第5章 串级控制系统与比值控制系统

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1、第五章串级控制系统与比值控制系统本章基本要求了解串级控制系统的概念与特点；掌握串级控制系统的方框图表示法；结合控制原理，掌握串级系统的分析方法；了解串级控制系统的设计原则；掌握串级控制系统的参数整定方法;了解串级控制系统的抗积分饱和措施。了解比值控制系统的几种控制方案掌握比值系数的计算单回路控制系统组成：一个调节器，一个控制阀，一个被控制对象，一个测量变送器Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s)单回路控制系统方框图定义:就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控

2、制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。在多回路控制系统中,有两个被控过程,两套测量变送装置,两台控制器和一个调节阀构成的系统．§5-1串级控制系统的概念图5.1反应器温度控制系统夹套槽壁例5-1连续槽反应器温度控制1)采用单回路控制分析：当冷却水方面发生扰动，需相继通过3个容积后，θ1才升高，调节器才动作。物料方面扰动D1:流量,入口温度,化学成分冷却水扰动D2:入口温度,阀前压力图5.2反应器单回路控制系统调节器调节阀夹套槽壁反应槽温度测量D2D1θ1rθ1θ2－对象有三个热容积：夹

3、套、槽壁、槽中的物料。例5-1连续槽反应器温度控制很明显：从扰动开始到调节器动作，这中间白白浪费了一段时间。在这段时间里，夹套冷却水温度的升高已使温度θ1出现很大的偏差如果能把这段时间争取过来，让调节器提前动作，那么调节的效果就改善了：解决思路：由于冷却水方面的扰动D2很快就会在夹套温度θ2上表现出来，因此如果把θ2这个温度测量并送入调节器θC2,让它来控制调节阀，那么调节动作就提前了很多，失去的时间就会争取过来，从而加快了速度。但是：不能简单地仅仅依靠一个调节器θC2来代替现图中调节器θC的全部作用原因：

4、因为最后的目标是要保证温度θ1不变，调节器θC2只能起稳定温度θ2的作用，而在发生物料方面的扰动D1的情况下，并不能保证温度θ1符合要求。为了解决这个问题，可以设想用人工来改变调节器θC2的给定值θ2r，通过它来改变夹套温度θ2，这样就可以在物料方面发生扰动的情况下，也能把温度θ1调节到所需要的数值上。例5-1连续槽反应器温度控制实际上：这个工作当然不是用人工而是由另一个自动调节器θC1来完成的。θC1调节器的主要任务：根据温度θ1（相对它的给定值θ1r）的偏差来改变给定值θ2r，这就是串级调节的基本思想。

5、调节阀直接接受调节器θC2的控制，而调节器θC2的设定值则受调节器θC1的控制；θC1称为主调节器，θC2称为副调节器。2）采用串级控制特点：两个调节器串在一起工作，调节器θC2通过调节冷却剂量以克服冷却水方面的扰动；调节器θC1通过调节夹套内水温的设定值以保证反应温度维持在工艺所希望的某一给定值。θ1温度测量主调节器调节阀夹套槽壁反应槽D2D1θ1rθ2副调节器温度测量反应器的温度串级控制方框图例5-2精馏塔提馏段的温度控制1、简单控制系统方案调节器调节阀蒸汽管路再沸器塔底温度测量D2(蒸汽压力)θrθD

6、1Q被调量：提馏段温度θ扰动D2：加热蒸汽压力扰动D1：加料方面的扰动，如温度、流量、组分等缺点：从调节阀动作到温度变化，需通过很多热容积。调节滞后。2、串级控制方案主调节器调节阀蒸汽管路系统再沸器塔底温度测量D2θrθD1副调节器流量测量QrQ－－图5.8提馏段温度串级控制系统QC2QC1优点：有效地克服蒸汽压力波动对温度θ的影响。θC2控制流量稳定，θC1控制温度稳定。通用的串级控制系统主调节器调节阀副对象主对象主变送器二次扰动一次扰动副调节器副变送器－－主参数设定主参数副参数副回路1)在结构上，串级控

7、制系统由两个闭环组成．副回路起“粗调”作用，主回路起“细调”作用。2)每个闭环都有各自的调节对象，调节器和变送器3)调节阀由副调节器直接控制随动控制系统定值控制系统主回路①主、副回路在外面的闭合回路称为主回路(主环)，在里面的闭合回路称为副回路(副环)。②主、副控制器处于主回路中的控制器称为主控制器；于副回路中的控制器称为副控制器。③主、副变量主回路的被控变量称为主被控变量，也称为主变量或主参数；副回路的被控变量称为副被控变量，也称为副变量或副参数串级控制系统中的名词：④主、副对象主回路所包括的对象称为主对

8、象；副回路所包括的对象称为副对象。⑤主、副变送器检测和变送主变量的称为主检测变送器；检测和变送副变量的称为副检测变送器。⑥一、二次干扰进入主回路的干扰称为一次干扰；进入副回路的干扰称为二次干扰。串级控制系统中的名词：串级控制系统方块图Gp2’(s)串级系统副环的等效性Gp2’(s)§5-2串级控制系统的分析及特点串级控制系统方框图Gc1(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm1(s)Gc2(s)Gm2(s)－