复杂控制系统课件.ppt

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1、第九章复杂控制系统单回路控制系统解决了大量的定值控制问题。随着现代工业生产规模越来越大，复杂程度越来越高，产品质量要求也越来越高，简单控制系统已经不能满足这些要求。复杂控制系统可以较好的满足这些要求。在单回路控制系统的基础上，再增加计算环节，控制环节或其他环节的控制系统称之为复杂控制系统。采用复杂控制系统对提高控制品质，扩大自动化应用范围起着关键性的作用。据粗略估计，通常复杂控制系统约占全部控制系统数的10%，但是，对生产过程的贡献则达80%。复杂控制系统有的以结构命名，如串级控制，有的以功能或

2、原理命名，如选择控制，因此，出现交叉复杂的局面，而且他们的功能可以相互熔合，如选择性比值控制，串级比值控制等。常见的复杂控制系统串级均匀比值选择性分程前馈本章学习常见的各类复杂控制系统的基本原理、系统结构和性能分析，以及它们的设计和应用方面的问题。图9－1加热炉温度控制系统被控变量：原料出口温度；操纵变量：燃料流量。当对出口温度控制要求不高时，简单控制系统可以满足要求。图9－1简单控制系统控制品质不高的原因：有干扰时，TC输出信号改变阀门开度，进而改变燃料流量，在炉膛中燃烧后，炉膛温度改变，传给

3、管道，最终改变原料温度。该过程时间常数大，可达到15min。因此等到出口温度改变后，再改变操纵变量，控制不及时，偏差在较长时间内不能被消除。问题：如何及时抑制扰动？首先分析扰动性质及对被控变量的影响。控制系统中，每个扰动到被控变量之间都有一条扰动通道。加热炉温度控制系统的扰动有：（1）燃料压力波动、燃料热值的波动。（2）原料流量的调整或波动、原料入口温度的波动等。第一类扰动首先要影响到炉膛温度，再影响原料出口温度。第二类扰动直接影响到原料出口温度。设想：扰动引起被控变量变化，若能及时抑制扰动，可

4、以提高控制品质。虽然不可能对每个扰动都用一个控制系统来克服波动，但可以把时间常数较大的被控对象分解为两个时间常数较小的被控对象，在控制系统中增加一个中间被控变量，该变量可以及时地反映出某些干扰的影响，通过对该变量的及时控制克服干扰影响，最终使被控变量得到精确的控制，这就是串级控制的思想。加热炉温度串级控制系统如图9－2所示。图9－2加热炉温度串级控制系统中间被控变量：炉膛温度；操纵变量：燃料流量。炉膛温度变化时，TSC可以及时动作，克服干扰。一、串级控制系统组成原理1、串级控制系统组成原理将被控

5、对象分解为两个串连的被控对象，如图9－4所示。以连接分解后的两个被控对象中的中间变量为副被控变量，构成一个简单控制系统，称为副控制系统或副环。图9－3加热炉温度串级控制系统方框图以原对象的输出为主被控变量，即分解后的第二个被控对象的输出，构成一个控制系统，称为主控制系统或主环。主控制系统中控制器的输出信号作为副控制系统控制器的设定值，副控制系统的输出作为主对象的输入，如图9－4所示。图9－4串级控制系统组成原理及术语示意图2、串级控制系统术语主对象、副对象：是由原被控对象分解而得到的。主被控变量

6、、副被控变量：分别是主对象和副对象的输出。主测量值、副测量值：相应被控变量的测量值。主控制器、副控制器：分别负责主、副对象即整个控制系统的控制任务。主设定值、副设定值。主环、副环二、控制过程1、扰动作用于副对象作用于副对象的扰动，可能是燃料油的压力或组分发生了变化。若是压力升高，将导致炉膛温度TS升高。TS升高，导致ZS升高，使ES下降，副控制器输出下降，燃料油流量下降，最终使得TS降低，达到控制目的。TS升高，直接导致TM上升，ZM上升，EM下降，使得RS下降。RS是副环的设定值，RS的下降，

7、副环进一步抑制了扰动压力的变化所引起的炉膛温度TS的变化。由于副环的作用，使控制作用变得更快、更强。下标：M:主环，MasterS:副环，Slave2、扰动作用于主对象作用于主对象的扰动，可能是原料的流量波动或入口温度波动。当原料流量增加时，炉膛温度TS几乎不受影响，但原料出口温度TM下降，使ZM下降，EM上升，RS上升，RS是副环的设定值，RS上升，副环的输出TS一定上升，最终使TM回升，克服扰动。虽然这时TS升高了，但副环不会把TS调整到原来的TS值，因为副环的设定值RS已经调高了。综合上述

8、两个分析可知，在串级控制系统中，由于从对象提取出副被控变量并增加一个副环，整个系统克服扰动的能力更强、作用更及时，控制性能明显提升。三、系统特点（1）分级控制思想这里将一个控制通道较长的对象分为两级，把许多扰动在第一级副环就基本克服掉。剩余的影响及其他方面扰动的综合影响再由主环克服。（2）串级系统结构组成与简单控制系统明显不同，串级控制系统有两个对象：主、副对象；两个控制器：主、副控制器；两个测量变送器：主、副测量变送器；一个执行器，组成了如图9－4所示的系统结构。（3）系统工作方式副环工作既是