第3章 串级调节系统

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1、第一章串级调节系统§3-1概述一、单回路反馈调节系统的特点_++1、调节过程显然，调节器动作明显迟后于的变化，即不能及时消除干扰对被调量的影响，造成变化较大。2、的整定是根据对象来整定的，而热工对象一般是惯性大，阶次高，为保证系统稳定，的动作必须缓慢，造成调节过程太长。二、改进途径从上述分析可看出，造成这种缺陷的原因有两个：1）可控性差(如惯性大)2）系统结构不为最佳针对上述原因，加以改进：1）对于外扰，设法设计一个装置以及时消除因扰动而产生的偏差1）尽量取得一些比被调量提前反映扰动的辅助信号，那么调节器就能提前动作，有效的限制被调量的动态偏差。2）若能改善调节作用下对象

2、的动态特性，则无疑会改善调节变量。根据这些改进思想，电厂热工过程自动调节中常用到串级调节系统，采用导前微分信号的系统，前馈-反馈调节系统和多变量调节系统等。§3-2串级调节系统一、串级调节系统的结构1、实例执行器低过喷水减温高过蒸汽口A单回路调节系统只有在变化后，PI才会动作，因而减温水阀才动作。由于过热器惯性大，动态偏差大B串级调节系统（加上测量元件）添加一个控制中间信号，一个调节器，只要发生变化，执行机构就能动作。2、串级系统方框图__+A定义：调节系统有两个调节回路，并且两个调节器串联工作。B几个名词：1）导前区和惰性区:调节对象中间点参数以前的部分，称为调节对象的

3、导前区，以后的部分称为调节对象的惰性区。2）主、副参数：整个调节对象的被调量称为主参数，导前区的被调量称为副参数，也称中间点或辅助参数。3）主、副调节器：根据主参数与给定值的偏差而动作的调节器为主调节器，以主调节器的输出为给定值，并根据副参数与给定值的偏差而动作的调节器为副调节器。4）主、副回路：副回路或内回路，随动回路主回路3、和主、副调节器类型地选择从热工自动控制系统来看，串级系统有两类：1)要求，均等与给定值。对于这种情况，只能由生产过程要求确定，而主、副调节器均应选择PI，以使稳态时，，均等于给定值。2）等与给定值，不加限制。如汽温调节系统：选择能提前反应较多的扰

4、动能测量副调节器：选P或PD,以尽快消除内回路扰动；主调节器：选PI或PID，保证。4、主、副回路的选择原则1）副回路应该把生产系统的主要干扰包括在内，应力求把变化幅度最大、最剧烈和最频繁的干扰包括在副回路内，以充分发挥副回路改善系统动态特性的作用，保证主参数的稳定。2）选择副回路时，应力求把尽量多的干扰包括进去，以尽量减少它们对主参数的影响，提高系统抗干扰能力。3）主副对象的时间常数应适当匹配，原则是两者相差大一些，效果好。5、主副回路调节器调节规律的选择原则1）主参数控制质量要求不十分严格，同时在对副参数的要求也不高的情况下，为使两者兼顾而采用串级控制方式时，主副调节

5、器均可采用比例控制。2）要求主参数波动范围很小，且不允许有静差，此时副调节器可采用比例调节，主调节器采用PI3）主参数要求高，副参数也有一定要求时，主副调节器均采用PI二、串级系统分析分析它的抗干扰能力和跟踪能力。如对于下图系统，_++若定值经常变化，而系统要求跟着变化，可看作是随动系统。这时越快越好，即，跟踪能力好，如内回路。若不变，系统的目的使维持，那若扰动，看作是定值系统，常希望系统的抗干扰能力强，即，如串级系统外回路。不同的扰动，串级系统的调节效果是不同的。1．副回路内的扰动1）串级系统能有效抑制副回路的扰动假定则，一般情况可整定的较大。显然的静态放大系数小于的静

6、态放大系数，即由于副回路的存在减小了对的影响。由于副回路地存在，当扰动时，的变化会在很短时间内达到平衡。2）串级系统可以看作是改善了调节对象动态特性的单回路调节系统，提高了调节品质。若无副回路：调节对象有副回路：等效对象因此，副回路相当于改变了导前区的动态特性：a在主回路工作时，副回路是作为随动系统参与的；b如果比起惯性和延迟均很小，则副回路相对于主回路而言，可看作是快速随动系统。即，又副回路可等效为故串级系统的等效框图为1、副回路外的扰动当扰动发生在副回路外时，尽管它不能直接削弱对的影响。但由于副回路改善了对象动态特性，即把，所以串级系统比单回路系统而言，的动态偏差要小

7、，调节过程要短。但要注意，对象特性改善的程度不是很大，很多惯性很大的汽温控制，控制品质不尽人意。2、结论A）副回路作为随动系统参与主回路工作，若导前区的延迟，惯性和整个对象相比小得多，则副回路为快速随动系统。B）副回路的存在改善对象导前区的动态特性，提高了对发生在副回路的扰动的抑制力，也提高了主回路的控制性能。三、串级系统的整定单回路整定据闭环特征方程式1、一般方法A主调节器整定串级闭环系统特征方程式：(A)注意中包含了副调节器B副调节器的整定系统特征方程为：(B)注意中包含了主调节器步骤：（逐步逼近法）这种方法比较繁琐，介绍