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浅谈复杂控制系统

时间:2013-07-18来源:易品网 点击:
 1、引言由一个被控对象、一个检测元件及传感器(变送器)、一个调节器和一个执行器构成的单闭环控制系统,称为简单控制系统。但简单控制系统的局限性也是十分明显的,主要表现在功能单一;对纯滞后较大,时间常数较大,干扰多且剧烈的对象,控制质量较差;对各个过程变量内部存在相关的过程,控制系统相互之间会出现干扰等等。因此在其基础上,又发展了众多的复杂控制系统。凡是多参数,具有两个以上的变送器、调节器或调节阀组成的回路称复杂控制系统。
    2、常用复杂控制系统(控制方案)2.1 串级控制系统串级控制系统由其结构上的特征而得名,它是主、副两个调节器串级工作的,主调节器的输出作为副调节器给定值,副调节器的输出去操纵调节阀,以实现对主变量的定值控制。串级控制系统主要应用于:对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。
    串级控制的目的是为了提高主变量的稳定性,对主变量的要求较高,一般不希望出现余差,所以主调节器一般选择比例积分控制,当对象滞后较大时,也可适当的引入微分作用。串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中,副变量是不断跟随主调节器的输出变化而变化的,所以副调节器一般采用比例控制规律就行,必要时可引入适当的积分作用,而微分作用一般不需。
    2.2 均匀控制系统均匀控制系统是为了解决前后工序的供求矛盾,使两个变量之间能够相互兼顾和协调操作的控制系统。特点是其控制结果不像其他控制系统那样,不是为了使被控变量保持不变,而是使两个相互联系的变量都在允许的范围内缓慢变化。均匀控制系统中调节器一般采用纯比例作用,且比例度较大,必要时才引入少量的积分作用。
    2.3 比值控制系统实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统,称比值控制系统。比值控制系统有变比值和定比值;变比值是相对于定比值而言的。当要求两种物料的比值能灵活的随第三变量的需求而加以调整时,就要求设计比值不是恒定的比值控制系统,即变比值控制系统。常见比值控制系统有单闭环比值、双闭环比值和串级比值3种。
    2.3.1 单闭环比值控制系统单闭环比值控制中两种物料流量比值较为精确,实施方便,但当主流量出现大的扰动或负荷频繁波动时,副流量在调节过程中,相对于调节器的给定值会出现较大的偏差,因此这种方案不适用要求动态比值比较严格的工艺。
    2.3.2 双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统实际上是由一个定值控制系统和一个随动控制系统所组成,它不仅能保持两个流量之间的比值关系,而且能保持总量不变,于采用单个回路流量控制系统相比,其优越性在于主流量一旦失调,仍能保持原定的比值。并且当主流量因扰动而发生变化时,在控制中仍能保持原定的比值关系;另一优点是提降负荷方便,只要缓慢改变主流量调节器的设定,就可以提、降主流量,同时副流量也自动跟踪主流量,并保持两者比值不变。
    2.3.3 串级比值控制系统与以上两种比值控制不同的是串级比值控制系统的比值大小是一个变量,其大小由另一个控制器来设定,比值控制作为副回路,从而构成串级比值控制系统,故也称变比值控制系统。
    2.4 选择控制系统选择控制又称取代控制系统或超驰控制系统,有很多中,常见控制示意图如图2:
    在正常工况下,选择器选中正常调节器I,使之输出送至调节阀,实现对参数I的正常控制。一旦工况发生突变,参数II达到设定的值,选择器将自动选中调节器II的信号,从而取代调节器I控制调节阀,等到工况稳定,参数II恢复到正常值,则仍有调节器I取代调节器II的控制。
    2.5 分程控制系统分程控制系统的特点是一个调节器的输出同时控制几个工作范围不同的调节阀。分程可以用阀门定位器或电-气定位器来实现,也可以用DCS通过组态来实现。
    2.6 前馈控制系统前馈控制是按干扰作用的大小来进行控制的,当扰动一出现,就能根据扰动的测量信号控制操纵变量,及时补偿扰动对被控变量的影响,控制及时,如果补偿作用完善,则可以使被控变量不发生偏差。
    前馈控制只能克服可测扰动,即扰动可以是不可控,但必须是可测量的,对于不可测的扰动,前馈控制是不能采用的。
    2.7 非线性控制系统非线性控制是一种比例增益可变的控制作用,常用于具有严重非线性特性的工艺对象,如PH值的控制等,在用PH值控制废水的中和过程中,酸碱浓度差与PH值的对应关系就存在严重的非线性,在PH值4-10范围内,对象的放大系数极大,约为其他区域的200-300倍,在PH4-10内,只要酸碱浓度之差不为零,即使其差值极小,PH值就会远远偏离中性点,致使PH控制很难保证稳定在PH=7上。但如采用非线性调节器就可以较好地达到这一目的,从其输出特性(图2)看,在控制点附近有一不灵敏区,其比例增益的衰减系数为0.02-0.2,而在这不灵敏区外比例增益恢复原值。
    3.结束语复杂控制系统绝非仅仅包含上面提到的几种。随着计算机技术的发展,在近几年新发展起来许多新型控制系统,如自适应控制、预测控制、智能控制与专家系统、模糊控制、神经元网络控制等,他们具有对模型要求低、在线计算方便、控制综合效果好的特点,与传统的PID控制相比,控制性能有了明显的提高。
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