揭秘何為復雜控制系統(tǒng)。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工藝不斷革新，產(chǎn)品的品種不斷翻新，操作條件更為復雜，對產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求，單回路控制系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)過程的要求，因此，我們在工程設(shè)計中會采用復雜控制系統(tǒng)。 　　什么是復雜控制系統(tǒng)？用最簡單的語言表述就是：同時具有兩個以上變送器、控制器或執(zhí)行器所組成回路的控制系統(tǒng)，這種多變量控制系統(tǒng)被稱為復雜控制系統(tǒng)，又稱多回路控制系統(tǒng)。

　　復雜控制系統(tǒng)包含：串級控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、自動選擇性控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)和三沖量控制系統(tǒng)等。

　　串級控制系統(tǒng)和均勻控制系統(tǒng)

　　1）串級控制系統(tǒng)：從以下的圖例中可以看出，包含2個變送器，2個控制器，一個控制器的輸出值是另一個控制器的給定值，2個控制器之間互相串接。

　　對于進入副環(huán)的干擾，T2C副環(huán)控制器具有較快、較強的克服干擾能力；可以改善主調(diào)節(jié)器的廣義對象的特性，提高工作頻率；消除調(diào)節(jié)閥等非線性特性的影響，更精確地控制操縱變量；具有一定的自適應(yīng)能力，實現(xiàn)更靈活的控制方式。

　　圖：串級控制系統(tǒng) 　　2）均勻控制系統(tǒng)：均勻控制是一種以功能來命名控制系統(tǒng)。當有擾動進入時，它是通過調(diào)節(jié)器整定的參數(shù)，使得被控參數(shù)不會發(fā)生劇烈變化，在一定的控制范圍內(nèi)緩慢而均勻的變化，而不是嚴格的控制在某一個給定值上。

　　均勻控制系統(tǒng)分為：簡單均勻控制系統(tǒng)、串級均勻控制系統(tǒng)、雙沖量均勻控制系統(tǒng)等。

　　均勻控制的基本任務(wù)是保持兩個有互相矛盾的參數(shù)，在允許波動的范圍內(nèi)互相兼顧，平滑變化。但是均勻調(diào)節(jié)并不是前后被控參數(shù)平均分配，而是根據(jù)被調(diào)參數(shù)的重要性來確定均勻調(diào)節(jié)的主次及輕重緩急。

　　3）比值控制系統(tǒng)：在生產(chǎn)過程中，往往有兩種或兩種以上的物料需按精確比例（比值）混合進行生產(chǎn)加工，要求精確控制各種物料的比例，在實際應(yīng)用中通常就采用比值控制系統(tǒng)。

　　下面我們以單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為例：主動變量F1沒有反饋控制，因而是可變的，F(xiàn)2是從動變量，是隨著F1而變，在穩(wěn)定時能保持F2=KF1(K為比例系數(shù))，從方塊圖中可以看到F2形成的是一個閉環(huán)控制回路，所以我們稱之為單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。

　　單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)一般用在F1參數(shù)變化不大的場合，比如計量泵的輸出流量。如果F1的變化影響下一個工序，那么就要采用雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，或根據(jù)工藝特定要求采用串級比值控制系統(tǒng)等。 　　4）分程控制系統(tǒng)：設(shè)置分程控制系統(tǒng)的主要目的是擴大可調(diào)范圍R,以能滿足特殊調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求；改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，節(jié)省能源，改善調(diào)節(jié)閥的工作條件；滿足開停車時小流量和正常生產(chǎn)時的大流量的要求，使之都能有較好的調(diào)節(jié)質(zhì)量；滿足正常生產(chǎn)和事故狀態(tài)下的穩(wěn)定性和安全性。

　　以下面的方塊圖為例，通過熱水閥A與蒸汽閥B加熱物料，要求熱交換器出口的物料溫度保持恒定。為了節(jié)省蒸汽，只有當熱水閥A全開，溫度還達不到我們要求的設(shè)定值時，才補充蒸汽，開蒸汽閥B。

　　從圖中可以看到，熱水閥A全部打開后，溫度仍比給定值低，溫控器輸出高達60kPa以上，此時蒸汽閥打開，補充蒸汽，以使溫度達到給定值。

　　這個例子是將調(diào)節(jié)器的輸出分成兩段，控制兩個氣開調(diào)節(jié)閥，還可根據(jù)工藝需求設(shè)計一個氣開調(diào)節(jié)閥，一個氣關(guān)調(diào)節(jié)閥或兩個氣關(guān)調(diào)節(jié)閥。為了滿足工藝生產(chǎn)特殊要求，分程控制還可將控制器輸出信號的全程分割成若干個信號段，每個信號段控制一個控制閥，每個控制閥僅在控制器輸出信號整個范圍里的某段內(nèi)工作。 　　5）自動選擇性控制系統(tǒng)：當壓縮機、泵、鼓風機等設(shè)備過載時，反應(yīng)器反應(yīng)到極限時，大型生產(chǎn)裝置開停車等等緊急狀況時，通常的自控系統(tǒng)已不能滿足其控制要求，若由操作人員操作來解決這些問題，勢必操作人員緊張繁忙，還容易出錯，因此采用了自動選擇性控制系統(tǒng)也稱超馳控制系統(tǒng)來解決生產(chǎn)的安全保護和自動開停車的問題。

　　這種控制方式是把由工藝生產(chǎn)過程中的限制條件所構(gòu)成邏輯關(guān)系疊加到通常的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當生產(chǎn)過程趨向限制條件時，不安全狀況出現(xiàn)以前，即切換到一個用于控制不安全情況的調(diào)節(jié)器，由不安全情況的調(diào)節(jié)器取代通常的調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作，直到生產(chǎn)過程回到安全范圍內(nèi)，通常的調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作又自動恢復工作，這種自動選擇控制有時也稱自動保護控制系統(tǒng)。

　　以下圖為例：氨和空氣的流量通過流量變送器將信號送入除法器進行比值計算后，輸出比值信號分別作為KC比值調(diào)節(jié)器和KY超馳調(diào)節(jié)器的測量值，KC比值調(diào)節(jié)器和KY超馳調(diào)節(jié)器的輸出信號接到LS低選擇器后去控制閥。

　　正常生產(chǎn)時，KY超馳調(diào)節(jié)器的輸出為100kPa，LS低選擇器只通過KC比值調(diào)節(jié)器輸出信號到控制閥。如果生產(chǎn)過程發(fā)生波動，氨氣和空氣流量比值大于允許的安全極限時，KY超馳調(diào)節(jié)器工作，輸出減小，控制閥關(guān)小，直到氨氣和空氣流量比值回到正常范圍，KC比值調(diào)節(jié)器自動恢復工作。（氨氣管線上的控制閥一般選氣開閥） 　　6）前饋控制系統(tǒng)：前饋控制系統(tǒng)與反饋控制系統(tǒng)的不同點是：當擾動出現(xiàn)時，反饋控制系統(tǒng)是按照測量值與給定值的偏差進行調(diào)節(jié)的；而前饋控制系統(tǒng)是按照擾動作用的大小進行調(diào)節(jié)的。

　　反饋控制系統(tǒng)必須是被測參數(shù)出現(xiàn)偏差后，調(diào)節(jié)器才對調(diào)節(jié)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，克服干擾對被調(diào)參數(shù)的影響。但在一些工藝流程中，往往具有滯后性，當擾動已經(jīng)發(fā)生，而被調(diào)參數(shù)需要一定的時間發(fā)生變化，這段時間調(diào)節(jié)器就不會進行調(diào)節(jié)，它落后于擾動作用。

　　我們采用了前饋控制系統(tǒng)時，當擾動發(fā)生后，被調(diào)參數(shù)還沒發(fā)生變化前，變送器已經(jīng)檢測到擾動的大小，調(diào)節(jié)器就進行了調(diào)節(jié)，這種及時的、恰到好處的調(diào)節(jié)，使得被測參數(shù)不會因為干擾作用產(chǎn)生偏差。

　　在實際的工藝對象控制應(yīng)用中，很少用單純的前饋控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)被調(diào)參數(shù)，一般根據(jù)具體的調(diào)節(jié)對象采用反饋調(diào)節(jié)加前饋調(diào)節(jié)，或比值調(diào)節(jié)加前饋調(diào)節(jié)等方案，下面的三沖量控制系統(tǒng)就是前饋調(diào)節(jié)加串級調(diào)節(jié)回路的例子。

　　7）三沖量控制系統(tǒng)：三沖量控制系統(tǒng)最典型的運用是鍋爐的給水系統(tǒng)，鍋爐汽包的液位會隨著蒸汽負荷增減等因素而變化。當蒸汽負荷突然大幅度增加時，由于汽包內(nèi)蒸汽壓力瞬間下降，水的沸騰加劇，汽泡量迅速增加，汽泡不僅出現(xiàn)于水的表面，而且出現(xiàn)于水面以下，由于汽泡的體積比水的體積大許多倍，結(jié)果形成汽包內(nèi)液位升高的現(xiàn)象。因為這種升高的液位不代表汽包內(nèi)儲液量的真實情況，所以稱為“假液位”。

　　如果不引入三沖量控制系統(tǒng)，液位控制器就會發(fā)送錯誤信息，關(guān)小進水閥，實際液位進一步降低，汽包中的水更加劇沸騰，汽泡量更進一步急速增加，鍋爐就會有發(fā)生爆炸的危險。

　　三沖量控制系統(tǒng)就是針對鍋爐汽包的液位控制所制定的方案，它引進了給水流量參數(shù)和蒸汽的輸出流量參數(shù)，汽包液位被控變量，通過運算器，作為給水流量副環(huán)控制器的給定值，最終達到汽包液位、給水流量、蒸汽流量平衡。蒸汽流量作為前饋信號，給水流量副環(huán)控制回路，其實這是一個前饋+串級控制回路。

　　上面講的只是三沖量控制系統(tǒng)的一個例子，在實際運用中，根據(jù)不同的工藝要求，有不同的三沖量控制方案，也有單沖量控制，雙沖量控制，應(yīng)根據(jù)需要制定恰當?shù)目刂品桨浮?br />
　　鍋爐液位的三沖量控制示意圖 　　鍋爐液位的三沖量控制方塊圖