哈工大过程控制课件第六章.ppt

第六章第六章 利用补偿原理利用补偿原理提高系统的控制品质提高系统的控制品质6-1 概述概述6-2 前馈控制系统前馈控制系统6-3 大迟延系统大迟延系统6-4 非线性增益补偿系统非线性增益补偿系统 6-2 6-2 前馈控制系统前馈控制系统（FeedforwardFeedforward Control System Control System）一、一、基本概念基本概念二、二、静态前馈静态前馈三、三、动态前馈动态前馈四、四、前馈前馈反馈控制系统反馈控制系统五、五、多变量前馈控制系统多变量前馈控制系统六、六、比例滞后控制系统比例滞后控制系统七、七、工程实现问题工程实现问题6-3 大迟延系统大迟延系统一、一、概述概述二、二、采用补偿原理克服大迟延的影响采用补偿原理克服大迟延的影响三、三、史密斯预估器的几种改进方案史密斯预估器的几种改进方案四、四、其他时滞补偿控制系统其他时滞补偿控制系统 （一）（一）观测补偿控制观测补偿控制 （二）预估校正控制系统（二）预估校正控制系统五、五、非线性增益补偿系统非线性增益补偿系统6-1 概述概述例：换热器出口温度的反馈控制系统例：换热器出口温度的反馈控制系统原料进料量变化（扰动）原料进料量变化（扰动）温度变化温度变化形成偏差形成偏差调节作用改变调节作用改变调节阀开度改变调节阀开度改变加热量变换加热量变换温度恢复温度恢复 反馈控制按偏差调节，是闭反馈控制按偏差调节，是闭环控制，可克服多种不同干扰，环控制，可克服多种不同干扰，常用控制规律常用控制规律PID，调节不及时。，调节不及时。6-1 概述概述例：换热器出口温度的前馈控制系统例：换热器出口温度的前馈控制系统进料量进料量变化变化温度变化温度变化温度不变温度不变调节作调节作用改变用改变阀开度阀开度改变改变 前馈控制按扰动调节，是开前馈控制按扰动调节，是开环控制，知能克服一种干扰，用环控制，知能克服一种干扰，用前馈控制规律，调节及时。前馈控制规律，调节及时。温度温度反向反向变化变化扰动通道扰动通道前馈通道前馈通道有偏差才控制有偏差才控制不能事先规定调节器的输出不能事先规定调节器的输出反馈控制的缺点：反馈控制的缺点：设计控制器设计控制器Gf(s)，使使则则D的变化与的变化与Y无关。无关。不变性原理：不变性原理：不变性原理：不变性原理：被调量与扰动量绝对无关或在一被调量与扰动量绝对无关或在一定准确度下无关。定准确度下无关。工程实际中几种不变性工程实际中几种不变性（1）绝对不变性：）绝对不变性：（2）误差不变性：）误差不变性：（3）稳态不变性：）稳态不变性：（4）选择不变性：对主要扰动不变性）选择不变性：对主要扰动不变性被控对象中的存在内部扰动（调节量）和外部扰动被控对象中的存在内部扰动（调节量）和外部扰动例汽包水位控制例汽包水位控制当当Gff(s)G0(s)=-Gd(s)时时蒸汽扰动对水位的影响消除蒸汽扰动对水位的影响消除把把Gff(s)称为前馈控制器称为前馈控制器一、基本概念一、基本概念Gc1(s)Gp(s)-rHDwGd(s)+KvGc2(s)Gff(s)-定义：基于不变性原理的控制称为前馈控制。是定义：基于不变性原理的控制称为前馈控制。是一种按扰动进行补偿的开环控制，不影响控制系一种按扰动进行补偿的开环控制，不影响控制系统的稳定性。统的稳定性。由不变性原理得由不变性原理得则前馈调节器算法为则前馈调节器算法为对对 象象前前 馈馈 控控 制制 器器uD1 Di Dny前馈控制系统前馈控制系统前馈控制分静态和动态前馈两类。前馈控制分静态和动态前馈两类。二、二、静态前馈静态前馈定义：保证在系统稳态下补偿扰动作用的前馈定义：保证在系统稳态下补偿扰动作用的前馈称为静态前馈。即基于稳态不变性原理称为静态前馈。即基于稳态不变性原理设前馈广义对象传函为设前馈广义对象传函为扰动通道传函为扰动通道传函为前馈调节器传函为前馈调节器传函为前馈控制器的设计可按简单情况和复杂情况进行。前馈控制器的设计可按简单情况和复杂情况进行。（1）简单情况：）简单情况：若已知若已知静态前馈控制器为：静态前馈控制器为：例如：列管换热器控制例如：列管换热器控制换热器热平衡方程为：换热器热平衡方程为：为定压比热容为定压比热容为汽化潜热为汽化潜热前馈控制的目的为：前馈控制的目的为：常数常数（2）复杂情况：）复杂情况：按过程的物质或能量平衡方程计算补偿校正值。按过程的物质或能量平衡方程计算补偿校正值。静态前馈控制器静态前馈控制器方法二方法二换热器热平衡方程为：换热器热平衡方程为：则从静态考虑只画出静态则从静态考虑只画出静态放大系数即可，可求出放大系数即可，可求出则可求出静态前馈放大系数为则可求出静态前馈放大系数为前馈控制装置中静态前馈增益的整定前馈控制装置中静态前馈增益的整定方法一方法一 测得广义对象的控制通道和扰动通道的放大系数测得广义对象的控制通道和扰动通道的放大系数 根据定义计算出静态前馈当大系数，并实施根据定义计算出静态前馈当大系数，并实施方法二方法二 线不接入反馈，扰动变化一个阶跃量线不接入反馈，扰动变化一个阶跃量F PI反馈控制使测量值恢复到原稳态值反馈控制使测量值恢复到原稳态值 得反馈调节器的输出变化量为得反馈调节器的输出变化量为u 则静态前馈放大系数为则静态前馈放大系数为三、三、动态前馈动态前馈静态前馈静态前馈kFF动态前馈动态前馈GFF(s)扰动通道传函为扰动通道传函为前馈调节器传函为前馈调节器传函为设前馈广义对象传函为设前馈广义对象传函为扰动扰动D扰动输出扰动输出调节输出调节输出系统输出系统输出动态前馈要动态前馈要消除的面积消除的面积动态前馈产动态前馈产生的面积生的面积动态前馈动态前馈GFF(s)的图示说明：的图示说明：静态前馈控制静态前馈控制KFFGp(s)GF(s)D+Y动态前馈控制器（补偿器）动态前馈控制器（补偿器）讨论：讨论：（1）T0=TF，则则若若动态前馈为纯迟延可实现；动态前馈为纯迟延可实现；若若动态前馈为纯提前不可实现。动态前馈为纯提前不可实现。扰扰动动D结论：选择调节通道时应选择迟结论：选择调节通道时应选择迟延短的和时间常数小的通道。延短的和时间常数小的通道。GFF(s)G0(s)GF(s)YDT0TF前馈控制器呈现前馈控制器呈现超前超前特性特性T00.3控制难度大：超调量大，调节时间长控制难度大：超调量大，调节时间长（一）时滞对控制质量的影响（一）时滞对控制质量的影响1.时滞时滞 对系统稳定性的影响对系统稳定性的影响 增加频率特性改变稳定性变差增加频率特性改变稳定性变差 增加剪切频率下降，低频干扰会使系统不稳定；增加剪切频率下降，低频干扰会使系统不稳定；增加临界放大倍数下降，调节器增益下调，品质增加临界放大倍数下降，调节器增益下调，品质变差；变差；6-3 大迟延系统大迟延系统2.时滞时滞 对动态指标的影响对动态指标的影响 的存在使得调节器的输出不能及时改变；的存在使得调节器的输出不能及时改变；简单解决办法：微分先行、中间反馈、滞后补偿等简单解决办法：微分先行、中间反馈、滞后补偿等 的存在使开环系统相位滞后增加，动态特性变的存在使开环系统相位滞后增加，动态特性变差，超调量增加，调节时间加长，衰减率下降差，超调量增加，调节时间加长，衰减率下降有时滞的系统输出有时滞的系统输出有时滞时的调节器输出有时滞时的调节器输出无时滞的系统输出无时滞的系统输出无时滞时的调节器输出无时滞时的调节器输出两种控制方式下对扰动的响应相同。两种控制方式下对扰动的响应相同。（二）微分先行（二）微分先行 将将PD移至反馈通道，对输出进行微分，则反馈量移至反馈通道，对输出进行微分，则反馈量不再是被调量，而是输出经比例微分运算后的值。不再是被调量，而是输出经比例微分运算后的值。两种控制方两种控制方式下对给定式下对给定的响应不同。的响应不同。则在低频段静态增益相同，稳态精度相同；则在低频段静态增益相同，稳态精度相同；较较PID控制下少了一个零点，二者频率特性之比为控制下少了一个零点，二者频率特性之比为 对任意频率，有对任意频率，有PID的增益大的增益大于微分先行的，故动态偏差大，于微分先行的，故动态偏差大，超调量大，由此看出微分现象可超调量大，由此看出微分现象可有效的减少给定变化下的超调。有效的减少给定变化下的超调。PID先行先行（三）中间反馈（三）中间反馈稳态时稳态时dc/dt=0，只有，只有PI输出输出从动态特性比较分子相同，分母不同，中间反馈从动态特性比较分子相同，分母不同，中间反馈TDs的引入使得系统的极点距离虚轴远、实轴近。的引入使得系统的极点距离虚轴远、实轴近。当当较较小小时时，可近似，可近似为为 解得相应的极点分别为解得相应的极点分别为若已知广义对象为若已知广义对象为若已知广义对象为若已知广义对象为某大迟延对象不同控制方案仿真结果某大迟延对象不同控制方案仿真结果方案方案PID微分先行微分先行中间反馈中间反馈超调量超调量调节时间调节时间0.2890.1620.13325min28min21min二、二、采用补偿原理克服大迟延的影响采用补偿原理克服大迟延的影响 加补偿器预估对象的模型，产生超前的作用，使加补偿器预估对象的模型，产生超前的作用，使调节器提前动作，减小大滞后对系统的影响。调节器提前动作，减小大滞后对系统的影响。整理得史密斯预估器为：整理得史密斯预估器为：实现纯滞后的完全补偿实现纯滞后的完全补偿补偿后的闭环系统补偿后的闭环系统 则等效的带纯滞后补偿器的调节器传递函数为则等效的带纯滞后补偿器的调节器传递函数为 给定值变化给定值变化RPID控制输出控制输出史密斯预估控制输出史密斯预估控制输出Gsc(s)rctdct 特征方程不含纯迟延项，因此消除了纯迟延对系特征方程不含纯迟延项，因此消除了纯迟延对系统固有特性的影响。但对负荷扰动的改善作用不大。统固有特性的影响。但对负荷扰动的改善作用不大。负荷扰动负荷扰动DPID控制输出控制输出史密斯预估控制输出史密斯预估控制输出 史密斯预估控制对定值扰动有很好的控制效果，对史密斯预估控制对定值扰动有很好的控制效果，对其他扰动控制效果变差，且当预估器模型不准确时，控其他扰动控制效果变差，且当预估器模型不准确时，控制效果也变差。制效果也变差。三、史密斯预估器的几种改进方案三、史密斯预估器的几种改进方案完全抗干扰的带史密斯补完全抗干扰的带史密斯补偿器的控制器传函为偿器的控制器传函为（一）（一）完全抗干扰的史密斯补偿器完全抗干扰的史密斯补偿器可得：可得：若满足：若满足：则有：则有：则可得增加的补偿器传函为：则可得增加的补偿器传函为：则闭环传函为：则闭环传函为：由此可见该补偿装置不仅对干扰完全补偿，由此可见该补偿装置不仅对干扰完全补偿，而且对给定值实现了理想的跟踪。而且对给定值实现了理想的跟踪。（二）内膜控制（二）内膜控制(Internal Model Control，简称IMC)过程模型为过程模型为GM(s)，内膜控制器为，内膜控制器为理想的内膜控制器可根据模型与过程完全匹配得到。理想的内膜控制器可根据模型与过程完全匹配得到。若过程为若过程为模型为模型为则有则有且可物理实现，则过程和模型一致时，则且可物理实现，则过程和模型一致时，则不仅能够不仅能够消除扰动对系统输出的影响，且能保证无差。消除扰动对系统输出的影响，且能保证无差。1.对偶稳定性对偶稳定性史密斯预估控制是一个特例。史密斯预估控制是一个特例。内膜控制特点：把对象数学模型引入控制回路中内膜控制特点：把对象数学模型引入控制回路中若若Gm=Go，则简化为，则简化为 内膜控制稳定的充要条件是闭环特征根在单位圆内内膜控制稳定的充要条件是闭环特征根在单位圆内 当当G0稳定，当稳定，当Gc稳定，则内幕控制系统稳定稳定，则内幕控制系统稳定称为内模控制系统的对偶稳定性称为内模控制系统的对偶稳定性 当当G0 Gc中有一个不中有一个不稳定，则内幕控制系统稳定稳定，则内幕控制系统稳定2.理想控制器理想控制器 当当GM=Gp，当，当GM逆可求且可实现逆可求且可实现，则可设计，则可设计此时此时，Y(s)=R(s)，即干扰，即干扰D(s)不影响不影响Y(s)内模控制在模型匹配，控制器是模型的逆时，是内模控制在模型匹配，控制器是模型的逆时，是理想控制器理想控制器3.无余差无余差且系统稳定则阶跃输入下输出无差。且系统稳定则阶跃输入下输出无差。如果如果GF(s)且闭环稳定，则定常干扰下输出无差。且闭环稳定，则定常干扰下输出无差。R.F.Giles 和和T.M.Bartley在在1977年年提出：在提出：在Smith预估补预估补偿控制系统中，用乘法偿控制系统中，用乘法器代替加法器，除法器器代替加法器，除法器代替减法器，并增加一代替减法器，并增加一个微分器，则得到自适个微分器，则得到自适应预估补偿控制系统应预估补偿控制系统（三）增益自适应补偿控制（三）增益自适应补偿控制1.增益自适应补偿原理增益自适应补偿原理2.增益自适应补偿控制系统分析增益自适应补偿控制系统分析因因则则从而可求得从而可求得系统闭环传函为系统闭环传函为若取若取则有则有3.增益自适应补偿控制增益自适应补偿控制特点：特点：引入乘法器和除法器使系统呈非线性，即某一负荷引入乘法器和除法器使系统呈非线性，即某一负荷下系统运行稳定，在另一负荷下系统可能不稳定；下系统运行稳定，在另一负荷下系统可能不稳定；当模型匹配时，系统闭环特征方程中不含时滞项，当模型匹配时，系统闭环特征方程中不含时滞项，但开环增加了一个零点，系统稳定性有所提高。但开环增加了一个零点，系统稳定性有所提高。Smith预估补偿控制实施时注意的问题预估补偿控制实施时注意的问题 被控被控对象象模型求取：参见建模模型求取：参见建模 时滞的实现：时滞的实现：仪表实现：用仪表实现：用Pade近似公式近似公式 计算机实现：用内存单元移位计算机实现：用内存单元移位一阶一阶：二阶二阶：参数的整定：即带补偿器的控制器模型参数参数的整定：即带补偿器的控制器模型参数的整定，与对象参数匹配。的整定，与对象参数匹配。（一）观测补偿控制（一）观测补偿控制四、四、其他时滞补偿控制系统其他时滞补偿控制系统1.工作原理工作原理 J.E.Marshall和和L.D.Durbin等在等在19751981年提出：年提出：通过观测补偿器预估系统的输出，使系统的闭环特征通过观测补偿器预估系统的输出，使系统的闭环特征方程同无时滞时系统的闭环特征方程相同。方程同无时滞时系统的闭环特征方程相同。2.观测补偿控制系统观测补偿控制系统分析分析则闭环特征方程为则闭环特征方程为，即不含时滞项。，即不含时滞项。如取如取GM(s)=G0(s)，则系统与，则系统与Smith预估补偿系统相预估补偿系统相同。同。3.工程实施注意问题工程实施注意问题 观测补偿器观测补偿器GM(s)一般采用比例或一阶环节，且一般采用比例或一阶环节，且KM=K0 Gc1(s)和和Gc2(s)一般采用比例积分，且一般采用比例积分，且Gc1(s)以以GM(s)为对象整定，为对象整定，Gc2(s)的比例度和积分时间取的比例度和积分时间取大些。大些。（二）预估校正控制系统（二）预估校正控制系统1.工作原理工作原理 2.观测补偿控制系统观测补偿控制系统分析分析 预估调节器预估系统的稳态输入，校正调节器对预估调节器预估系统的稳态输入，校正调节器对稳态输入进行微调，使等效特征方程与时滞无关。稳态输入进行微调，使等效特征方程与时滞无关。则闭环特征方程为则闭环特征方程为，即不含时滞项。，即不含时滞项。如取如取GM(s)=G0(s)，则系统与，则系统与Smith预估补偿系统相预估补偿系统相同。同。3.工程实施注意问题工程实施注意问题 观测补偿器观测补偿器GM(s)一般采用比例或一阶环节，且一般采用比例或一阶环节，且KM=K0 Gc1(s)和和Gc2(s)一般采用比例积分，且一般采用比例积分，且Gc1(s)以以GM(s)为对象整定，为对象整定，Gc2(s)的比例度和积分时间取的比例度和积分时间取大些。大些。6-4 非线性系统非线性系统 非线性控制系统是包含非线性特性的空中系统。非线性控制系统是包含非线性特性的空中系统。采用非线性控制系统的目的采用非线性控制系统的目的 被控对象本身具有非线性特性，设计控制系统的目的被控对象本身具有非线性特性，设计控制系统的目的是用非线性的器件补偿调节系统中的非线性特性，使是用非线性的器件补偿调节系统中的非线性特性，使开环系统的总特性呈现线性或近似线性的特性以满足开环系统的总特性呈现线性或近似线性的特性以满足稳定运行准则。稳定运行准则。控制系控制系统中采用非中采用非线性控制性控制规律，使控制系律，使控制系统变得得简单或或满足一定的控制要求。足一定的控制要求。（一）补偿被控对象的非线性（一）补偿被控对象的非线性（一）补偿被控对象的非线性（一）补偿被控对象的非线性控制方法控制方法控制方法控制方法 当对象的非线性不严重、负荷变化较小时，对象可当对象的非线性不严重、负荷变化较小时，对象可近似为线性对象，采用线性控制规律组成控制系统。近似为线性对象，采用线性控制规律组成控制系统。对象的非线性可通过调节阀的非线性补偿时，采用对象的非线性可通过调节阀的非线性补偿时，采用调节阀的非线性流量特性补偿。调节阀的非线性流量特性补偿。对象的非线性不能通过调节阀的非线性补偿时，采对象的非线性不能通过调节阀的非线性补偿时，采用非线性调节规律补偿。用非线性调节规律补偿。非线性调节规律可在非线性调节器中实现。非线性调节规律可在非线性调节器中实现。在职能阀门定位器中实现非线性调节。在职能阀门定位器中实现非线性调节。在在DCS或计算机控制装置中实现非线性调节。或计算机控制装置中实现非线性调节。（1 1）阀门非线性）阀门非线性）阀门非线性）阀门非线性的补偿控制方法的补偿控制方法的补偿控制方法的补偿控制方法 采用采用采用采用阀门非线性阀门非线性阀门非线性阀门非线性可以补偿大多数具有类似饱和非可以补偿大多数具有类似饱和非可以补偿大多数具有类似饱和非可以补偿大多数具有类似饱和非线性特性的被控对象的非线性的补偿控制方法线性特性的被控对象的非线性的补偿控制方法线性特性的被控对象的非线性的补偿控制方法线性特性的被控对象的非线性的补偿控制方法 少数可利用少数可利用少数可利用少数可利用阀门快开特性阀门快开特性阀门快开特性阀门快开特性补偿对象的非线性补偿对象的非线性补偿对象的非线性补偿对象的非线性 选择选择选择选择阀门流量特性的目的是用调节阀的增益来补阀门流量特性的目的是用调节阀的增益来补阀门流量特性的目的是用调节阀的增益来补阀门流量特性的目的是用调节阀的增益来补偿对象增益的变化造成的开环增益的变化偿对象增益的变化造成的开环增益的变化偿对象增益的变化造成的开环增益的变化偿对象增益的变化造成的开环增益的变化 补偿原理：控制系统在扰动或给定值变化时，系补偿原理：控制系统在扰动或给定值变化时，系补偿原理：控制系统在扰动或给定值变化时，系补偿原理：控制系统在扰动或给定值变化时，系统开环增益之积保持恒定。统开环增益之积保持恒定。统开环增益之积保持恒定。统开环增益之积保持恒定。（2 2）非线性控制规律非线性控制规律非线性控制规律非线性控制规律1.1.采用采用采用采用ShinskeyShinskey提出的三段非线性控制规律提出的三段非线性控制规律提出的三段非线性控制规律提出的三段非线性控制规律2.2.可用非线性控制规律实现可用非线性控制规律实现可用非线性控制规律实现可用非线性控制规律实现广义非线性广义非线性广义非线性广义非线性PIDPID控制规律可用控制规律可用控制规律可用控制规律可用3.3.智能阀门定位器采用在设定值通道中设置非性环智能阀门定位器采用在设定值通道中设置非性环智能阀门定位器采用在设定值通道中设置非性环智能阀门定位器采用在设定值通道中设置非性环节的方法（多折线）实现复杂的非线性控制。节的方法（多折线）实现复杂的非线性控制。节的方法（多折线）实现复杂的非线性控制。节的方法（多折线）实现复杂的非线性控制。4.DCS4.DCS或计算机控制装置实现非线性，例如神经网或计算机控制装置实现非线性，例如神经网或计算机控制装置实现非线性，例如神经网或计算机控制装置实现非线性，例如神经网络可以实现任意非线性。络可以实现任意非线性。络可以实现任意非线性。络可以实现任意非线性。（3 3）采用串级控制系统补偿副回路的非线性采用串级控制系统补偿副回路的非线性采用串级控制系统补偿副回路的非线性采用串级控制系统补偿副回路的非线性 若非线性环节位于串级系统的副回路前向通道内，若非线性环节位于串级系统的副回路前向通道内，若非线性环节位于串级系统的副回路前向通道内，若非线性环节位于串级系统的副回路前向通道内，则可通过副回路的补偿校正作用补偿，使副回路近似则可通过副回路的补偿校正作用补偿，使副回路近似则可通过副回路的补偿校正作用补偿，使副回路近似则可通过副回路的补偿校正作用补偿，使副回路近似为为为为1:11:1环节。环节。环节。环节。例如：醋酸乙烯反应器温度串级控制系统。例如：醋酸乙烯反应器温度串级控制系统。例如：醋酸乙烯反应器温度串级控制系统。例如：醋酸乙烯反应器温度串级控制系统。换热器随负荷变化有明显换热器随负荷变化有明显换热器随负荷变化有明显换热器随负荷变化有明显的非线性饱和特性，以两个换的非线性饱和特性，以两个换的非线性饱和特性，以两个换的非线性饱和特性，以两个换热器作为串级空中系统的副被热器作为串级空中系统的副被热器作为串级空中系统的副被热器作为串级空中系统的副被控对象，则副对象的非线性包控对象，则副对象的非线性包控对象，则副对象的非线性包控对象，则副对象的非线性包含在内回路，组成的串级系统含在内回路，组成的串级系统含在内回路，组成的串级系统含在内回路，组成的串级系统有较好的控制特性。有较好的控制特性。有较好的控制特性。有较好的控制特性。（二）（二）（二）（二）位式控制位式控制位式控制位式控制当控制要求不高时，采用位式调节。当控制要求不高时，采用位式调节。当控制要求不高时，采用位式调节。当控制要求不高时，采用位式调节。继电特性继电特性继电特性继电特性带死区的继电特性带死区的继电特性带死区的继电特性带死区的继电特性位式调节的输出是不连续的位式信号。位式调节的输出是不连续的位式信号。位式调节的输出是不连续的位式信号。位式调节的输出是不连续的位式信号。两位式调节：输出调节信号仅有两种取值。两位式调节：输出调节信号仅有两种取值。两位式调节：输出调节信号仅有两种取值。两位式调节：输出调节信号仅有两种取值。三位式调节：输出调节信号仅有三种不连续取值。三位式调节：输出调节信号仅有三种不连续取值。三位式调节：输出调节信号仅有三种不连续取值。三位式调节：输出调节信号仅有三种不连续取值。多位调节：多个位式调节组合的控制方式。多位调节：多个位式调节组合的控制方式。多位调节：多个位式调节组合的控制方式。多位调节：多个位式调节组合的控制方式。滞环、继电特性滞环、继电特性滞环、继电特性滞环、继电特性 时间比例调节：调节器输出是不同长度的开或关时间比例调节：调节器输出是不同长度的开或关时间比例调节：调节器输出是不同长度的开或关时间比例调节：调节器输出是不同长度的开或关时间，用占空比衡量。时间，用占空比衡量。时间，用占空比衡量。时间，用占空比衡量。占空比占空比占空比占空比：调节阀全开时间与总时间（开关时间之和）：调节阀全开时间与总时间（开关时间之和）：调节阀全开时间与总时间（开关时间之和）：调节阀全开时间与总时间（开关时间之和）的比值。的比值。的比值。的比值。死区、滞环、继电特性死区、滞环、继电特性死区、滞环、继电特性死区、滞环、继电特性时间比例调节时间比例调节时间比例调节时间比例调节（三）（三）（三）（三）为满足一定的控制要求设置的非线性为满足一定的控制要求设置的非线性为满足一定的控制要求设置的非线性为满足一定的控制要求设置的非线性 积分分离积分分离积分分离积分分离PIDPID 选择控制系统中选择器为一个非线性环节选择控制系统中选择器为一个非线性环节 为延长调节阀的使用寿命，有些控制系统采用死为延长调节阀的使用寿命，有些控制系统采用死区区PID。锅炉燃烧控制系统分析设计锅炉燃烧控制系统分析设计锅炉燃烧控制系统分析设计锅炉燃烧控制系统分析设计单元制机组热力发电过程单元制机组热力发电过程1.1.锅炉设备的主要控制要求锅炉设备的主要控制要求 汽包的液位、蒸汽的压力：一定范围内，适应负荷汽包的液位、蒸汽的压力：一定范围内，适应负荷变化变化 过热蒸汽温度：一定范围内过热蒸汽温度：一定范围内 炉膛负压：一定范围内炉膛负压：一定范围内 燃烧完全：经济性和环保的要求燃烧完全：经济性和环保的要求 运行安全：液位、炉膛负压、过热汽温度、蒸汽运行安全：液位、炉膛负压、过热汽温度、蒸汽压力等在安全运行范围内压力等在安全运行范围内2.2.锅炉设备的主要控制系统锅炉设备的主要控制系统 给水控制系统：保持物料的平衡（给水和蒸汽）给水控制系统：保持物料的平衡（给水和蒸汽）被控变量：汽包液位被控变量：汽包液位 调节量：给水量调节量：给水量 锅炉燃烧的控制系统：经济性、安全性和环保要求锅炉燃烧的控制系统：经济性、安全性和环保要求 被控变量：蒸汽压力被控变量：蒸汽压力 调节量：燃料量调节量：燃料量 被控变量：烟气含氧量被控变量：烟气含氧量 调节量：送风量调节量：送风量 被控变量：炉膛负压被控变量：炉膛负压 调节量：引风量调节量：引风量 过热系统的控制系统：满足过热度、壁温等要求过热系统的控制系统：满足过热度、壁温等要求 被控变量：过热蒸汽温度被控变量：过热蒸汽温度 调节量：喷水量调节量：喷水量3.燃烧控制的基本任务：燃烧控制的基本任务：（1）维持蒸汽压力稳定）维持蒸汽压力稳定燃料控制燃料控制（2）保证燃烧过程的经济性）保证燃烧过程的经济性送风控制送风控制（3）维持炉膛压力稳定）维持炉膛压力稳定 引风控制引风控制 燃烧控制系统由三个子系统构成：燃烧控制系统由三个子系统构成：燃料控制、送风控制、引风控制。燃料控制、送风控制、引风控制。4.汽压调节对象的动态特性汽压调节对象的动态特性pdDpTBpdDpT自衡对象自衡对象5.燃料控制系统：燃料控制系统：被控变量为蒸汽压力被控变量为蒸汽压力 控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图串级控制串级控制控制系统结构图控制系统结构图控制系统原理图控制系统原理图6.送风控制系统：送风控制系统：被控变量为烟气含氧量被控变量为烟气含氧量 控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图比值控制比值控制控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图最佳含氧量与负荷关系曲线最佳含氧量与负荷关系曲线控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图7.引风控制系统：引风控制系统：被控变量为炉膛负压被控变量为炉膛负压 控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图前馈前馈反馈控制反馈控制采用热量信号的燃烧控制系统采用热量信号的燃烧控制系统PIddtf(x)PIf1(x)PIf2(x)PIPI_+QrPTDDPbQ2PfV VGVB变比例带变比例带PTsPf0+_PPOPIPrIPIf(x)PI/nf(x)PIAPIPIKPIPIPP1_速度级速度级压力压力n给煤机给煤机转速转速Vm1磨一次磨一次风量风量送风量送风量O2%P1_+IBPfPfo一次风温一次风温Qm1Vm1磨磨煤煤机机温度温度n0m0Pv1mPv10n燃油量燃油量_一次风压一次风压B0VGVm1VrV1V2给煤量给煤量送风量送风量引风量引风量 磨一次磨一次风量风量热风量热风量一次一次风量风量层燃料层燃料风量风量给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统V给给煤煤机机转转速指令速指令本章重点回顾本章重点回顾1.1.1.1.前馈控制的基本原理、常用控制方案分析、前馈控制的基本原理、常用控制方案分析、前馈控制的基本原理、常用控制方案分析、前馈控制的基本原理、常用控制方案分析、前前馈系统设计应注意的问题、前馈控制系统设计馈系统设计应注意的问题、前馈控制系统设计2.2.2.2.时滞对系统控制质量的影响？常用的控制系统时滞对系统控制质量的影响？常用的控制系统时滞对系统控制质量的影响？常用的控制系统时滞对系统控制质量的影响？常用的控制系统分析？典型时滞控制系统设计。分析？典型时滞控制系统设计。分析？典型时滞控制系统设计。分析？典型时滞控制系统设计。作业：作业：6.16.1、6.26.2、6.36.3、6.66.6、6.76.7、6.86.8、6.106.10、6.126.12补充：补充：补充：补充：1.微分先行控制方案与常规微分先行控制方案与常规微分先行控制方案与常规微分先行控制方案与常规PIDPID控制方案有何异同？控制方案有何异同？控制方案有何异同？控制方案有何异同？2.什么是比值控制系统，常有比值控制方案有哪些？比较什么是比值控制系统，常有比值控制方案有哪些？比较什么是比值控制系统，常有比值控制方案有哪些？比较什么是比值控制系统，常有比值控制方案有哪些？比较其优缺点。其优缺点。其优缺点。其优缺点。3.比值与比值系数有何不同比值与比值系数有何不同比值与比值系数有何不同比值与比值系数有何不同?怎样将比值转换成比值系数。怎样将比值转换成比值系数。怎样将比值转换成比值系数。怎样将比值转换成比值系数。4.已知生产过程要求参与反应的两种物料保持一定比例，已知生产过程要求参与反应的两种物料保持一定比例，已知生产过程要求参与反应的两种物料保持一定比例，已知生产过程要求参与反应的两种物料保持一定比例，且已知甲、乙流量用差压测量，甲流量为且已知甲、乙流量用差压测量，甲流量为且已知甲、乙流量用差压测量，甲流量为且已知甲、乙流量用差压测量，甲流量为q q甲甲甲甲=7T/h=7T/h，量，量，量，量程为程为程为程为0 01010T/hT/h，乙流量为，乙流量为，乙流量为，乙流量为q q乙乙乙乙=25T/h=25T/h，量程为，量程为，量程为，量程为0 03030T/hT/h，试求在流量与测量信号分别为线性和非线性时，采用，试求在流量与测量信号分别为线性和非线性时，采用，试求在流量与测量信号分别为线性和非线性时，采用，试求在流量与测量信号分别为线性和非线性时，采用DDZ-DDZ-型表组成控制系统是的比值系数型表组成控制系统是的比值系数型表组成控制系统是的比值系数型表组成控制系统是的比值系数K K。