过程控制系统学习

过程控制系统学习1/11过程控制系统作业1．选择性控制系统有哪些类型？各有什么特点？简述几种主要的抗积分饱和的措施。答：选择性控制系统有两种类型：（1）被控变量的选择新控制系统。其特点是：当生产处于正常情况时，选择器选择正常控制器的输出信号送给执行器，实现对生产过程的自动控制，此时取代控制器处于开路状态。当生产过程处于非正常情况时，选择器则选择取代控制器代替正常控制器对生产过程进行控制，此时正常控制器处于开路状态。当生产过程恢复正常，通过选择器的自动切换，仍由原来的正常控制器来控制生产的进行。（2）被控变量测量值的选择性控制系统。其特点是：多个变送器共用一个控制器，选择器对变送器的输出信号进行选择。其用途有两个：一是选出几个检测变送信号的最高或最低信号用于控制，二是为防止仪表故障造成事故，对同一检测点采用多个仪表测量，选出可靠的测量值。抗积分饱和的措施有三种：（1）限幅法，用高低值限幅器，使控制器的输出信号被限制在工作区间内。（2）外反馈法，就是采用外部信号作为控制器的积分反馈信号。这样，当控制器处于开环状态时，由于积分反馈信号不是输出信号本身，就不会形成对偏差的积分作用，从而可以防止积分饱和问题的出现。（3）积分切除法，当控制器被选中处于闭环状态时，具有比例积分作用；若控制器未被选中处于开环状态时，将积分作用自动切除，使之只有比例作用，具有这种功过程控制系统学习2/11能的控制器称为PI_P控制器。2.分程控制系统可以应用于那些场合？请分别举例说明其控制过程。答：分程控制系统应用于三种场合：（1）用于扩大控制阀的可调范围，以改善控制品质。通常国产控制阀的可调比R为30，在绝大部分场合下能满足生产要求。但有些场合需要控制阀的可调范围很宽，这时若采用一个控制阀就满足不了生产上流量大范围变化的要求。这种情况下，可将两个口径不同的控制阀当作一个控制阀使用，从而扩大阀的可调范围。分程控制用于扩大阀的可调范围时，总是采用两个同向动作的分程控制阀并联安装在同一流体不同管线上，如下图所示。如图，若maxAC=4，100maxBC,且两阀的可调比相等，R=30，忽略大阀的泄漏量，当采用分程控制后，其最小流量为133.0304minC;最大流量为1041004maxmaxBACC;因此，两阀组合在一起的可调比将扩大到782133.0104R远大于30.，（2）用于控制不同的介质，以满足工艺的要求在某些间歇式生产的生产过程中，有时需要加热，有时PVAPVBPCPT天然气MA物料过程控制系统学习3/11需要一走热量，为了满足这些特殊要求，一方面需要配置蒸汽和冷水两种传热介质；另一方面需设计一个分程控制系。如图所示为一间歇聚合反应器的温度分程控制系统。当反应物料投入设备后，开始需加热升温引发反应，此时通入蒸汽使循环水被加热，循环水再通过反应夹套未反应物加热使反应物料升温；达到反应温度后，由于放出大量的反应热，若不及时一走热量，会使反应越来越剧烈，甚至可能发生爆炸，这时反应器夹套中流过的不再是热水，而是冷水，反应中产生的热量会被冷水带走，这样就达到了保持反应温度一定的目的。（3）用于保证生产过程的安全和稳定。在某些生产过程中，尤其是各类炼油后石油化工中，为避免建在室外储罐中的各种油品或石油化工产品与空气接触而氧化变质或发生爆炸，常常在储罐上方充氮气，使使储罐内压力保持为微正压，称为氮封。储罐内物料的增减将造成罐顶压力的升降，必须及时进行控制，否则将引起储罐变形，TTTCTVB产品冷水蒸汽TVA过程控制系统学习4/11甚至破裂，造成浪费或引起燃烧、爆炸等危险。如图所示，当储罐内物料增加时，压力升高，于是关闭A阀，打开B阀，通过停止充入氮气和放空使储罐内压力下降；反之，当储罐内物料减少时，压力降低，于是打开A阀，关闭B阀，通过充入氮气和停止放空使储罐内压力升高；如此保持储罐内压力为微正压。分程控制系统的参数整定实质就是简单控制系统的参数整定，需要注意的是，两个控制通道特性不同时，应照顾正常情况下的对象特性，按正常工况整定控制器参数，另另一阀只要在工艺允许的范围内工作即可。分程控制系统的投运1、投运前的检查仪表本身的调试和检查检查检测元件、变送器、控制器、显示仪表、控制阀2NPVAPVBPCPT2N排空过程控制系统学习5/11的精度等,检查连接部件：包括连接正确性检查等,充灌隔离液：包括管路清洗等,检查控制器正反作用、内外给定的设置,检查控制阀动作及相关管线和旁路阀,联动检查2、系统投运变送器投运→控制阀手操→控制器投运和参数整定3、维修定时和经常性的检查和处理,发生故障后的检查和处理3.新型控制系统综述。答：第一、自适应控制系统。自适应控制系统：通过测取系统的有关信息，了解对象特性的变化情况，再经过某种算法自动地改变控制器的可调参数，使系统始终运行在最佳状况下。根据自适应控制的设计原理和结构的不同，可分四类。一、变增益自适应控制二、模型参考自适应控制系统过程控制系统学习6/11研究的主要问题在于设计一个稳定的、具有较高性能的自适应机构的自适应算法。三、直接优化目标函数的自适应控制系统四、自校正控制系统该系统在原有控制系统的基础上，增加了一个外回路。它由对象参数辨识器和控制器参数计算机构组成。过程控制系统学习7/11第二、预测控制一、预测控制的基本结构四部分组成，预测模型、反馈校正、滚动优化和参考轨迹。二、预测控制的特点及其应用1.特点：从控制方式上预测控制。预测控制的预测和优化模式是对传统最优控制的修正，它使建模简化，并考虑了不确定性及其他复杂性因素。预测控制对数学模型要求不高且模型的形式多样化。能直接处理具有纯滞后的过程。具有良好的跟踪性能和较强的抗扰动能力。对模型误差具有较强的鲁棒性。2.应用（1）国外已经形成许多以预测控制为核心思想的先进控制商品化软件包。（2）中国通过“八五”“九五”国家重点科技攻关等，在先进控制与优化控制方面积累了许多经验，成功应用实例亦不少，部分成过程控制系统学习8/11果已逐渐形成商品化软件。第三、解耦控制系统耦合：控制变量与被控变量之间是相互影响的，一个控制变量的改变同时引起几个被控变量变换的现象。解耦：消除系统之间的相互耦合，使各系统称为独立的互不相关的控制回路。把具有相互关联的多参数控制过程转化为几个彼此独立的单输入-单输出控制过程来处理，实现一个调节器只对其对应的被控过程独立地进行调节。这样的系统称为解耦控制系统（或自治控制系统）。减少与消除耦合的途径（1）、选择正确的变量配对（2）、调整控制参数（3）、减少控制回路（4）、串接解耦装置第四、专家系统1.专家控制系统概念专家控制系统是指将专家系统的设计规范和运行机制与传统控制理论和技术相结合而成的实时控制系统的设计和实现方法。根据专家系统技术在控制系统中应用的复杂程度，可以分为专家控制系统和专家式智能控制器。专家控制系统可以提高常规控制系统的控制品质，拓宽系统的过程控制系统学习9/11作用范围，增加系统的功能，还可以对传统控制方法难以奏效的复杂过程实现高品质的控制。2.专家控制系统的类型（1）根据专家控制系统在过程控制中的用途和功能，可分为直接型专家控制器和间接型专家控制器。（2）按知识表达技术，可分为产生式专家控制系统和框架式专家控制系统等。3.专家控制系统结构（1）系统由算法库、知识基系统和人-机接口与通讯系统组成。（2）算法库部分主要完成数值计算。（3）知识基系统具有定性的启发式知识，它进行符号推理，按专家系统的设计规范编码，通过算法库与对象相连。（4）人-机接口与通讯系统作为人-机界面和实现与知识基系统直接交互联系，与算法库进行间接联系。专家控制系统总体结构图第五、模糊控制系统优点：具有实时性好，超调量小，抗干扰能力强，稳态误差小等。1.模糊控制系统的基本结构过程控制系统学习10/11模糊控制系统的方块图模糊控制器的基本结构2.模糊控制的几种方法①查表法将输入量的隶属度函数、模糊控制规则及输出量的隶属度函数都用表格来表示。②专用硬件模糊控制器用硬件直接实现上述的模糊推理。优点是推理速度快，控制精度高。③软件模糊推理法模糊控制过程中输入量模糊化，模糊规则推理和输出清晰化和知识库这四部分都用软件来实现。第六、纯滞后补偿控制系统由于很多生产过程中都存在纯滞后现象，故必须设法克服纯滞后。目前克服纯滞后的方法主要有史密斯预估补偿控制、自适应史密斯预估补偿控制、观测补偿器控制、采样控制、内部模型控制（IMC）以及达林算法。4、控制系统学习总结和心得体会。过程控制系统学习11/11学习总结本学期我们主要学习了复杂控制系统，复杂控制系统就是在简单控制的基础上对控制能力的加强。主要有串级控制系统，均匀控制系统，比值控制系统，选择性控制系统，分程控制系统，前馈控制系统和新型控制系统。采用复杂控制系统对提高控制品质、扩大自动化应用范围，起着关键性作用。学习心得通过学习我不仅增长了见识，还了解到不少学习方法，不但上课要认真听课，还需要在课积极的预习和课后的复习；有时还必须查一些相应的资料。要想真正的掌握知识，是自己成为一个有用的人，就必须掌握正确的学习方法。没有学习方法，到头来还是白忙一场。今后我还将继续努力学习，为自己的人生道路上留下更多的色彩。