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1、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投用方法（包括抗积分饱和、参数整定等）。串级调节系统概念定义:串级调节系统是在自动调节系统中,用两台调节器串接起来,主调节器的输出作为副调节器的给定值,由副调节器去操纵阀门的调节系统.串级调节系统的方块图副控制器执行器副对象主对象主控制器副变送器主变送器给定+主变量扰动f扰动f+21S203串级调节系统的工作过程1.干扰作用于副回路副参数塔底流量波动使系统状况发生变化
2、时,它会迅速反映出这种情况,副调节器便立即进行调节.对于幅度小的干扰,经过副回路的及时调节,一般影响不到液面的变化.当干扰很大时在副回路快速调节下干扰幅值大大减少,尽管还将影响到主参数----塔底液面,当主调节器投入调节过程后,很快可以克服干扰.2.干扰作用于副回路假如塔底流量正常,进料流量发生变化,至使塔底液面偏离给定值,此时主调节器立即工作,输出相应变化,通过改变副调节器的给定值与塔底流量的偏差发出相应的输出信号,改变调节阀的开度从而使塔底液面尽快回到给定值上.串级调节系统的特点1.串级调节系统副回路的存在,明显改
3、善了对象特性提高了系统抗干扰的能力2两个调节器串在一起调节,提高了系统的调节精度3串级系统具有一定的自适应能力。总之,串级调节系统从主环上看,是一个闭环负反馈系统,从副环看,它是主环内的一个负反馈系统.两个调节器串联在一起,无论干扰由什么地方进入系统,都具有良好的可控性.干扰未使主调节发生调节作用前,就被副调以”先调”.”快调.粗调所克服.剩余的干扰作用,再由主调.慢调.细调来克服.在串级调节系统中,由于引入了一个副回路,即能急早克服进入副回路的干扰对主参数的影响,又能保证被调参数(主参数)在其它干扰作用下及时加以调节
4、,因此能大大提高调节系统的质量,以满足生产的要求.反应器温度的串级控制方案特点：两个调节器串在一起工作，调节器TC2通过调节冷却剂量以克服冷却水方面的扰动；调节器TC1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。反应器温度串级控制框图TC1称为“主调节器”，TC2称为“副调节器”。DCS串级控制组态方框图T1036(AI)TIC1036(REGCTL)PULL“AUTO”FIC1013(REGTCL)F1013(AI)FO1013(AO)“CAS”PULLPUSHpvspspopPv串级控制系
5、统方块图注：D1、D2综合反映了一次扰动、二次扰动对控制系统副参数与主参数的动态影响；主回路是指：副回路闭合状态下等效的单回路（将副回路看成是一个等效的控制阀）。串级系统副环的等效性串级控制系统的特点（1）副回路（有时称内环）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，有串级控制系统的特点（2）改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率。在相同的衰减比下，主调节器的增益可显著加大。内环等效对象为串级控制系统的特点（2）若则结论：由于副回路的存在，使主控制通道的动态特性得到改善（时间常
6、数显著减少）串级控制系统的特点（3）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力，并能自动地克服副对象增益或调节阀特性的非线性对控制性能的影响。对于内环等效对象的增益当结论：当副回路增益足够大时，使主回路的特性基本上和副对象、调节阀的增益无关（系统的“鲁棒性”强）。串级系统分析举例串级系统分析举例（续）原单回路系统串级回路的等效系统副回路对主对象开环特性 的影响举例引入副回路后的等效主对象原始的主对象副回路的引入 对主参数开环特性的影响串级系统的设计原则副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小，调节通道短，反
7、应灵敏；副回路应包含被控对象所受到的主要干扰；尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。常用的串级控制系统：温度+流量、温度+压力、液位+流量、温度+温度等。串级系统副参数的选择举例分析问题：副回路的快速性与副回路所能包括的扰动范围之间的矛盾。串级方案设计举例串级方案设计举例（续）讨论：副回路所能包括的扰动越多，副对象与主对象的动态特性的差别越小，越容易引起内外回路之间的“共振”（系统稳定性越差）。串级系统副调节器选型副调节器常选择PI控制律原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一般不宜加微分作用；另外，副
8、回路的主要目的是快速克服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能力，理想上不用加积分作用。但实际运行中，串级系统有时会断开主回路，因而，通常需要加入积分作用。但积分作用要求弱些以保证副回路较强的抗干扰能力。串级系统主调节器选型主调节器常选择PI或PID控制律原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而对于主参数为温度的串级系统
