控制系统设计举例 张建明 浙江大学控制科学与工程学院.

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1 控制系统设计举例 张建明 浙江大学控制科学与工程学院

2 多回路PID控制方案总结 为改善被控变量CV的动态性能 (1) 串级控制 (2) 前馈反馈控制 (3) 变比值控制
为满足工艺过程提出的特殊需要 (1) （液位与流量）均匀控制 (2) （两流量之间的）比值控制 (3) （两被控变量之间的）超驰控制或选择控制 (4) （两控制阀之间的）分程控制 (5) （主回路的）阀位控制

3 提问1 反作用控制器 如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量?

4 贮罐气封分程动作过程 如何避免两调节阀的频繁开闭以减少N2用量? 1、控制阀引入不灵敏区。 2、同时，控制器引入调节死区

5 提问2 对主参数的控制具有良好的动态品质。 通过设定Vsp可实现节能。 1、假设VA为气关阀， VB为气开阀，确定控制器的正反作用？
2、系统如何工作？ 3、该方案与分程控制、串级控制有何不同？ 两调节阀同时动作 1、温度控制器TC21和旁路阀VA构成的主回路； 2、将VA的阀位信号作为被控变量，由阀位控制器VPC21和VB 阀构成次控制回路。 对主参数的控制具有良好的动态品质。 通过设定Vsp可实现节能。

6 主要内容 反应器温度控制问题 锅炉燃烧控制问题

7 反应器温度控制问题 放热反应为 A+B→C。试改进现有的单回路控制方案。 具体的控制目标包括： (1) FB /FA = R
(2) 冷却水温度波动较大时，如何改善TC17的控制性能？ (3) 当冷却水系统的冷量不足时，如何控制TT17不超温

8 进料的比值控制方案1 进料A的控制回路如果切换到手动会怎样？ 进料A的控制回路如果切换到手动会怎样？

9 进料的比值控制方案2

10 反应器温度控制问题 具体的控制目标包括： (1) FB /FA = R (2) 冷却水温度波动较大时，如何改善TC17的控制性能？
(3) 当冷却水系统的冷量不足时，如何控制TT17不超温

11 反应器温度控制的改进

12 反应器温度 串级控制方案#2

13 反应器温度的前馈反馈控制

14 反应器温度串级控制#1

15 反应器温度串级控制#2

16 反应器温度控制问题 具体的控制目标包括： (1) FB /FA = R (2) 冷却水温度波动较大时，如何改善TC17的控制性能？
(3) 当冷却水系统的冷量不足时，如何控制TT17不超温？

17 对于控制问题（3）的分析 若冷却系统未能提供足够的冷量，此时该如何控制反应温度 TT17 ？
(1) 控制系统如何能发现现有的冷却系统未能提供足够的冷量？ (2) 在这种异常工况下，如何能避免反应器温度的进一步上升？

18 反应器温度串级控制方案 控制系统如何能发现现有的冷却系统未能提供足够的冷量？

19 选择控制方案#1 FC15手动？ 如果FC15手动会怎样？

20 选择控制方案 #2

21 锅炉燃烧控制问题 问题： 1、蒸汽压力控制 2、空气/燃料流量比值控制 3、空气/燃料比值稳态时基本不变，动态时空气富裕

22 锅炉空燃比控制方案 #1 方案特点： 并行位置控制，手动调节空燃比值 存在什么问题？ 不能实现严格的比值，要求1不能实际满足

23 锅炉空燃比控制方案 #2 方案特点： 并行控制，手动调节空燃比值 存在什么问题？ 要求3不能满足

24 锅炉空燃比控制方案 #3 方案特点： 外比值控制，手动调节空燃比值 要求3部分满足

25 锅炉空燃比控制方案 #4 方案特点： 内比值控制，手动调节空燃比值 要求3部分满足

26 空燃比控制方案对比 要求3部分满足 有什么区别？

27 锅炉空燃比控制方案 #5 双交叉控制 手动调节空燃比值 分析其工作原理 （1）KFA如何设定 （2）稳态条件
（3）蒸汽用量增加或减少时，控制系统的响应过程

28 锅炉空燃比控制方案 #6 带有O2调节的双交叉控制

29 控制系统设计与实施步骤 了解被控过程的工艺原理与操作目标 确定控制目标 寻找合适且经济的测量仪表与操作变量
设计基本的控制方案（从简单到复杂） 构造简单的仿真模型，并对设计的控制系统进行评价 测量仪表、控制仪表或装置的选购 控制系统的现场实施，包括系统联调、PID参数整定、系统评估与完善等