压力控制

简介

温度、压力,流量和液位是四种最常见的过程变量。和温度一样,压力也是一个非常重要的过程变量,它直接影响沸腾、化学反应、蒸馏、挤压成形、真空及空气流动等物理和化学过程。压力控制不好就可能引起生产安全,产品质量和产量等一系列问题。密封容器的压力过高就会引起爆炸。因此,将压力控制在安全范围内就显得及其重要。

为什么压力会比较难控

下表列出了压力回路控制困难的一些主要原因:

原因 举例 控制难题
非线性 天然气输送管道;循环流化床锅炉;煤气混合配比过程。 PID或基于模型的控制器能在其线性范围内正常工作,但是到了非线性区域就失控了。
多变量控制 多条输气管道会吸引主管道气流;出现负载变化会使各管道之间相互影响。 由于各变量之间存在耦合,用SISO控制器很难有效地控制多变量过程。
负荷变化大 由于蒸汽用量的变化,使得发电厂的蒸汽发生器的蒸汽负荷波动很大。 负荷变化给压力回路引入了扰动。
时滞变化大 城市燃气网或粉状产品传输系统的压力回路存在大而变化的时滞。 PID不能有效地控制时滞变化大的过程。
高速,开环振荡 在航空和航天工业中的超音速风洞试验中的压力场和马赫数(Mach)是开环振荡的。 由于该过程的频域特性很差,要控制好这个开环振荡过程非常困难。
非线性,高速 微电子制造中用于薄膜淀积工艺(物理淀积或化学气相淀积)的高真空腔。 要求达到真空,但该过程是具有非线性。

MFA控制解决方案


这里我们以路标的形式让您能选择合适的MFA控制器去解决特殊的压力控制问题。

原因 适用MFA控制器类型 MFA控制器适用理由
非线性 非线性MFA控制器?或?鲁棒MFA控制器 无需线性化,非线性MFA就能控制极端非线性过程;鲁棒MFA迫使压力维持在预定的范围。
多变量控制 MIMO MFA控制器?或?前馈+反馈(FB/FF)MFA控制器 MIMO MFA能控制多变量过程,可消除各压力回路间的耦合。
负荷变化大 前馈+反馈(FB/FF)MFA控制器?或?鲁棒MFA控制器 前馈MFA快速调整控制作用以补偿负荷的变化;鲁棒MFA迫使压力维持在预定的范围。
时滞变化大 抗滞后MFA控制器?或?时变MFA控制器 抗滞后MFA能有效地控制大滞后过程;时变MFA能控制大惯性、滞后时间不确定的过程。
高速,开环振荡 Flex-phase MFA控制器 或 非线性Flex-phase MFA控制器(高速版 组态时选择一个相位角后,Flex-phase MFA就能有效地控制频域特性很差的过程。
非线性,高速 非线性MFA控制器高速版 组态时选择好非线性因素后,非线性MFA就能有效地控制该非线性过程。

速度问题

由于压力回路需要高采样速率和控制刷新速率,以HMI或OPC为接口的基于PC的MFA控制系统可能达不到控制压力回路的速度。嵌入式MFA控制产品或配有专用的I/O卡的PC就能为压力控制提供足够的采样速率。高速版CyboCon(CyboCon HS),CyboCon CE,CyboCon Dragon及所有嵌入式MFA控制产品都能用来控制压力回路。

噪声问题

噪声在压力回路中是很典型的。这就是说,由于压力回路的特性或使用的压力传感器,压力测量值(PV)会突然升高或降低。可以用低通滤波器来过滤这种高频噪声。由于MFA控制器对噪声是不敏感的,因此,除非信/噪比过高而明显影响控制性能,其它情况下可以不用加过滤器。当存在PV噪声时,CyboCon这样的MFA控制产品可让用户根据实际情况自行设置控制器过滤噪声。

总结

基于MFA控制算法的核心技术,已经开发出多种MFA控制器以解决特定的控制问题,包括应用于压力回路的控制器。您可以根据上表选用合适的MFA控制器去控制压力,实现满意的压力回路控制效果。

应用实例

请阅读下列应用实例,了解更多的MFA压力控制解决方案:

循环流化床锅炉 - MFA无模型自适应控制
原油分离装置 - MFA无模型自适应控制及优化
煤气混合配比过程 - MFA无模型自适应控制及优化