第五章-串级控制系统ppt课件.ppt

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1、第五章串级控制系统与比值控制系统§5-1串级控制系统的概念单回路控制系统：结构简单，但难于适应工艺参数间关系比较复杂的控制，特别是现代大规模工业生产。复杂控制系统：具有两个以上的检测变送单元、或控制器、或执行器，能完成一些复杂或特殊的任务串级控制系统：对改善控制品质有独到之处，故而在过程控制系统中应用很广泛。1998。9。21一.串级控制系统的组成1、问题的提出例5-1以连续槽反应器温度控制为例下图是单回路控制系统扰动冷却水温度、压力物料流量、温度、组分等。例5-2精馏塔提馏段温度控制扰动：物料蒸汽压力波动控制目标：温度稳

2、定串级控制方案串级系统控制框图问题：控制通道容量滞后很大，控制缓慢。燃料压力或燃料的热值变化影响炉膛温度热传导给原料影响出口温度15min3min原料出口温度θ1(t)原料θ1T燃料管式加热炉θ1C例5-3以炼油厂管式加热炉的出口温度控制（1）扰动燃料油方面---组分、油压；喷油用过热蒸汽压力；被加热油料—流量、温度；配风、炉膛漏风。(2)、采用单回路控制方案：如上图所示。优点：所有对温度的干扰都包括在控制回路之中。缺点：对燃油流量变化等干扰控制不及时，总滞后较大。炉膛温度变化θ2T、θ2C回路先改变燃料量θ

3、1T、θ1C回路再改变燃料量出料温度变化解决措施：在影响出口温度的通道中，加测炉膛温度的变化，提前控制。燃料压力变化3min原料出口温度θ1(t)原料θ1Cθ1T燃料管式加热炉θ2Tθ2C(2)、方框图：如下图所示。(3)、特征：两台控制器串联在一起，控制一个调节阀。1998。9。21(5)、常见名词术语:串级控制系统与单回路控制系统的区别：两个回路.主、副变量，主、副控制器，主、副对象，主、副变送器，主、副回路等。4-5二、二次干扰包含在副环内的扰动称为二次干扰，作用副环之外的干扰为一次干扰。结构特点：系统有两个闭合回

4、路，形成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出作为副调节器的给定值。主控制器执行器副对象主对象主变送器副变送器副控制器＋－－＋主变量副变量给定干扰二次干扰一次干扰1．燃料压力f3(t)、燃料热值f4(t)发生扰动——干扰进入副回路进入副回路的干扰首先影响炉膛温度，副变送器提前测出，副控制器立即开始控制，控制过程大为缩短。主控制器调节阀x1炉膛原料油f3、f4f1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器＋x2(t)θ2(t)θ1(t)－－＋三、串

5、级控制系统的工作过程主控制器调节阀x1炉膛原料油f3、f4f1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器＋x2(t)θ2(t)θ1(t)－－＋2．原油流量f1(t)、原油入口温度f2(t)发生扰动——干扰进入主回路对进入主回路的干扰，虽然副变送器不能提前测出，但副回路的闭环负反馈，使对象炉膛部分特性的时间常数大为缩短，则主控制器的控制通道被缩短，控制效果也得到改善。3．干扰同时作用于副回路和主回路主副回路干扰的综合影响有两种情况：（1）主副回路的干扰影响方向相同。如：燃料压力f3(t)↑→炉膛温度↑→出口温度↑→副控制器开始调节

6、原油流量f1(t)↓→出口温度↑→主副控制器共同调节主控制器调节阀x1炉膛原料油f3、f4f1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器＋x2(t)θ2(t)θ1(t)－－＋（2）主副回路的干扰影响方向相反。如：燃料压力f3(t)↑→炉膛温度↑→出口温度↑→副控制器开始调节原油流量f1(t)↑→出口温度↓→主控制器反向调节，使副控制器调节量减小。主控制器调节阀x1炉膛原料油f3、f4f1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器＋x2(t)θ2(t)θ1(t)－－＋§5-2串级控制系统的分析一、副环具有快速作用，能有效克服二次干

7、扰串级控制系统能使等效副对象的时间常数变小，副环具有快速作用，从而有效克服二次扰动的影响。将整个副回路看成一个副对象，则简化为书P108中的（5-1）式。串级控制单回路控制串级控制单回路控制串级控制增加项副调节器Gc2（s）大于1，增加项远大于1，使得串级控制的抗干扰能力增强。由于等效副回路时间常数的缩短，系统的工作频率提高了（可使振荡周期缩短）。通过对串级和单回路控制系统特征方程的分析(P109～110)，可知:串>单。二、副环改善对象的动态特性，可加大副调节器增益，提高系统的工作频率三、对负荷或操作条件变化有一定

8、的自适应能力单回路控制系统只有一个控制器，设定值一般不变，难以适应负荷非线性的变化。串级控制系统中，副回路是一个随动系统，设定值随主控制器的输出而变化，适应负荷变化的能力较强。副环参数变化影响很小，亦可说明副回路能自动地克服对象非线性特性的影响。串级系统特