串级控制系统过程控制（自动化）解析ppt课件.ppt

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1、单回路PID控制系统小结介绍了简单被控过程的机理建模方法；讨论了控制阀“气开、气关”形式与流量特性的选择问题；讲述了“广义对象”动态特性的典型测试方法；介绍了单回路控制器“正反作用”的选择原则；详细分析了单回路PID参数整定方法；介绍了PID控制器的“防积分饱和”技术。习题3-4:机理建模举例(1)列写过程微分方程组;(2)画出方框图;(3)求传递函数习题3-4:列写状态方程物料平衡方程:将流量方程代入物料平衡方程,即得到过程状态方程习题3-4:状态方程传递函数表示由以上传递函数方程,可画出相应的方框图.习题3-4:过程传递函数方框图习题3-4:计算输入输出传递函数利用方框图

2、等效变换;直接用传递函数计算公式;通过求解传递函数方程组.习题4-9:控制阀流量特性选择热平衡方程:控制通道静态增益:λ---冷凝潜热；C1--比热容被控对象的动态特性变化对控制阀流量特性选择的考虑从静态增益补偿的角度从动态特性变化的角度(Why?)？单回路系统防积分饱和原理分析讨论：正常情况为标准的PI控制算法；而当出现超限时，自动切除积分作用。为什么?课堂提问采用纯比例控制，Kc增加时系统的稳定性会怎样？稳定的情况下余差会怎样？采用PI控制，Ti调小时为保持系统稳定性，比例度应该怎样变化？什么是积分饱和？反馈控制如何防积分饱和？串级控制系统CascadeControlS

3、ystem本讲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。反应釜温度单回路控制系统操纵变量：冷却剂流量被控变量：反应温度扰动变量：冷却剂温度以及工艺介质流量控制规律：PID单回路控制系统的抗干扰性能(参见仿真程序…/CascadePID/SinglePidwithLimit.mdl)反应釜温度单回路控制响应曲线单回路控制系统分析问题：从扰动开始至调节器动作，调节滞后较大，特别对于大容量的反应槽，调节滞后更大。冷却水入口温

4、度↑→夹套内冷却水温度T2↑→（经对流传热）槽壁温度↑→反应槽温度T1↑→（经反馈回路）冷却水量↑系统控制与扰动的分析干扰变量的影响：冷却水入口温度变化→夹套内冷却水温度变化→槽壁温度变化→反应槽温度变化控制变量的影响：冷却水调节阀开度变化→冷却水流量变化→夹套内冷却水温度变化→槽壁温度变化→反应槽温度变化解决方法对于冷却水方面的扰动，如冷却水的入口温度、阀前压力等扰动，夹套冷却水温度T2比反应槽温度T1能更快地感受。因而可设计夹套水温单回路控制系统TC2以尽快地克服冷却水方面的扰动。但TC2的设定值应根据T1的控制要求作相应的变化（这一要求可用反应温度调节器TC1来自动实现

5、）。“串级控制”串级控制系统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讨论:主副控制器的“正反作用”选择。反应器温度测量变送器夹套水温测量变送器串级系统的参数整定与抗干扰(参见仿真程序…/CascadePID/CascadePidwithLimit.mdl)反应器温度的串级控制响应串级控制系统方块图注：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

6、回路（将副回路看成是一个等效的控制阀）。串级控制系统常用术语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）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）。补充说明鲁棒性：控制系统的控制品质对对象特性变化的敏感程度。系统品质对对象特性变化越不敏感，则该系统的鲁棒性越好。主回路对副

7、对象和控制阀的特性变化具有鲁棒性，但副回路本身却并没有这种特性，副对象或控制阀特性的变化依然会较敏感地影响副回路的稳定性。主回路对副回路反馈通道特性的变化没有鲁棒性。串级控制系统的特点（3）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。副回路等效对象为：若：串级控制系统的特点（3）-续结论：由于副回路的存在，使主控制通道的动态特性得到改善（时间常数显著减少）反应器温度的串级控制响应串级系统的设计原则单回路控制不能满足性能要求；有反映系统主要干扰的可测副参数；调节