分程与选择性控制
- 格式：ppt
- 大小：2.84 MB
- 文档页数：30
下载文档原格式
合集下载
复杂过程控制系统--串级控制
14
对于一个控制系统来说，当它在给定信号作用 下，其输出量能复现输入量的变化，即Y1(s)/X1(s) 越接近于1时，则系统的控制性能越好；当它在扰 动作用下，其控制作用能迅速克服扰动的影响，即 Y1(s)/F2(s)越接近于0时，则系统的控制性能越 好，系统的抗干扰能力就越强。 ❖ 图4-5串级控制系统抗干扰能力可用下式表示： Q C 2 ( s )= Y Y 1 1 ( ( s s ) ) / /X F 2 1 ( ( s s ) )= W C W 1 ( s * ) 0 W 2 ( 's 0 2 ) ( s )= W C 1 ( s ) W C 2 ( s ) W V ( s )
9
二、串级控制系统的特点与分析
在结构上与电力传动自动控制系统中的双闭 环系统相同(比单回路系统多了一个副回路)，其 系统特点与分析方法亦基本相同。
主回路(外环)：定值控制系统 副回路(内环)：随动控制系统 与单回路系统相比，串级控制系统多用了一 个测量变送器与一个控制器(调节器)，增加的投 资并不多(对计算机控制系统来说，仅增加了一个 测量变送器)，但控制效果却有显著的提高，其原 因在于串级控制系统中增加了一个包含二次扰动 的副回路。
16
单回路控制系统的抗干扰能力为
Y(s)/X(s) QD2(s)=Y(s)/F2(s)=W C(s)W V(s)
串级控制系统与单回路控制系统的抗扰动能力
之比:
QC2(s) =WC1(s)WC2(s)
QD2(s)
WC(s)
设串级与单回路系统均采用比例调节器，其比
例放大系数分别为KC1、KC2、KC，则上式变为
第四章 复杂过程控制系统
❖串级控制 ❖前馈控制 ❖大滞后补偿控制 ❖比值控制 ❖分程与选择性控制 ❖多变量解耦控制 ❖模糊控制 ❖预测控制
控制系统例题和解答
例题和解答【例l】选择题（选择正确的答案，将相应的字母添入题内的括号中。
）1．串级控制系统的特点是两个（）控制一个控制阀。
其中（）的输出作为( )的外给定（ A ）（A）控制器主控制器副控制器（B）控制器副变送器副控制器（C）控制器主变送器副变送器（D）变送器主控制器副控制器2．一分程控制系统调节阀的分程特性如图12-28，试确定两个调节阀的开关形式（ D ）（A）A阀气开式 B阀气关式（B）A阀气开式 B阀气开式（C）A阀气关式 B阀气关式（D）A阀气关式 B阀气开式3．氨冷器中要求保证冷却器出口温度恒定，防止冷却器中液氨液位过高，使气氨中不夹带液氨进入冷冻机，确保冷冻机安全。
设计了如图12-29选择性控制系统，若选低选器、气关式调节阀，试确定两个调节器的正、反作用。
（ A ）（A）TC调节器正作用、LC调节器反作用（B）TC调节器正作用、LC调节器正作用（C）TC调节器反作用、LC调节器反作用（D）TC调节器反作用、LC调节器正作用4．对于选择性控制系统，下列说法哪一个不正确（ B ）（A）选择性控制系统是对生产过程进行安全软限控制。
（B）在生产过程程要发生危险时选择性控制系统可以采取联锁动作，使生产硬性停车。
（C）选择性控制系统可以有两个控制回路，其中一个控制回路工作，另一个控制回路处于开环状态。
（D）选择性控制系统用选择器进行控制。
【例2】什么是分程控制系统?主要应用在什么场合?答：分程控制系统就是一个控制器的输出信号被送往两个或两个以上的控制阀，每个控制阀都只在控制器的某段信号范围内工作。
分程控制系统的应用场合主要有：(1)用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质；(2)用于控制两种不同的介质流量，以满足工艺生产的要求，(3)用作生产安全的防护措施。
【例3】串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定主要有哪两种方法?答：有两步整定法和一步整定法两种。
按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做两步整定法。
自动控制原理第二章复习总结（第二版）
⾃动控制原理第⼆章复习总结（第⼆版）第⼆章过程装备控制基础本章内容：简单过程控制系统的设计复杂控制系统的结构、特点及应⽤。
第⼀节被控对象的特性⼀、被控对象的数学描述（⼀）单容液位对象1．有⾃衡特性的单容对象2．⽆⾃衡特性的单容对象（⼆）双容液位对象1．典型结构：双容⽔槽如图2-5所⽰。
图2-5 双容液位对象图2-6 ⼆阶对象特性曲线2．平衡关系：⽔槽1的动态平衡关系为：3．⼆阶被控对象：1222122221)(Q K h dt dh T T dt h d T T ?=+++式（2-18）就是描述图2-5所⽰双容⽔槽被控对象的⼆阶微分⽅程式。
称⼆阶被控对象。
⼆、被控对象的特性参数（⼀）放⼤系数K（⼜称静态增益）（⼆）时间常数T（三）滞后时间τ（1）．传递滞后τ0（或纯滞后）：（2）．容量滞后τc可知τ=τ0+τc。
三、对象特性的实验测定对象特性的求取⽅法通常有两种：1．数学⽅法2．实验测定法（⼀）响应曲线法：（⼆）脉冲响应法第⼆节单回路控制系统定义：（⼜称简单控制系统），是指由⼀个被控对象、⼀个检测元件及变送器、⼀个调节器和⼀个执⾏器所构成的闭合系统。
⼀、单回路控制系统的设计设计步骤：1．了解被控对象2．了解被控对象的动静态特性及⼯艺过程、设备等3．确定控制⽅案4．整定调节器的参数（⼀）被控变量的选择（⼆）操纵变量的选择（三）检测变送环节的影响（四）执⾏器的影响⼆、调节器的调节规律1．概念调节器的输出信号随输⼊信号变化的规律。
2．类型位式、⽐例、积分、微分。
（⼀）位式调节规律1．双位调节2．具有中间区的双位调节3．其他三位或更多位的调节。
（⼆）⽐例调节规律（P ）1．⽐例放⼤倍数（K ）2．⽐例度δ3．⽐例度对过渡过程的影响（如图2-24所⽰）4．调节作⽤⽐例调节能较为迅速地克服⼲扰的影响，使系统很快地稳定下来。
通常适⽤于⼲扰少扰动幅度⼩、符合变化不⼤、滞后较⼩或者控制精度要求不⾼的场合。
（三）⽐例积分调节规律（PI ）1．积分调节规律（I ）（1）概念：调节器输出信号的变化量与输⼊偏差的积分成正⽐==?t I t I dt t e T dt t e K t u 00)(1)()(式中：K I 为积分速度，T I 为积分时间。
《过程控制及仪表》期末复习题(基础题目)
一、填空题二、自动调节系统方块图中，给定值R，测量值Z和偏差e三者之间的关系是e=R-Z。
一、过渡过程结束时，被控变量所达到的新的稳态值与原稳态值之差叫做余差二、串级调节系统中，主回路是一个定值调节系统。
1．电子电位差计是根据电压补偿原理工作的。
三、积分时间愈____长_____，积分作愈弱。
四、当一个调节器的输出信号同时送给两个调节阀，这两个调节阀工作在不同的信号区间，则构成的控制系统为___分程__控制系统。
五、在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是测量变送器。
1．过程控制仪表包括控制器、执行器、操作器以及可编程控制器等各种新型控制仪表及装置。
2．一台仪表性能的优劣通常可以用精确度、变差、灵敏度来评价。
3．基本控制规律包括双位控制、比例控制、比例积分控制、积分控制、微分控制、比例微分控制、以及比例积分微分控制。
4．二、选择题1.在自动化仪表中，显示仪表用于各种检测变量的显示、记录，按显示方式可分为三大类，下面哪项不属于显示方式。
（ B ）A 模拟式显示仪表B高端显示仪表 C 屏幕显示仪表 D 数字式显示仪表2.对于始点为0℃的电子电位差计，当输入端短路时，仪表指针应指在（ C ）。
A．始点B．终点C．室温D．原位置3. 下列（ A ）不是描述对象特性的参数。
A.过渡时间B.时间常数C.放大系数D.滞后时间4. 下面哪项不属于复杂控制系统。
（ A ）A. 自动控制系统与编程控制系统B. 比值控制系统均匀控制系统C 分程控制系统与选择性控制系统D 串级控制系统与前馈控制系统5. 串级控制系统中，副调节器一般采用（D ）调节规律A.PIB.PIDC.PDD.P6. 下面哪项不属于过程控制系统的分类。
CA过程自动检测系统 B 过程自动控制系统C过程自动显示系统D过程自动报警与联锁保护系统7. 如图为一个加热器控制系统，通过将进料与蒸汽进行换热达到对物料进行加热的目的，希望出料温度恒定。
化工自动化1习题
宜宾学院化工系
16:52:59
17．用差压式压力计测量液体流量时，取压点应在（ C ）。
A．节流装置的上半部 B．节流装置的侧面 C．节流装置的下半部 D．节流装置的水平装置
宜宾学院化工系
16:52:59
18．在合成纤维锦纶生产中，熟化罐的温度是一个重要 的参数，其期望值是一已知的时间函数，则熟化罐的温 度控制系统属于（ D ）。
宜宾学院化工系
37．对于换热器的下列两种控制方案，正确的说法是( C )。 A．（a）为前馈控制，（b）为反馈控制 B．（a）控制比（b）及时 C．（a）可克服多种干扰，（b）只能克服一种干扰 D．（a）是开环控制，（b）是闭环控制
蒸汽 蒸汽
16:52:59
TC
FC
冷物料
热物料
冷物料
热物料
冷凝水
冷凝水
LT LC
宜宾学院化工系
16:52:59
8．下列（ A ）不是描述对象特性的参数。
A.过渡时间 B.时间常数 C.放大系数 D.滞后时间
宜宾学院化工系
16:52:59
9.下列元件不属于标准节流装置的是（ D ）。 A．标准孔板 B．喷嘴 C．文丘里管 D．圆缺孔板
宜宾学院化工系
16:52:59
16:52:59
A. 前馈 B. 选择性 C. 分程 D. 串级
宜宾学院化工系
16:52:59
16．下列关于积分饱和的说法，错误的是（ D ）。
A.控制器处于开环工作状态是出现积分饱和的必要条件
B.控制器具有积分作用才会出现积分饱和现象 C.积分饱和状态时，控制器输出将达到最大/最小的极限值
D.只有在选择性控制系统中才会出现积分饱和现象
化工仪表及自动化第8章 第一节 串级控制系统
14
第一节 串级控制系统
小结
由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干 扰进入回路时，可以获得比单回路控制系统超前的控 制作用，有效地克服燃料油压力或热值变化对原料油 出口温度的影响，从而大大提高了控制质量。
15
第一节 串级控制系统
2.干扰作用于主对象
F1 变 化 → θ1 ↑ →T1C 输 出 ↓→T2C 设 定 值 ↓ → T2C输出↓ → 恢复给定值 所以，在串级控制系统中，如果干扰作用于主对象， 由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达 到稳定主变量的目的。
例如图8-2所示的管式加热炉温度-温度串级控制系统中 的副回路。
气源中断，停止供给燃料油时，执行器选气开阀， “正”方向。 燃料量加大时，炉膛温度θ2（副变量）增加，副对象 “正”方向。 为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C选择“反” 方向。
35
第一节 串级控制系统
如图8-5所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统。
串级 控制 系统
均匀 控制 系统
比值 分程 控制 控制 系统 系统
前馈 取代 控制 控制 系统 系统
三冲量 控制系
统
4
第一节 串级控制系统
一、概述 当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，可考
虑采用串级控制系统。 举例 说明串级控制系统的结构及其工作原理
控制好温度
➢ 可延长炉子寿命，防止炉管烧坏； ➢ 可保证后面精馏分离的质量。
21
第一节 串级控制系统
四、串级控制系统中副回路的确定 副回路的确定 根据生产工艺的具体情况，选择一
个合适的副变量，从而构成一个以 副变量为被控变量的副回路。
确定的原则
1.主、副变量间应有一定的内在联系
第一节 串级控制系统
小结
由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干 扰进入回路时，可以获得比单回路控制系统超前的控 制作用，有效地克服燃料油压力或热值变化对原料油 出口温度的影响，从而大大提高了控制质量。
15
第一节 串级控制系统
2.干扰作用于主对象
F1 变 化 → θ1 ↑ →T1C 输 出 ↓→T2C 设 定 值 ↓ → T2C输出↓ → 恢复给定值 所以，在串级控制系统中，如果干扰作用于主对象， 由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达 到稳定主变量的目的。
例如图8-2所示的管式加热炉温度-温度串级控制系统中 的副回路。
气源中断，停止供给燃料油时，执行器选气开阀， “正”方向。 燃料量加大时，炉膛温度θ2（副变量）增加，副对象 “正”方向。 为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C选择“反” 方向。
35
第一节 串级控制系统
如图8-5所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统。
串级 控制 系统
均匀 控制 系统
比值 分程 控制 控制 系统 系统
前馈 取代 控制 控制 系统 系统
三冲量 控制系
统
4
第一节 串级控制系统
一、概述 当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，可考
虑采用串级控制系统。 举例 说明串级控制系统的结构及其工作原理
控制好温度
➢ 可延长炉子寿命，防止炉管烧坏； ➢ 可保证后面精馏分离的质量。
21
第一节 串级控制系统
四、串级控制系统中副回路的确定 副回路的确定 根据生产工艺的具体情况，选择一
个合适的副变量，从而构成一个以 副变量为被控变量的副回路。
确定的原则
1.主、副变量间应有一定的内在联系
中国石油大学《过程控制工程》复习题及答案
《过程控制工程》期末复习题一、（每空1分）填空题：1、对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越小则积分作用越；微分时间越小，则微分作用越。
2、三种常用的均匀控制方案包括、、。
3、常规PID控制器中的P指作用、I指作用、 D指作用。
4、用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的机械称为，而输送气体并提高其压头的机械称为。
5、工程上常用的几种整定PID控制器参数的方法是、、、。
6、请举出我们曾经学过的三种复杂控制系统：、、。
7、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、、、四种。
8、调节阀的固有流量特性主要有、、、四种。
9、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、、、四种。
10、单回路控制系统一般由、、、四个环节组成11、常见的传热设备有、、等。
12、要消除系统的稳态误差，通常选用控制器。
13、用来评价控制系统性能优劣的阶跃响应曲线性能指标分别是、、、振荡频率和回复时间等。
14、工程上进行PID控制器参数整定时，随动系统的控制品质要求衰减比为，定值系统中控制品质要求衰减比为。
15、常见的传热设备有、、等。
16、精馏装置一般由、、、等设备组成。
精馏塔产品质量指标选择有直接产品质量指标和两类。
二、选择题（10分，每小题2分）1、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（）。
A. PIB. PDC. PID2、自动控制系统中控制器正、反作用的确定是根据（）。
A．实现闭环回路的正反馈。
B．实现闭环回路的负反馈。
C．系统放大倍数恰到好处D．生产的安全性。
3、单纯的前馈调节是一种能对（）进行补偿的调节系统。
A．测量与给定之间的偏差 B．被调量的变化 C．干扰量的变化4、分程控制系统常要加装（）来达到分程的目的。
A．调节器 B.变送器 C.阀门定位器5、在某一分离异丁烷与正丁烷的精馏塔中，微小的压力波动也会影响温度的变化，同时压力波动引起的各板上温度变化的方向是一致的，此时应选择（）作为间接质量指标进行控制。
第八章 特殊控制方式
1、对控制阀泄漏量的要求
泄漏量：阀门完全关闭时的流动量。 泄漏量：阀门完全关闭时的流动量。
大阀的泄漏将影响小阀的对流量的调节作用。 大阀的泄漏将影响小阀的对流量的调节作用。 2、利用阀门定位器实现信号分程 3、分程信号的衔接
小阀：0.02-0.065 小阀：0.02大阀：0.055-0.1 大阀：0.055-
例：石油化工生产中前后两个精馏塔的供求关系如下： 石油化工生产中前后两个精馏塔的供求关系如下：
如果以单回路控制方式进行控制…… 如果以单回路控制方式进行控制…… 均匀控制系统： 均匀控制系统：是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地 、 均匀地变化， 均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互 兼顾、均匀协调的系统。 兼顾、均匀协调的系统。
假如干扰使乙塔的进料量增大 乙塔的进料量增大， 乙塔的进料量增大，首先通过流量调节器使控制阀门开度缓 慢减小；当这一作用使甲塔的液位下降时，液位调节器输出减小， 慢减小；当这一作用使甲塔的液位下降时，液位调节器输出减小， 进一步缓慢改变调节阀的开度，使系统工作在新的平衡点。 进一步缓慢改变调节阀的开度，使系统工作在新的平衡点。 主副控制器一般采用比例或比例积分控制律。 主副控制器一般采用比例或比例积分控制律。 主控制器的参数整定与简单均匀控制系统相同， 主控制器的参数整定与简单均匀控制系统相同，副控制器 的参数整定一般为δ=100 δ=100～ Ti为0.1～ 分钟。 的参数整定一般为δ=100～200% ，Ti为0.1～1分钟。
4、变比值控制系统 在实际生产过程中， 在实际生产过程中，使两种物料的流量比值恒定并不是 目的， 目的，真正的控制目的大多是两种物料混合或反应以后的产 品的产量、质量、节能、环保及安全等等。 品的产量、质量、节能、环保及安全等等。 例：氧化炉温度与氨气/空气变比值控制系统 氧化炉温度与氨气/
泄漏量：阀门完全关闭时的流动量。 泄漏量：阀门完全关闭时的流动量。
大阀的泄漏将影响小阀的对流量的调节作用。 大阀的泄漏将影响小阀的对流量的调节作用。 2、利用阀门定位器实现信号分程 3、分程信号的衔接
小阀：0.02-0.065 小阀：0.02大阀：0.055-0.1 大阀：0.055-
例：石油化工生产中前后两个精馏塔的供求关系如下： 石油化工生产中前后两个精馏塔的供求关系如下：
如果以单回路控制方式进行控制…… 如果以单回路控制方式进行控制…… 均匀控制系统： 均匀控制系统：是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地 、 均匀地变化， 均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互 兼顾、均匀协调的系统。 兼顾、均匀协调的系统。
假如干扰使乙塔的进料量增大 乙塔的进料量增大， 乙塔的进料量增大，首先通过流量调节器使控制阀门开度缓 慢减小；当这一作用使甲塔的液位下降时，液位调节器输出减小， 慢减小；当这一作用使甲塔的液位下降时，液位调节器输出减小， 进一步缓慢改变调节阀的开度，使系统工作在新的平衡点。 进一步缓慢改变调节阀的开度，使系统工作在新的平衡点。 主副控制器一般采用比例或比例积分控制律。 主副控制器一般采用比例或比例积分控制律。 主控制器的参数整定与简单均匀控制系统相同， 主控制器的参数整定与简单均匀控制系统相同，副控制器 的参数整定一般为δ=100 δ=100～ Ti为0.1～ 分钟。 的参数整定一般为δ=100～200% ，Ti为0.1～1分钟。
4、变比值控制系统 在实际生产过程中， 在实际生产过程中，使两种物料的流量比值恒定并不是 目的， 目的，真正的控制目的大多是两种物料混合或反应以后的产 品的产量、质量、节能、环保及安全等等。 品的产量、质量、节能、环保及安全等等。 例：氧化炉温度与氨气/空气变比值控制系统 氧化炉温度与氨气/
过控复习资料
过控复习题库一、判断1、集散控制系统的特点是结构分散、控制集中。
（）2、设计数字控制器时，采样周期应远大于对象的时间常数。
（）3、串级控制系统主回路——随动控制系统，副回路——定值控制系统。
（）4、红外线气体分析仪可以测量双原子气体。
（）5、设计数字控制器时，采样周期应远大于对象的扰动周期。
（）6、对于非线性被控过程调节阀应选用直线特性。
（）7、使用热电耦测温时冷端温度补偿是对冷端温度t0 00的补偿。
（）8、采用热电阻测量温度时，应采用三线制接法。
（）9、系统对控制通道的要求是放大系数要大、时间常数适当、纯滞后尽可能小。
（）10、气动执行机构可看做一个惯性关节。
（）11、过程控制系统投运顺序：控制器投运、检测系统投入运行、调节阀手动遥控。
（）12、对于由几个一阶环节组成的过程应尽量设法使几个时间常数相等。
（）13、PID控制中微分的作用是提高稳定性。
（）14、前馈控制是基于偏差控制的。
（）15、在分程控制中，调节阀流量特性的选择应尽量选用对数调节阀，且应有一定的重叠区。
（）16、串级控制系统调节器参数整定方法中，当主、副过程时间常数相差较大时，采用逐步整定法。
（）17、串级控制系统调节器参数整定原则：先副后主、先比例后积分。
（）18、PID控制中积分的作用是提高精度。
（）19、安装流量测量仪表时，节流件端面与管道轴线应垂直，孔板尖锐测应迎着流向。
（）20、红外线气体分析仪可以测量惰性气体。
（）21、微分调节可消除余差，它是依据偏差是否存在来进行调节的。
（）22、工程上比例度就是放大倍数。
（）23、在使用压力检测仪表时，为了保证测量精度，被测压力的最小值，一般应不低于仪表量程的1/3。
（）24、积分调节可消除余差，它是依据偏差是否存在来进行调节的。
（）25、纯滞后就是指容量滞后。
（）26、执行机构为正作用表示调节阀为气开式，和阀体安装无关。
（）27、比值控制是实现两种物料温度之比的控制。
（）28、静压式液位计是测量不可压缩液体高度的仪表。
串级控制系统通用方块图
副回路：T2T↑，偏差↑ ↑， T2C ↓ ↓ ，阀开度↓，T1 ↓
-
+
-
+
+
+
23
四、串级控制系统的特点及应用场合 串级控制系统与简单控制系统相比，由于在结构上多了一 个副回路，因而，在相同的干扰作用下，其控制质量是单回 路控制系统无法比拟的。
串级控制系统在工作性能上的主要特点： 1．对于进入副回路的干扰具有极强的克服能力。 2．改善了控制系统的动态特性，提高了工作频率。 3. 对负荷和操作条件的变化具有一定的适应能力。
2
§7-1 串级控制系统
一、串级控制系统的结构 管式加热炉是石化工业中的重要装置之一，工艺上要求被加热 油料炉出口温度的波动范围应控制±2℃内。
3
主要扰动：
（1）原料方面的扰动（包括物料的流量和入口温度的变化）；
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）燃料方面的扰动（包括燃料的流量、热值及压力的波动）；
（3）燃烧条件方面的扰动（包括供风量和炉膛漏风量的变化、燃
料的雾化状态的影响等）。
传热的滞后性，以及调节通道的时间常数过大（15min左右），
控制作用不及时。
4
方案：将炉膛温度作为被控变量，组成如图7-2 所示的控 制系统。
方案的优点:调节通道的时间常数缩短为3分钟左右。 缺点：原料的流量或原料入口温度波动使炉出口温度变化 时，系统无法使炉出口温度再调回到给定值上，所以该方案 仍不能达到生产工艺要求。
16
“先副后主”的原则
➢副回路： 执行器 — 气关式，符号为“-”； 副对象 — 执行器的阀门开度增大时，副变量蒸汽
流量也增大，故副对象的符号为“+”。 副变送器 — 符号也为“ + ”。 根据回路各环节符号“乘积为负”的判别公式，副
-
+
-
+
+
+
23
四、串级控制系统的特点及应用场合 串级控制系统与简单控制系统相比，由于在结构上多了一 个副回路，因而，在相同的干扰作用下，其控制质量是单回 路控制系统无法比拟的。
串级控制系统在工作性能上的主要特点： 1．对于进入副回路的干扰具有极强的克服能力。 2．改善了控制系统的动态特性，提高了工作频率。 3. 对负荷和操作条件的变化具有一定的适应能力。
2
§7-1 串级控制系统
一、串级控制系统的结构 管式加热炉是石化工业中的重要装置之一，工艺上要求被加热 油料炉出口温度的波动范围应控制±2℃内。
3
主要扰动：
（1）原料方面的扰动（包括物料的流量和入口温度的变化）；
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）燃料方面的扰动（包括燃料的流量、热值及压力的波动）；
（3）燃烧条件方面的扰动（包括供风量和炉膛漏风量的变化、燃
料的雾化状态的影响等）。
传热的滞后性，以及调节通道的时间常数过大（15min左右），
控制作用不及时。
4
方案：将炉膛温度作为被控变量，组成如图7-2 所示的控 制系统。
方案的优点:调节通道的时间常数缩短为3分钟左右。 缺点：原料的流量或原料入口温度波动使炉出口温度变化 时，系统无法使炉出口温度再调回到给定值上，所以该方案 仍不能达到生产工艺要求。
16
“先副后主”的原则
➢副回路： 执行器 — 气关式，符号为“-”； 副对象 — 执行器的阀门开度增大时，副变量蒸汽
流量也增大，故副对象的符号为“+”。 副变送器 — 符号也为“ + ”。 根据回路各环节符号“乘积为负”的判别公式，副
过程控制工程6 选择性控制
➢ 其中一个为主要工艺指标，对该变量要按照工 艺要求加以时时控制。
➢ 另外还具有工艺上对其有一定界限限制的变量， 称为极限控制变量。
一般该变量不会经常逼近或超越设定极限，所 以正常工况下不用实施控制。但是，一旦超越极 限，则需要施以严厉的控制，限制其超越极限。
处理手段 ➢ 硬保护：
根据生产操作状态，在处于极度危险状态下，使 用极端手段（连锁保护），自动地将生产全过程 或部分装置硬性停车的保护动作。
A变量控制回路 B变量测量回路 开关及开关信号发生器
开关型选择控制系统构成及应用例 乙烯生产过程回流罐与蒸发器液位控制
开关信号 发生器
L2T
75%
L2C
蒸发器
丙二烯
开关
回流罐
L1T L1C
正极常限状态信号
A变量：回流罐液位 B变量：蒸发器液位 B变量设定极限范围：< 75%
控制方框图
开关信号发生器
（防止脱火）
给水
P2T
燃料
控制要求：防止燃料压力 过低而引起回火现象发生
P3C：开关信号发生器 （防止回火）
选择器 LS：低选器
6.3 选择性控制应用
根据选择器的位置主要有两种应用形式 a. 选择器在控制器与调节阀之间 b. 选择器在变送器与控制器之间
1) 选择器在控制器与调节阀之间 特点： a. 选择信号：控制器输出信号 b. 控制器数量：两个以上 c. 某一时间点有且仅有一个控制器输出信号送达 调节阀
例如： 加热炉炉膛断火， 锅炉供水中断连锁保护等。
注意：硬保护实施后需要由操作人员恢复正常操作。
➢ 软保护： 根据生产操作状态，在达到安全极限时，借助于 选择性控制，按照事先设定的一套异常处理控制 方案，自动改变操作方式，使操作参数迅速返回 正常状态，并能自动切换回正常操作方式的控制 模式
➢ 另外还具有工艺上对其有一定界限限制的变量， 称为极限控制变量。
一般该变量不会经常逼近或超越设定极限，所 以正常工况下不用实施控制。但是，一旦超越极 限，则需要施以严厉的控制，限制其超越极限。
处理手段 ➢ 硬保护：
根据生产操作状态，在处于极度危险状态下，使 用极端手段（连锁保护），自动地将生产全过程 或部分装置硬性停车的保护动作。
A变量控制回路 B变量测量回路 开关及开关信号发生器
开关型选择控制系统构成及应用例 乙烯生产过程回流罐与蒸发器液位控制
开关信号 发生器
L2T
75%
L2C
蒸发器
丙二烯
开关
回流罐
L1T L1C
正极常限状态信号
A变量：回流罐液位 B变量：蒸发器液位 B变量设定极限范围：< 75%
控制方框图
开关信号发生器
（防止脱火）
给水
P2T
燃料
控制要求：防止燃料压力 过低而引起回火现象发生
P3C：开关信号发生器 （防止回火）
选择器 LS：低选器
6.3 选择性控制应用
根据选择器的位置主要有两种应用形式 a. 选择器在控制器与调节阀之间 b. 选择器在变送器与控制器之间
1) 选择器在控制器与调节阀之间 特点： a. 选择信号：控制器输出信号 b. 控制器数量：两个以上 c. 某一时间点有且仅有一个控制器输出信号送达 调节阀
例如： 加热炉炉膛断火， 锅炉供水中断连锁保护等。
注意：硬保护实施后需要由操作人员恢复正常操作。
➢ 软保护： 根据生产操作状态，在达到安全极限时，借助于 选择性控制，按照事先设定的一套异常处理控制 方案，自动改变操作方式，使操作参数迅速返回 正常状态，并能自动切换回正常操作方式的控制 模式
《过程控制系统及应用》课程标准
《过程控制系统及应用》课程标准课程代码：B0703313 B0703413 课程类别：必修课授课系（部）：自动化工程系学分学时：7.5 140学时一、课程定位与作用1．课程性质本课程是工业过程自动化技术专业学生在学习相关专业基础课后开设的一门专业必修课，是将控制理论及其工程应用紧密联系的一门课程，为后续《计算机控制技术》等课程奠定专业基础。
2．课程作用《过程控制系统及应用》是工业过程自动化技术专业的一门重要专业课，是理论与实践联系非常紧密的一门课程。
该课程的内容主要包括两部分：第一部分主要以传递函数为工具，采用时域分析法分析控制系统的一阶、二阶系统的动态响应指标。
第二部分主要介绍化工生产过程常用的单回路控制、串级控制、前馈控制、均匀控制、比值控制、分程控制、选择控制等控制方案的特点、结构、应用场合，以及各种控制方案的实施方法，如：控制规律的选择、PID参数的整定、系统投运方法。
通过本课程的学习，将控制理论和工程实施方法相结合，为学生从事控制系统的设计、调试、投运和维护打下良好的基础。
3. 与其他课程的关系本门课程需用到前期所学《高等数学》、《典型化工生产技术》、《大学物理》等课程的相关知识，同时为后续《计算机控制技术》、《安全仪表系统》、《交流调速系统》等课程的学习打下基础。
二、课程目标通过《过程控制系统及应用》课程的学习，使学生具备化工检测技术和控制系统方面的基本知识，为学习和掌握专业知识和职业技能打下基础。
1．知识目标（1）熟悉传递函数求系统响应的方法（2）掌握典型环节传递函数表达方法（3）掌握使用传递函数分析一阶、二阶系统动态指标的方法（4）掌握时域分析法求一阶、二阶系统动态指标的方法（5）掌握单回路控制方案的特点及方案设计方法（6）掌握串级、前馈、比值、分程、选择性、均匀控制方案的特点及工程实施方法（7）掌握单回路、串级控制方案系统的调试、投运方法（8）掌握单回路、串级控制方案系统的PID参数整定的方法（9）熟悉前馈、比值、分程、选择性、均匀控制系统的系统投运方法2．能力目标（1）能够使用MATLAB编程软件仿真、得到系统的动态响应曲线（2）能够使用时域分析法分析一阶、二阶系统的动态性能（3）能够根据工艺要求选择并实施简单控制、串级控制等系统的控制方案（4）能够选择合适的控制规律并完成PID参数的整定（5）能够完成控制系统的调试、投运（6）能够初步完成简单控制系统的设计3．素质目标（1）培养学生谦虚、好学的能力（2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风（3）培养学生团队协作能力（4）培养学生的质量意识、安全意识、环保意识及良好的职业道德三、课程设计1.设计基本理念以过控人员的工作任务作为切入口，根据工作对象、内容、手段与成果的要求，将基于学科知识系统的课程教学方式转换为基于工作过程的课程教学方式。
过程控制系统课后重点答案
1. 什么是对象特性？为什么研究对象特性?对象的输入变量和输出变量之间的定量关系；它使人们能更深刻的认识自动控制的本质，从而能采取有效措施提高控制质量。
2. 何为对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模型有哪些区别？在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式；前者是在输入变量与输出变量达到平衡状态时建立的数学表达式，后者是在输出变量和状态变量在输入变量影响下建立的数学表达式。
3. 建立对象的数学模型有什么重要意义？1 设计过程控制系统及整定控制参数；2 指导生产工艺及其设备的设计与操作；3 对被控过程进行仿真研究；4 培训运行操作人员；5 工业过程的故障检测与诊断。
4.建立数学模型的方法：机理建模和实验建模5.为什么不同的过程特性与工艺要求需设计不同的控制方案？怎样理解被控过程特性是过程控制系统设计的基础？过程控制系统的过程设计正确与否，直接影响到系统能否正常投入运行，因此要求过程控制设计人员必须根据生产过程的特点，工艺特性和生产操作的规律，正确运用控制理论，设计一个正确合理的控制方案；过程控制系统的设计首先要根据工艺要求和控制目标确定系统变量，进一步根据被控过程特性用恰当的数学关系式，即所谓的数学模型来描述被控过程的变量之间的关系，只有掌握了被控过程的数学模型才能深入的分析过程的特性和选择正确的控制方案。
6.什么叫单回路系统？控制方案设计包括哪些内容？怎样理解方案设计是系统设计的核心？只有一个闭环回路的简单控制系统叫单回路控制系统；过程控制系统设计包括系统的方案设计，工程设计，工程安装和仪表调校，调节器参数整定四个主要内容；控制方案是系统设计得核心，若控制方案不正确，则无论如何选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，无论其安装如何细心，都不可能是系统在工业生产过程中发挥良好的控制作用，甚至系统不能运行。
7.什么是直接参数与间接参数？他们有何关系?选择被控参数应遵循哪些基本原则？直接参数，直接反应生产过程中产品质量和产量又以直接测量的参数间接参数，间接反映产品质量和产量又与直接参数有着单值函数关系，有足够大的测量灵敏度的参数间接参数必须与直接参数有单值函数关系被控参数的选择原则：1）直接参数法2）间接参数法3）被控变量必须具备足够的灵敏度和变化数值4）被控变量的选择必须考虑到工艺过程的合理性，经济性，以及国内外仪表生产的现状。
过程控制总题库填空有答案
过程控制总题库填空有答案一、填空题（本题共计10分，包括3小题，10个填空，每空1分）1．一般一个简单控制系统由（检测/变送）装置、（被控对象）、（调节）器和（执行）机构组成。
2．过程控制系统常用的参数整定方法有：（经验法）、（衰减曲线法）、（稳定边界法/临界比例度法）和（响应曲线法）。
3．在PID调节器中，调节器的Kc越大，表示调节作用（越强），Ti值越大，表示积分作用（减弱），T d 值越大表示微分作用（增强）。
4．常见的过程计算机控制系统分为下列几种典型形式：（操作指导控制系统）、直接数字控制系统、（监督计算机控制系统）、（集散控制系统）和现场总线控制系统。
5．在闭环控制系统中，根据设定值的不同形式，又可分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。
1）定值控制系统特点：设定值是（固定不变）；作用：保证在（扰动）作用下使被控变量始终保持在设定值上。
2）随动控制系统特点：设定值是一个（变化量）；作用：保证在各种条件下系统的输出（及时跟踪设定值变化）。
3）程序控制系统特点：设定值是一个（按一定时间程序变化的时间函数）；作用：保证在各种条件下系统的输出（按规定的程序自动变化）。
6．热电偶温度计的基本组成部分部分是（热电偶）、（测量仪表）、（连接热电偶）和（测量仪表的导线）。
7．串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。
8．定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。
9．1.10． 2.过程的数学模型有两种，非参数模型和参数模型。
p1011．3.过程控制系统通常是指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（酸碱度或氢离子浓度）等这样的一些过程变量的系统。
p412．4.表示过程控制系统控制关系的方框图，两个框之间的带箭头连线表示其相互关系和信号传递方向，但是不表示方框之间的物料关系。