串级控制系统与比值控制系统

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1、第三章串级控制系统与比值控制系统组成：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10/16/20212过程控制定义: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．3-1串级控制系统的概念10/16/20213过程控制图3.1反应器温度控制系统夹套槽壁例3-1连续槽反应器温度控制

2、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3.2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：夹套、槽壁、槽中的物料。10/16/20214过程控制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。10/16/20215过程控制

3、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10/16/20216过程控制例3-2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)θrθD1Q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。10/16/20217过程控制2、两种改进方案：(1)附加蒸汽压力控制方案图3.6附加蒸汽压力控制方案把蒸汽压力的干扰克服在入塔前，提高了温度调节

4、品质，但需增加一个调节阀，且增加了蒸汽管路的压力损失，经济上不合理。10/16/20218过程控制(2)串级控制方案（好）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3.8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。10/16/20219过程控制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，串级控制系统由两个闭环组成．副回路起“粗调”作

5、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10/16/202110过程控制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；处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：10/16/202111过程控制④主、副对象主回路所包括的对象称为主对

6、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：10/16/202112过程控制串级控制系统方块图Gp2’(s)10/16/202113过程控制串级系统副环的等效性Gp2’(s)10/16/202114过程控制串级控制系统的特点（1）副回路（内环）具有快速调节作用，它能有效地克服二次扰动的影响；由于而对于动态滞后较小的副回路，有10/16/202115过程控制（2）由

7、于内环起了改善对象动态特性的作用，因此可以加大主调节器的增益，提高系统的工作频率。设副回路中各环节传递函数为1＋KC2KVKP2Km2>1TP2’

8、统.其中主回路是定值控制，副回路是随动控制．2)副回路的引入，大大克服了二次扰动对系统被调量的影响3)副回路的引入,提高了整个系统的响应速度,使其快速性得到了提高．4)串级控制系统对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力．串级控制系统