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冷熱水混合控制水溫和水量及其APC實(shí)現(xiàn)

閱讀：8發(fā)布時(shí)間：2026-8-30

使用冷水和熱水混合同時(shí)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(gè)MV，水溫和水量是兩個(gè)CV。上圖上邊是兩個(gè)單回路，上圖下邊是2×2的控制方案。當(dāng)沒有約束時(shí)，兩種控制方案是等價(jià)的。

如果非要找點(diǎn)不同，在設(shè)定值變化時(shí)，兩個(gè)單回路PID會(huì)互相影響。而控制則可以同時(shí)考慮兩個(gè)MV對(duì)兩個(gè)CV的影響，實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(jì)。如果追求動(dòng)態(tài)性能，在單回路上增加前饋控制和串級(jí)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(shí)現(xiàn)動(dòng)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(gè)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(cè)到水溫控制器輸出，處于較高閥位有失控風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，會(huì)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(gè)方案有兩個(gè)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(dòng)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(jí)，就會(huì)在自由度充足時(shí)通知控制水溫和水量，在自由度不足時(shí)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(jì)時(shí)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(shí)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(gè)方案有個(gè)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(jí)，就會(huì)在自由度充足時(shí)通知控制水溫和水量，在自由度不足時(shí)有限保證水溫。注意這個(gè)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(duì)控制而言是等價(jià)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(jì)時(shí)不用考慮。

當(dāng)使用APC進(jìn)行控制時(shí)，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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