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冷熱水混合控制水溫和水量及其APC實現(xiàn)

閱讀:6發(fā)布時間:2026-8-30

冷水和熱水混合同時控制水溫和水量



使用冷水和熱水混合同時控制水溫和水量,熱水調(diào)節(jié)閥和冷水調(diào)節(jié)閥是兩個MV,水溫和水量是兩個CV。上圖上邊是兩個單回路,上圖下邊是2×2的控制方案。當(dāng)沒有約束時,兩種控制方案是等價的。


如果非要找點不同,在設(shè)定值變化時,兩個單回路PID會互相影響。而控制則可以同時考慮兩個MV對兩個CV的影響,實現(xiàn)動態(tài)解耦控制。解耦是控制的天生稟賦,單回路則需要設(shè)計。如果追求動態(tài)性能,在單回路上增加前饋控制和串級控制,是提高閉環(huán)性能的常用方法??刂苿t可以直接直接實現(xiàn)動態(tài)性能。


一旦牽涉到MV控制權(quán)切換,PID單回路的控制邏輯就需要想象力。一般的原則是MV從一而終。如果水量太大,導(dǎo)致水溫控制的熱水調(diào)節(jié)閥飽和,這種情況下如何仍能保證水溫控制放棄水量控制呢?下面兩個方案給出控制的解決思路。


水溫控制方案1

閥位控制器當(dāng)檢測到水溫控制器輸出,處于較高閥位有失控風(fēng)險時,會減少輸出并通過低選超馳控制關(guān)小冷水調(diào)節(jié)閥,從而放棄水量控制保證水溫控制。這個方案有兩個問題:①熱水閥不能全開,性能沒有達(dá)到;②閥位控制調(diào)節(jié)緩慢,動態(tài)性能可能略差。





如果用上圖下邊的控制,只要設(shè)置水溫的高優(yōu)先級,就會在自由度充足時通知控制水溫和水量,在自由度不足時有限保證水溫。


如果上下限不合理導(dǎo)致水溫失控,則是不充分或者設(shè)備限制,超出了APC的能力,PID控制器設(shè)計時不用考慮。


水溫控制方案2

水溫控制回路可以修改為分程控制,當(dāng)水溫低時首先開大熱水調(diào)節(jié)閥至全開,然后關(guān)閉冷水調(diào)節(jié)閥,通過通過低選超馳控制關(guān)小冷水調(diào)節(jié)閥,從而放棄水量控制保證水溫控制。這個方案有個問題:分程+超馳太復(fù)雜往往不是好方案,切換的空檔期不可避免。

水溫控制回路為分程控制



如果用上圖下邊的控制,只要設(shè)置水溫的高優(yōu)先級,就會在自由度充足時通知控制水溫和水量,在自由度不足時有限保證水溫。注意這個方案和上面的APC方案是一樣的。換句話說方案1和方案2,對控制而言是等價的。


如果上下限不合理導(dǎo)致水溫失控,則是不充分或者設(shè)備限制,超出了APC的能力,PID控制器設(shè)計時不用考慮。


當(dāng)使用APC進(jìn)行控制時,變量和模型不變,僅僅通過控制要求和參數(shù)的不同就能適應(yīng)變化的控制要求。


作者:馮少輝博士







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