串级控制系统与比值控制系统1

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1、第二篇复杂控制系统1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基本要求:21)单回路控制系统的组成2)单回路控制系统的不足一个输入信号，一个输出信号，一个调节器，组成一个闭环．①对象的动态特性使其难以进行控制，同时对调节质量要求较高．如：τ/T>1②控制任务特殊③生产过程的发展,对操作条件要求更加严格,参数间关系更加复杂,对控

2、制精度和功能有许多新的要求Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s)单回路控制系统方框图在单回路的基础上,采取其他措施,组成复杂控制系统(多回路系统)3第五章串级控制系统与比例控制系统4定义: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双闭环系统．§5-1串级控制系统的概念例5-1连续槽反应器温度控制1)生产过程(扰动)2)控制系统方框图反应器温度控制系统夹套槽壁3)缺点物料方面扰动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D1调节器调节阀夹套槽壁反

3、应槽温度测量D2θ1rθ1θ2－三个热容积5采用串级控制反应器的温度串级控制方案特点: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.6副调节器温度测量环路2主调节器调节阀夹套槽壁反应槽D2D1θ1rθ2θ1温度测量环路17例5-2精馏塔提馏段的温度控制精馏塔提馏段温度控制方案1)生产过程2)控制系统方框图3)缺点调节器调节阀蒸汽管路再沸器塔底温度测量D2(蒸汽压力)θrθD1(液相加料方面)Q8两种改进方案：(1

4、)附加蒸汽压力控制方案附加蒸汽压力控制方案缺点：不经济,增加了管道的压力损失把蒸汽压力的干扰克服在入塔前,提高了温度调节品质,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.9(2)串级控制方案优点: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。副调节器流量测量流量自稳定系统主调节器调节阀蒸汽管路系统再沸器塔底温度测量D2θrθD1QrQ－－温度控制系统10例5-3炼油厂管式加热炉温度控制(略)1)生产过程2)控制系统方框图3)缺点串级控制使用特点:被控过程延迟较大11串级控制

5、系统的组成及工作过程1)在结构上，串级控制系统由两个闭环组成．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主参数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－－主参数设定副参数一般串级控制系统副回路随动控制系统定值控制系统主回路12串级控制系统中的名词:主变量:工艺控制指标,在串级控制系统中起主导作用的被控变量.副变量:串级控制系统中为稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量.主对象:为主变量表征其特性的生产设备。副对象:为副变量表征其特性的工艺生产设备。主控制器:按主变量

6、的测量值与给定值而工作,其输出作为副变量给定值的那个控制器，称为主控制器。副控制器:其给定值来在主控制器的输出,并按副变量的测量值与给定值的偏差而工作的那个控制器称为副控制器。一次干扰:进入主回路的干扰称为一次干扰二次干扰:进入副回路的干扰称为二次干扰13§5-2串级控制系统的分析及特点1)副回路的引入对二次扰动的影响串级控制系统方框图Gc1(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm1(s)Gc2(s)Gm2(s)－－R1(S)Y1(s)R2(S)Y2(s)Gd2(s)D2(s)Gp2'(s)14Gc1(s)Gv(s)G

7、p2(s)Gp1(s)Gm1(s)－R1(S)Y1(s)R2(S)Gd2(s)D2(s)单回路控制系统方框图结论:串级控制系统的结构使二次扰动对主控参数的动态增益明显减小,二次扰动出现后,很快就被副调节器克服,与单回路控制系统相比,被调量受二次扰动的影响可以减小10~100倍.152)副回路的引入对被控对象响应速度的影响结论:引入副回路,使等效副对象时间常数减小,快速性得到改善,调节速度加快,使迟延大的问题得到了改善.Tp2'=Tp2/(1+Kc2KvKm2Kp2)Gc1(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm1(s)

8、Gc2(s)Gm2(s)_－R1(S)Y1(s)R2(S)Y2(s)Gp2'(s)D2(s)等效副对象163)副回路的引入对系统负荷变化的影响对于内环等效对象的增益Gv(s)Gp2(s)Gc2(s)Gm2(s)－R2(S)Y2(s)Gp2'(s)等效副对象结论:当副回路增益足够大时,使主回路的特性基本上