对象非线性增益的补偿 张建明 浙江大学智能系统与控制研究所.

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1 对象非线性增益的补偿 张建明 浙江大学智能系统与控制研究所

2 提问1 1、TC21的正反作用？ 2、描述控制过程? 3、PID参数如何整定？ 4、如果燃料油流量波动很大，如何改进控制系统？
介绍带控制点的工艺流程图

3 提问2 相比反馈控制，串级控制更有效抑制干扰，因此在控制方案选择时应首选串级控制？
串级能够有效抑制副回路中的干扰，因此应选择能包含最多干扰的那个变量作为副变量？

4 提问3 串级控制系统的调节阀由原来的口径20mm的气开阀改为口径32mm的气关阀。问： 主、副控制器正反作用要否改变？
副控制器的比例系数要否改变？ 主控制器的比例系数要否改变？

5 提问4 如果工艺介质流量波动很大，如何改进控制系统？ 介绍带控制点的工艺流程图

6 提问5 图示为一个前馈反馈控制系统方框图，试确定前馈控制器的传递函数。

7 提问6 如何实现空气量和燃油量保持一定的比例关系？

8 提问7 控制器正反作用的选择； 选择器(低选器LS或高选器HS)的选择； 如何防积分饱和？ 注意高选器、低选器的符号
选择器的性质只取决于异常工况控制回路 TC“正作用”, LC“反作用” 当液位大于上限值时，LC输出为低信号，选择器应为“低选器”

9 内 容 调节阀的非线性及其补偿 控制通道的非线性及其补偿 pH中和过程的非线性控制

10 气动调节阀的静态特性分析 I/P：电气转换器 u： 控制信号 pc：阀膜头气动压力信号 l： 阀杆位移 f： 阀流通面积 Rc：实际控制流量

11 调节阀的理想流量特性 调节阀理想流量特性：当控制阀两端差压恒定时，通过控制阀的流量和阀杆位移之间的函数关系。
f 为相对流通面积；l 为阀杆相对位移： 线性阀（1）： 等百分比阀或称对数阀（2）： 快开阀（3），抛物线阀（4）

12 控制阀静态特性分析 （以气开阀为例） 假设 线性阀 等百分比阀

13 调节阀实际流量特性分析 阀阻比 S100：调节阀全开时的两端压降与系统总压降之比，即
由于设备和管道上的压力损失与通过的流量成平方关系，当总压一定时，随着阀开度增大，管道流量增加，调节阀上压降将逐渐减小，如上图所示。因此在相同的阀芯位移下，现在的流量要比调节阀上压降保持不变的理想情况小。而且随着阀开度越大，阀上压降所占的比重越小，流量与调节阀上压降保持不变的理想情况时的流量之间的差距越大。 阀阻比 S100：调节阀全开时的两端压降与系统总压降之比，即 14

14 调节阀实际流量特性（续） 线性阀的特性变异 对数阀的特性变异

15 调节阀流量特性总结 线性阀：在理想情况下，调节阀的放大增益Kv与阀门开度无关；而随着管路系统阀阻比的减少，当开度到达50 ~ 70%时，流量已接近其全开时的数值，即Kv随着开度的增大而显著下降。 对数阀：在理想情况下，调节阀的放大增益Kv随着阀门开度的增大而增加；而随着管路系统阀阻比的减少， Kv 渐近于常数。

16 调节阀流量特性的选择 选择原则： 仅当对象特性近似线性而且阀阻比大于 以上（即调节阀两端的压差基本不变），才选择线性阀，如液位控制系统；其他情况大都应选择对数阀。 17

17 对象增益非线性补偿方法 调节阀特性补偿，以使广义对象为近似线性； 串级控制方式，以克服副回路的非线性；
引入比值等中间参数，以主回路广义对象的增益为近似线性； 变增益控制器：通过引入对象增益的反函数以使系统的回路增益为线性； 自适应控制器：根据控制系统的性能自动调整控制器的增益，以使系统的回路增益为近似线性。

18 调节阀特性补偿 补偿方法：通过合理选择调节阀的流量特性，实现广义对象增益的近似线性。

19 换热器出口温度控制系统 对象特性分析 过程稳态模型为： 对象增益：
讨论：由于对象增益存在非线性，当RF变化较大时，TC27的PID参数整定困难（为什么？）。如何通过增益补偿，以减少对象非线性对控制回路的影响？

20 换热器出口温度控制系统 对象特性分析 可写出热平衡方程: 控制通道静态增益:

21 调节阀特性补偿 可写出热平衡方程: 控制通道静态增益: 从静态增益补偿的角度考虑：

22 串级控制的内回路补偿 补偿方法：通过引入串级控制方式，克服副回路中的非线性。 串级控制能克服因PV变化所导致的控制通道的非线性。
可克服因RF变化所引起的非线性吗？为什么？

23 变比值控制实现非线性补偿 讨论： （1）指出温度控制回路所对应的广义对象的输入输出；
（2）为什么说，即使RF发生大范围的变化，TC27所涉及的广义对象是近似线性的？

24 pH中和过程的工艺原理 pH的定义：pH = －lg[H+] 反应方程式： 化学平衡：

25 pH中和过程的控制问题 定义：

26 基本pH控制方案 广义对象特性分析

27 基本pH控制方案的仿真举例 仿真实验过程 pHsp: 6.5↑7.0 （在 60 min时）
F1: 30↓15 L/min （在 110 min时） pH1: 5↓4.5 （在 160 min时） pH2: 11↓ （在 210 min时）

28 pH变比值串级控制方案 优缺点分析

29 pH 变比值串级控制仿真举例 仿真实验过程 pHsp: 6.5↑7.0 （在 60 min时）
F1: 30↓15 L/min （在 110 min时） pH1: 5↓4.5 （在 160 min时） pH2: 11↓ （在 210 min时）

30 非线性增益补偿 直接引入“非线性增益补偿”环节的方法可自由地实现控制系统开环增益的线性化。

31 非线性增益补偿器 问题：如pH设定值不在7.0，控制性能会如何变化 ?
以7为设定值比较好实现（偏差绝对值小于某值取一个增益，否则取另一个增益），设定值不为7实现起来较麻烦 问题：如pH设定值不在7.0，控制性能会如何变化 ?

32 非线性增益pH控制仿真举例 仿真实验过程 pHsp: 6.5↑7.0 （在 60 min时）
F1: 30↓15 L/min （在 110 min时） pH1: 5↓4.5 （在 160 min时） pH2: 11↓ （在 210 min时）

33 基于非线性变换的pH控制方案 基本思想：通过控制中和过程的酸碱离子浓度，来间接控制pH值；而Zm反映了中和管中的碱酸离子浓度差，当基本条件不变时，它与碱液流量 F2 成正比，即广义对象近似线性。

34 基于非线性变换的pH控制仿真 仿真实验过程 pHsp: 6.5↑7.0 （在 60 min时）
F1: 30↓15 L/min （在 110 min时） pH1: 5↓4.5 （在 160 min时） pH2: 11↓ （在 210 min时）

35 对象非线性增益补偿方法 非线性控制阀 串级控制 变比值控制 （控制器）非线性增益的引入 （广义对象）非线性变换环节的引入
对象参数辨识 + 控制器增益调整

36 方案设计讨论1 设计一套控制方案，来控制接触池开始处的氯离子的残余量。
由于接触池中将会发生一系列的反应，氯离子真实残余量并不等于进入接触池的氯离子含量。环保局对氯离子真实残余量很感兴趣。因此，在接触池的出口处安装了第二台分析器。请设计一套控制方案来控制流出物中的氯离子残余量。