中国地质大学（武汉）：《过程控制原理与应用技术》课程教学课件（检测技术与过程控制原理）第七讲 复杂过程控制系统

过程校制原狸与寇用我术 中周她质大学（武议）安剑奇 复杂过程控制系统 >简单反馈控制回路中，增加计算环节，控制环节或其他环节的 控制系统，称为复杂过程控制系统 >从输入输出关系看，该类系统仍属于单输入单输出系统 >在大多数情况下，单回路系统能够满足工艺生产的基本要求 >串级控制，前馈控制，大滞后过程控制等复杂的控制系统是为 适应对系统控制品质高要求而提出的 3

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 复杂过程控制系统  简单反馈控制回路中，增加计算环节，控制环节或其他环节的 控制系统，称为复杂过程控制系统  从输入输出关系看，该类系统仍属于单输入单输出系统  在大多数情况下，单回路系统能够满足工艺生产的基本要求  串级控制，前馈控制，大滞后过程控制等复杂的控制系统是为 适应对系统控制品质高要求而提出的 3

过程校制原狸与寇用我术 中围她质大学（武汉）安剑奇 第7章复杂过程控制系统 7.1 串级控制系统 7.2 前馈控制系统 7.3 大滞后过程控制系统 7.4 比值控制系统 7.5 选择性控制系统 7.6分程控制系统 7.7本章小结 4

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 7.1 串级控制系统 7.2 前馈控制系统 7.3 大滞后过程控制系统 7.4 比值控制系统 7.5 选择性控制系统 7.6 分程控制系统 7.7 本章小结 第7章 复杂过程控制系统 4

过程校制原狸与寇用我术月 中围地质大学（武议）安剑奇 7.1.1串级控制系统的基本原理 >连续反应釜温度控制系统 ·工艺过程 反应釜运转 ·物料自顶部连续进入釜中 设备主要由罐体、夹套、搅拌系统三大部分组成 ·反应产生的热量由夹套中冷却水带走 ·工艺要求对反应温度进行严格控制 ·被控过程有三个热容器 m ·夹套中的冷却水（油） ·釜壁 加热座 口出口 ·釜中物料 5

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 7.1.1 串级控制系统的基本原理  连续反应釜温度控制系统  工艺过程 • 物料自顶部连续进入釜中 • 反应产生的热量由夹套中冷却水带走 • 工艺要求对反应温度进行严格控制  被控过程有三个热容器 • 夹套中的冷却水（油） • 釜壁 • 釜中物料 5

过程校制原狸与寇用我术月 中周她质大学（武议）安剑奇 7.1.1串级控制系统的基本原理 被控量：反应温度 控制量：冷却水流量 执行机构：调节阀 进料(F) 反应温度T干扰因素 TT ·进料流量、进料温度及成分(F) 水 T ·冷却水的入口温度和阀前压力(F2) 冷却水(F2) 夹套 出料 6

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 7.1.1 串级控制系统的基本原理 TT TC 出料 进料（F1） 水 夹套 Tr 冷却水（F2） T1  反应温度T1干扰因素 • 进料流量、进料温度及成分(F1) • 冷却水的入口温度和阀前压力(F2) 6  被控量：反应温度  控制量：冷却水流量  执行机构：调节阀

过程校制原狸与寇用我术) 中周她质大学（武议）安剑奇 7.1.1串级控制系统的基本原理 >连续反应釜单回路温度控制系统框图 控制器 执行器 夹套 釜壁 釜 温度检测变送单元 >单回路温度控制系统的缺点 ▣ 从干扰引起温度T下降到调节阀动作使温度升高需要经过三个热容过程 ▣ 控制通道的时间常数和容量滞后较大 ▣ 最终会使T,因调解不及时而出现较大的偏差 7

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇  连续反应釜单回路温度控制系统框图  单回路温度控制系统的缺点  从干扰引起温度T1下降到调节阀动作使温度升高需要经过三个热容过程  控制通道的时间常数和容量滞后较大  最终会使T1因调解不及时而出现较大的偏差 7.1.1 串级控制系统的基本原理 控制器 执行器 夹套 釜壁 釜 温度检测变送单元 Tr F2 F1 T1 - 7

过程校制原狸与寇用我术月 中围地质大学（武议）安剑奇 7.1.1串级控制系统的基本原理 解决的关键 口如何在干扰出现后及时产生控制作用，如图可见，来自冷却水的干 扰F,会使夹套温度很快发生变化，如何抑制F,对反应温度T的干扰？ 口如果能及时检测夹套T,的变化并加以控制，就可以使调节阀尽早动作 F T 控制器 执行器 夹套 釜壁 釜 温度检测变送单元 9

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇  解决的关键  如何在干扰出现后及时产生控制作用，如图可见，来自冷却水的干 扰F2会使夹套温度很快发生变化，如何抑制F2对反应温度T1的干扰？  如果能及时检测夹套T2的变化并加以控制，就可以使调节阀尽早动作 控制器 执行器 夹套 釜壁 釜 温度检测变送单元 Tr F2 F1 T1 - 7.1.1 串级控制系统的基本原理 9

过程校制原狸与寇用我术月 中周她质大学（武改）安剑奇 7.1.1串级控制系统的基本原理 >连续反应釜串级控制系统 口控制器T,C通过稳定夹套温度来及时抑制F,对反应温度T影响 口但控制器T,C不能克服F对反应温度T影响 ▣适当改变T,C设定值T2, 确保夹套温度使T稳定在工艺所要求的数值上 进料(F) 水 冷却水(F2) 夹套 出料 10

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇  连续反应釜串级控制系统 7.1.1 串级控制系统的基本原理 T1T T1C 出料 进料（F1） 水 夹套 Tr1 冷却水（F2） T1 T2T T2C Tr2 T2  控制器T2C通过稳定夹套温度来及时抑制F2对反应温度T1影响  但控制器T2C不能克服F1对反应温度T1影响  适当改变T2C设定值T2r，确保夹套温度使T1稳定在工艺所要求的数值上 10

过程校制原狸与寇用我术月 中图她质大常（武议）安剑奇 7.1.2串级控制系统特点与分析 >串级控制系统的框图 F 主控制器 副控制器 执行器 夹套 釜壁 釜 副温度检测变送单元 主温度检测变送单元 将两个（或多个)控制器串联在一起，一个控制器的输出作 为另一个控制器的设定值，各自完成不同任务的系统结构， 称为串级控制系统

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇  串级控制系统的框图 主控制器 执行器 夹套 釜壁 釜 主温度检测变送单元 Tr1 F2 F1 T1 副温度检测变送单元 - 副控制器 - Tr2 T2 7.1.2 串级控制系统特点与分析 11 将两个（或多个）控制器串联在一起，一个控制器的输出作 为另一个控制器的设定值，各自完成不同任务的系统结构， 称为串级控制系统

过程校制原狸与寇用我术月 中图她质大学（武议）安剑寄 7.1.2串级控制系统特点与分析 >串级控制系统的框图 F 主控制器 副控制器 执行器 夹套 釜壁 釜 副温度检测变送单元 主温度检测变送单元 >分析： 反应温度与夹套温度构成串级控制系统，反应温度为主被控量，夹套 温度为副被控量 ▣反应温度控制的输出作为夹套温度控制的设定值 口干扰F,由副控制器克服、干扰F由主控制器克服 12

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇  分析：  反应温度与夹套温度构成串级控制系统，反应温度为主被控量，夹套 温度为副被控量  反应温度控制的输出作为夹套温度控制的设定值  干扰F2由副控制器克服、干扰F1由主控制器克服 7.1.2 串级控制系统特点与分析 12  串级控制系统的框图 主控制器 执行器 夹套 釜壁 釜 主温度检测变送单元 Tr1 F2 F1 T1 副温度检测变送单元 - 副控制器 - Tr2 T2

过程校制原狸与寇用我术月 中周她质大学（武议）安剑奇 7.1.2串级控制系统特点与分析 >串级控制系统的一般框图 1F2(S) F1(s) R(s) E1(S) R(s) E2(S） U(s) O(s) Y(s) Yi(s) Gel(s) G2(s) G(s) G02(s) Gor(s) Z2(s) Gm2(s) Zi(s) GmI(s) >特点： 口串级控制系统增加一个检测变送单元和一个控制器，形成两个闭环 ·里面的闭环称为副环（或副回路），它是一个随动系统 ·外面的闭环称为主环（或主回路），它是一个定值控制系统 13

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 7.1.2 串级控制系统特点与分析  串级控制系统的一般框图  特点：  串级控制系统增加一个检测变送单元和一个控制器，形成两个闭环 • 里面的闭环称为副环（或副回路），它是一个随动系统 • 外面的闭环称为主环（或主回路），它是一个定值控制系统 Gc1(s) Gv(s) G02(s) G01(s) Gm1(s) R1(s) F2(s) Gm2(s) - Gc2(s) - E1(s) R2(s) E2 U(s) Q(s) (s) Y2(s) F1(s) Y1(s) Z1(s) Z2(s) 13