[發明專利]一種溫度與流量的解耦控制結構及方法

有效

• 申請號: 201610077382.7
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105807820B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 王文新;李全善
• 申請（專利權）人: 北京世紀隆博科技有限責任公司
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種溫度與流量的解耦控制結構及方法，屬于化工生產自動控制技術領域。

背景技術

在化工生產過程中，一些操作單元需要一定溫度和流量的物料，并且希望物料的溫度和流量保持穩定。針對圖1所示的系統，該系統的物料由冷熱兩股物料匯合而成。由圖中可知，兩股物料中一股物料的改變會影響到另一股進料，兩路進料存在相互關聯。比如，提高混合物料溫度，需要熱物料增多，這樣會使總流量增大，此時為保證混合物料的流量穩定致使冷物料調節閥會關小，而冷物料的流量減少，又會影響應到混合物料的溫度。

原有冷熱兩股物料混合，在調整任一支路物料量均會對總流量和總溫度進行干擾，在調整總流量的同時必定干擾總溫度，同樣，總溫度調整過程中也會影響到總流量，如此，形成了溫度與流量的耦合問題。圖1所示，通常采用傳統PID控制方法，或者摘除自動控制而直接采用直接手動控制方法，來粗略調整混合物料的溫度與流量。

采用傳統PID控制方法，溫度控制器是通過調整熱料流量來改變混合物料溫度，流量控制器是通過調整冷料流量來改變總物料的流量，調節過程中必然存在流量與溫度的相關耦合作用。比如，提高混合物料溫度，需要熱物料增多，這樣會使總流量增大，此時為保證混合物料的流量穩定致使冷物料調節閥會關小，而冷物料的流量減少，又會影響到混合物料的溫度。在調整混合物料流量時，冷料流量的改變直接影響最終混合溫度。可見一旦溫度或流量發生擾動或者設定值改動時，所有變量都會受到耦合作用的關聯，波動較大時系統很容易震蕩甚至發散。而手動進行控制無法實現精確控制，且控制不及時。

發明內容

如圖2所示，混合物料系統的物料由冷熱兩股物料匯合而成，兩路進料存在相互關聯耦合關系，其中，一股物料的進料改變會影響到另一股物料的進料，難以對總物料的溫度和流量這兩個關鍵變量進行控制。

基于此，本發明提出一種溫度與流量的解耦控制結構及方法，以期解決上述溫度與流量的耦合關系；該結構在原混合物料系統中增加兩個解耦計算塊，即溫度控制器輸出與解耦計算塊、流量控制器輸出與解耦計算塊；其中，溫度控制器輸出與解耦計算塊輸出加和后作用到熱流調節閥上，使得溫度控制器作用于調節熱料流量在總流量中的百分比；流量控制器輸出與解耦計算塊輸出加和后作用到冷流調節閥上，使得流量控制器作用于調節混合物料總流量。實現調整溫度時流量不改變，調整流量時溫度不改變，而同時調整溫度和流量時能夠互不干擾，如此實現解耦控制作用。

通過將兩個相互耦合的溫度和流量變量經過解耦運算，根據冷熱兩股物料的閥門開度和當前控制器的計算輸出，對這兩個相互耦合的變量進行解耦運算，解耦運算塊的兩輸出信號分別與流量控制器和溫度控制器的輸出相加，加和的信號分別作用到冷熱物料的調節閥，重新調整冷熱兩股物料的流量，最終實現溫度與流量的互不干擾。

同時，為提高系統的可操作性，本結構中的溫度控制器輸出與解耦計算塊、流量控制器輸出與解耦計算塊分別與解耦控制按鈕相連，解耦投用時能夠自動完成無擾動切換，防止調節閥開度突變。

如此提高混合物料溫度和流量的控制精度，增強混合物料的穩定性。

由圖1可知，再混合后的物料流量、溫度用下述變量表示。

F_M＝F_H+F_C

設

則T_M＝αT_H+(1-α)T_C

式中，F_C,F_H和F_M分別為冷物料的流量、熱物料的流量和混合物料的流量，T_C,T_H和T_M分別為冷物料的溫度、熱物料的溫度和混合物料的溫度；α為解耦系數，表示熱物料流量占混合物料總流量的百分比。混合物料的流量F_M由調節器FC通過調節閥FV實現調節；混合物料的溫度T_M由調節器TC通過調節閥TV實現調節。

如圖3-4所示，解耦控制方法分為FC和TC全自動控制、TC手動控制、FC手動控制三種情況；

1)FC和TC全自動控制

流量調節器FC的計算輸出FC_CV，輸出范圍為0-100。

式中S_H和S_C分別為TV和FV開度為100時的流量。

溫度控制器的計算輸出TC_CV，輸出范圍為0-100。