过程控制系统前馈及比值控制

过程控制系统典型类型分析摘要：本文主要介绍过程控制系统的典型控制类型，主要有单闭环控制系统、串级控制系统、前馈控制系统、开环比值控制系统、单闭环比值控制系双闭环比值控制系统。

并对这些控制系统进行分析，说明适用环境与控制类型。

关键词：控制系统自动化过程控制1.单闭环控制系统单闭环控制系统就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较输出与期望值之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。

在单闭环控制系统中既存在由输入到输出的信号前向通道，又存在从输出到输入的反馈通路，两者组成一个闭合的回路。

因此，单闭环控制系统是自动控制系统的主要形式。

单闭环控制系统适合控制变量单一的工艺过程，如室内温度的控制，被控对象为加热器及房间，被控量是室内的温度。

图1 单闭环控制系统方框图如室内温度的控制，被控对象为加热器及房间，被控量是室内的温度2.串级控制系统串级控制系统是由其结构上的特征而得名，它是由主、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。

串级控制系统用于克服被控过程较大的容量滞后、较大的纯滞后，还能抑制变化剧烈且幅度大的扰动与克服被控过程的非线性。

如加热炉出口温度与炉膛温度的控制，被控对象为出口温度对象，被控量是出口温度。

图2 串级控制系统方框图3.前馈控制系统前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰，并对其信号产生适合的控制作用去改变操纵量，使受控变量维持在设定值上。

前馈控制系统只能克服可测不可控的扰动。

如换热器的静态前馈控制，被控对象为换热器，被控量为换热器出口温度。

图3 前馈控制系统及其方框图4.比值控制系统4.1开环比值控制系统当系统处于稳定工作状态时，两物料的流量满足比值关系；当主动量受到干扰而发生变化时，系统通过比值器及设定值按比例去改变控制阀的开度，调节从动量使之与主动量仍保持原有的比例关系；当从动量受到外界干扰波动时，由于是开环控制，没有调节从动量自身波动的环节，也没有调整主动量的环节，故两种物料的比值关系很难保持不变，系统对此无能为力。

过程控制工程考点解析第一章1.什么是过程控制系统？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等这样的一些过程变量的系统。

基本分类方法（1）按过程控制系统的结构特点分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统（2）按给定值信号的特点分为定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统。

2.试说明书中图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。

过程：节流装置到氧气流量调节阀之间的管道设备。

x(t)代表设定值；e(t)表示偏差信号；u(t)表示控制器控制作用信号；q(t)表示调节阀的流量信号；f(t)过程受到的干扰信号；y(t)过程的输出信号；z(t)测量信号3. 在过程控制中，为什么要由系统控制流程图画出其框图。

为了更清楚地表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系,这样也便宜其他人员的理解第二章2-2.什么是过程通道？什么是过程的控制通道和扰动通道？它的数学模型是否相同？问题一：被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道。

问题二：过程的控制通道：控制作用与被控量之间的信号联系。

过程的扰动通道：扰动作用与被控量之间的信号联系。

问题三：他们的数学模型不一样，因为过程通道、控制通道和扰动通道所表示的环节不是同一个。

2-6. 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：（1）列出过程的微分方程组；（2）画出过程的方框图。

（3）求过程的传递函数W0（S）＝H（S）/Q1（S）；答：（1）（2）（3）2-8.略。

2-11.为什么大多数过程控制的数学模型可用一阶、二阶、一阶加滞后和二阶加滞后环节之一来近似描述？有何理论依据？2-24.采用分度号K的热电偶测量炉温为800℃，其冷端温度为0℃求其热电势E( t,t0) ？2-43.数据采集系统的基本组成部分有哪些？它们分别实现哪些功能？数据采集系统由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成。

一文说清串级、比值、前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量六种复杂控制系统导读控制系统一般又可分为简单控制系统和复杂控制系统两大类，所谓复杂，是相对于简单而言的。

凡是多参数，具有两个以上变送器、两个以上调节器或两个以上调节阀组成多回路的自动控制系统，称之为复杂控制系统。

目前常用的复杂控制系统有串级、比值、前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量等，并且随着生产发展的需要和科学技术进步，又陆续出现了许多其他新型的复杂控制系统。

1、串级控制系统串级控制系统是应用最早，效果最好，使用最广泛的一种复杂控制系统，它的特点是两个调节器相串联，主调节器的输出作为副调节器的设定，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。

1、基本概念串级控制系统(Cascade Cont ro1System)是一种常用的复杂控制系统，它根据系统结构命名。

它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，这类控制系统称为串级控制系统。

•主调节器(主控制器)：根据主参数与给定值的偏差而动作，其输出作为副调节器的给定值的调节器。

•副调节器(副控制器)：其给定值由主调节器的输出决定，并根据副参数与给定值(即主调节器输出)的偏差动作。

•主回路(外回路)：断开副调节器的反馈回路后的整个外回路。

•副回路(内回路)：由副参数、副调节器及所包括的一部分对象所组成的闭合回路（随动回路)•主对象(惰性区)：主参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号为副变量，输出信号为主参数(主变量)。

•副对象(导前区)：副参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号为调节量，其输出信号为副参数(副变量)。

2、串级控制系统的特点串级控制系统在结构上增加了一个随动的副回路，因此，与单回路相比有以下几个特点：1.对进入副回路的扰动具有较迅速、较强的克服能力；2.可以改善对象特性，提高工作效率；3.可消除调节阀等非线性特性的影响；4.串级控制系统具有一定的自适应能力3、串级控制系统参数整定和系统投运串级控制系统的投运和简单控制系统一样，要求投运过程保证做到无扰动切换。