制器的正反作用；2）将副回路看作1：1环节，根据主回路负反馈原则，判断主控制器的正反作用。,第四章 复杂控制系统,第四章 复杂控制系统,20,4.1 串级控制系统,画出串级控制系统的控制框图；主控制器LC应为 作用副控制器FC应为 作用,21,4.1 串级控制系统,溶解氧DO浓度和鼓风机风量串级控制,第四章 复杂控制系统,22,4.2 前馈控制系统,结构与原理反馈：只有出现偏差时才进行调节；前馈：在偏差还未出现之前把扰动的影响消除。,第四章 复杂控制系统,23,4.2 前馈控制系统,结构与原理,第四章 复杂控制

6、系统,24,4.2 前馈控制系统,结构与原理,第四章 复杂控制系统,25,4.2 前馈控制系统,结构与原理前馈：（开环）,第四章 复杂控制系统,26,4.2 前馈控制系统,结构与原理前馈反馈（闭环）,第四章 复杂控制系统,第四章 复杂控制系统,27,4.2 前馈控制系统,仿真与分析,物料,蒸汽,物料,蒸汽,28,4.2 前馈控制系统,适用情况1）扰动变量可测不可控；2）扰动变化频繁，幅度变化大；3）扰动变量对被控变量影响大。,第四章 复杂控制系统,29,4.2 前馈控制系统,第四章 复杂控制系统,30,4.2 前馈控制系统,应用实例液位控制（锅炉汽包液位）,锅炉汽包液位三冲量控制系统示意图,主

7、被控变量（汽包液位）副被控变量（给水流量）前馈（蒸汽流量）,第四章 复杂控制系统,31,4.2 前馈控制系统,应用实例浓度控制（蒸发过程）,蒸发过程前馈反馈控制系统示意图,主被控变量（溶液沸点与水沸点之差，与溶质含量相关）前馈（蒸汽流量）,第四章 复杂控制系统,32,4.2 前馈控制系统,应用实例温度控制（连续消毒塔温度）,连续消毒塔温度前馈反馈控制系统示意图,主被控变量（消毒塔出口温度）前馈（蒸汽压力）,第四章 复杂控制系统,33,4.2 前馈控制系统,原油污水处理装置污水浓度前馈串级反馈控制,第四章 复杂控制系统,34,4.3 比值控制系统,结构与原理控制两个物料比值的控制系统；一个物料流

8、量（从动量）跟随另一各物料流量（主动量）变化。,第四章 复杂控制系统,35,4.3 比值控制系统,结构与原理开环比值控制系统,第四章 复杂控制系统,36,4.3 比值控制系统,结构与原理单闭环比值控制系统,第四章 复杂控制系统,第四章 复杂控制系统,37,4.3 比值控制系统,结构与原理双闭环比值控制系统（变比值控制系统）,38,4.3 比值控制系统,分类情况按结构分类：开环、闭环（单闭环，双闭环）；按实施方案分类：乘法、除法；按比值分类：定比值、变比值。,第四章 复杂控制系统,39,4.3 比值控制系统,主动量与从动量的选择1）主动量通常可测不可控；2）主动量可能会供应不足；3）从安全角度出

9、发选择主与从；4）从动量通常可测可控；5）从动量一般供应有余。,第四章 复杂控制系统,40,4.3 比值控制系统,自来水消毒装置的水氯比值控制,主动量,从动量,第四章 复杂控制系统,41,4.3 比值控制系统,硫磺回收装置的燃料气/酸性气/空气比值控制,主动量（开车）,主动量（正常）,从动量,第四章 复杂控制系统,42,4.4 均匀控制系统,结构与原理均匀控制是指对两个被控变量的兼顾。,第四章 复杂控制系统,43,4.4 均匀控制系统,单回路控制控制器选用较大比例度，较大的积分时间，使液位和流量均缓慢无振荡变化。,第四章 复杂控制系统,44,4.4 均匀控制系统,串级均匀控制主控：较大比例度，

10、较大的积分时间。,第四章 复杂控制系统,45,4.4 均匀控制系统,控制效果比较单纯的液位控制单纯的流量控制均匀控制,第四章 复杂控制系统,46,4.4 均匀控制系统,特点1）用一个控制器使两个被控变量都得到控制；2）通过控制器参数合理整定实现均匀的目的；,第四章 复杂控制系统,47,4.4 均匀控制系统,特点3）控制目标：流量平稳或缓慢变化；在最大干扰下，液位仍在工艺操作允许范围内波动；4）参数整定原则：P大，I大。,第四章 复杂控制系统,48,4.5 分程控制系统,结构与原理一个控制器的输出同时送往两个或两个以上的执行器，各执行器的工作范围不同。,第四章 复杂控制系统,49,4.5 分程控

11、制系统,分程控制的目的（1）不同工况需要不同的控制手段；（2）扩大控制阀的可调范围。,国产控制阀的可调比R=30；小阀C小MAX=4，则C小MIN=4/30=0.133，大阀C大MAX=100，则C大MIN=100/30=3.33；两阀合用，CMIN=0.133，CMAX=104，因此，可调比R=104/0.133=780。,第四章 复杂控制系统,50,4.5 分程控制系统,分程控制的结构,第四章 复杂控制系统,51,4.5 分程控制系统,工业废液PH值分程控制 根据工艺安全性，选择控制阀的气开和气关方式：小加碱阀V1和大加碱阀V2选气开型；,第四章 复杂控制系统,52,4.5 分程控制系统,

12、工业废液PH值分程控制 根据负反馈的要求，选择控制器的正反作用方式：小加碱阀V1开大，PH上升，对象Kp1为正，阀V2同上；控制器选反作用；,第四章 复杂控制系统,53,4.5 分程控制系统,工业废液PH值分程控制 确定分程控制类型：PH高，控制器测量值大，反作用控制器输出小，应关小阀V1；,第四章 复杂控制系统,第四章 复杂控制系统,54,4.5 分程控制系统,工业废液PH值分程控制 PH低，控制器测量值小，反作用控制器输出大，阀V1已全开，开大阀V2；选气开气开的同向分程控制。,55,4.5 分程控制系统,洁净室温湿度分程控制,温度变化的方向与冷/热水阀的动作方向相反，在控制冷、热水阀时选

13、用分程控制。,第四章 复杂控制系统,56,4.5 分程控制系统,洁净室温湿度分程控制,为了实现湿度控制，在控制冷水阀和加湿阀时选用分程控制。,第四章 复杂控制系统,57,4.6 选择控制系统,结构与原理控制回路中有选择器，选择器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两类。,第四章 复杂控制系统,58,4.6 选择控制系统,结构与原理控制回路中有选择器，选择器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两类。,第四章 复杂控制系统,59,4.6 选择控制系统,选择器位于两个控制器和一个执行器之间“超驰控制”override control,第四章 复杂控制系统,60,4.6 选择控制系统,选择器位于两个控制器和一

14、个执行器之间“超驰控制”override control,第四章 复杂控制系统,61,4.6 选择控制系统,选择器位于几个检测变送器和一个控制器之间（1）竞争控制系统（2）冗余控制系统,第四章 复杂控制系统,62,4.6 选择控制系统,选择器位于几个检测变送器和一个控制器之间（1）竞争控制系统（2）冗余控制系统,第四章 复杂控制系统,第四章 复杂控制系统,63,4.6 选择控制系统,选择器位于几个检测变送器和一个控制器之间为了控制反应温度，选择其中最高点温度用于控制。称为竞争控制系统。,第四章 复杂控制系统,64,4.6 选择控制系统,选择器位于几个检测变送器和一个控制器之间为防止因仪表故障造

15、成事故，对同一检测点采用多个仪表测量，选择中间值或多数值作为该检测点的测量值，这类系统称为冗余系统。,65,4.6 选择控制系统,实现逻辑提量和逻辑降量燃烧时始终维持低过剩空气系数，保证较高的燃烧效率。控制要求：1）提负荷时，先提空气，后提燃料气；2）减负荷时，先减燃料气，后减空气。,第四章 复杂控制系统,第四章 复杂控制系统,66,4.6 选择控制系统,实现逻辑提量和逻辑降量提量时：TRC1输出被FY2（HS）选中空气FRC3设定值空气先提经FT3被FY1（LS）选中FRC2设定值按比例增加燃料气后提,第四章 复杂控制系统,67,4.6 选择控制系统,实现逻辑提量和逻辑降量降量时：TRC1输

16、出被FY1（LS）选中燃料气FRC2设定值燃料气先减经FT2被FY2（HS）选中FRC3设定值按比例减小空气后减,68,4.6 选择控制系统,选择器类型的选择（1）从安全角度出发，选择控制阀的气开气关类型；（2）确定被控对象特性，包括正常工况和取代工况下的特性；,第四章 复杂控制系统,69,4.6 选择控制系统,选择器类型的选择（3）确定正常控制器和取代控制器的正反作用；（4）根据超过安全软限时，取代控制器输出时增大（减少），确定选择器是高选（低选）；,第四章 复杂控制系统,70,4.6 选择控制系统,控制器的选择超驰控制的要求：超过安全软限时能迅速切换控制器。正常控制器：一般要求；取代控制器：P或PI（P应较小）。,第四章 复杂控制系统,71,复杂控制系统 串级、前馈、比值、选择、分程控制的结合；分析工作过程、判断环节特性。,第四章 复杂控制系统,72,环境工程仿真与控制,第四章 复杂控制系统END,