过程控制-4.1-串级控制系统ppt课件.ppt

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1、第四章复杂控制系统复杂调节系统类型：1、串级调节系统2、比值调节系统3、均匀调节系统4、前馈调节系统5、选择调节系统6、解耦调节系统7、分程调节系统8、………简单的单回路调节系统：简单、应用广泛复杂调节系统：1、对象特性比较复杂或难以控制2、调节任务比较特殊或要求较高复杂控制系统4.1串级控制系统串级控制系统的工作原理及分析工艺要求：氧化率达到97%以上，为此要将氧化炉温度控制在。氨氧化过程的温度控制氨氧化过程的温度控制串级调节系统方块图：概念：主回路、副回路、主调节器、副调节器、主参数、副参数。核心：主调节器输出作为副调节器给定值，副调节器用于调节阀。串级控制系统的

2、组成干扰作用于副回路（设氨气流量干扰增加）串级控制系统的工作过程图4-6干扰进入副回路时串级调节系统方框图串级控制系统的工作过程干扰作用于副回路（设氨气流量干扰增加）开始：假设副回路给定值不变，氨气流量干扰使氨气流量的调节，最终使氨气流量恢复到给定值。增加，流量调节器（反作用）输出减小，从而使调节阀开度（气开阀）减小，通过副回路继而：由于氨气流量增加进入主回路后，使氧化炉的温度增加，温度调节器（反作用）输出减小，也就是流量调节器给定值减小，由于流量调节器为反作用，因此输出到调节阀膜头信号减小，这样引起调节阀开度减小，使氨气流量减小，通过主回路的调节，最终使氧化炉的温度

3、恢复到给定值。串级控制系统的工作过程结论：当干扰进入副回路，由于主、副回路的共同作用（作用方向相同，都是使氨气流量调节阀开度减小），使副调节器的给定与测量两方面变化加在一起，加速了克服干扰的能力。串级控制系统的工作过程干扰作用于主回路（设空气流量干扰增加）时结论：该调节方式从工作频率来说要比单回路高得多，所以调节时间大大缩短，并且最大超调量也大大减小。工作过程：当空气流量受干扰作用增加时，造成氧化炉温度增加，温度调节器（反作用）输出减小，也就是流量调节器（反作用）的给定值减小，这样流量调节器输出到氨气流量调节阀的信号减小，从而使进入氧化炉的氨气量减小，使氧化炉的温度减

4、小、回复到设定值。串级控制系统的工作过程干扰作用于主回路（设空气流量干扰增加）时假设：串级调节系统串级控制系统分析u可得闭环特征方程：其中：把闭环的副回路看作等效对象：求解可得串级调节系统的过渡过程频率为：其中：串级控制系统分析上图中：单回路调节系统串级控制系统分析可得闭环特征方程：其中：求解可得单回路系统的过渡过程频率为串级控制系统分析2、若使串级调节系统和单回路调节系统具有同样的衰减系数值，即则它们的过渡过程频率之比为两种调节系统性能比较即串级调节系统由于副回路改善了对象的动特性，使整个系统的过渡过程比单回路调节系统的过渡过程频率有所提高，即加快了调节速度，减小了

5、被调量的动态偏差。1、T2’比T2减小(1+K2)倍，且由于G02是一阶惯性环节，所以K2可以取得很大，即副环等效对象时间常数可以减到很小，改善了对象动特性。3、尽可能可以将一些主要干扰包括在副环，利用副环的快速调节进行抑制，利于提高主环的调节品质和减轻主环的负担。串级控制系统分析串级控制系统的特点在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象特征，使控制过程加快，具有超前控制的作用。在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路；有两个控制器：主控制器和副控制器；有两个测量变送器。串级控制系统的特点设定值控制阀流量控制器干扰测量变送温度控制器温度对

6、象干扰测量变送流量对象定值控制系统随动控制系统串级控制系统的特点串级控制系统由于增加了副回路，具有有一定的自适应能力。发生于副回路的内部干扰通常在它影响主被控变量之前，就由副控制器消除其影响了，因而对这类干扰具有较强的稳定作用；过程的相位滞后由于有了副回路而显著减小，这就改善了主回路的响应速度，相当于缩小了主对象的时间常数；副过程增益变化的影响在副回路内部被克服；副回路可按主回路的需要对质量流向或能量流向实施精确的控制。串级控制系统的设计串级控制系统副参数的选择及副回路的设计主副变量间应有一定的内在联系系统的主要干扰应包围在副回路中在可能的情况下，应使副环包围更多的次

7、要干扰副变量的选择应考虑主副对象时间常数的匹配，防止共振的发生。即主副时间常数不能太接近当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后串级控制系统的设计防积分饱和图4-10串级控制主回路的防积分饱和串级控制系统的设计主副控制器正反作用的选择实例当主、副变量在增加（或减小）时，为使主、副变量减小（或增加），要求控制阀的作用方向是一致的时候，主控制器应选择反作用；反之选正作用。设定值控制阀流量控制器干扰测量变送温度控制器温度对象干扰测量变送流量对象反反气开1、调节算法选型：（1）、串级系统副环的对象惯性小，工