4串级控制系统(1).ppt

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1、第四章多回路过程控制系统东北大学秦皇岛分校单回路控制系统：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。东北大学秦皇岛分校以炼油厂管式加热炉控制为例。(1)采用直接控制方案：选取出口温度为被控参数，燃料量为控制参数，如图所示。4.1串级控制系统4.1.1串级控制系统的组成东北大学秦皇岛分校干扰：被加热油料流量和初温f1(t);燃料油扰动（组分，油压）f2(t)；配风，炉膛漏风和大气温度扰动f3

2、(t)东北大学秦皇岛分校优点：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。干扰：被加热油料流量和初温f1(t);燃料油扰动（组分，油压）f2(t)；配风，炉膛漏风和大气温度扰动f3(t)东北大学秦皇岛分校(2)采用间接控制方案，以炉膛温度为被控参数：如图所示。干扰：被加热油料流量和初温f1(t);燃料油扰动（组分，油压）f2(t)；配风，炉膛漏风和大气温度扰动f3(t)东北大学秦皇岛分校优点：能及时而有效地克服来自燃料油压力方面的干扰。缺点：燃料油控制只起辅助作用；放弃炉出口温度控制将无法克服来自原料流量和温度等方面的干扰。干扰：被加热油

3、料流量和初温f1(t);燃料油扰动（组分，油压）f2(t)；配风，炉膛漏风和大气温度扰动f3(t)东北大学秦皇岛分校温度温度串级将前述方案综合起来，即得串级控制系统如图所示。东北大学秦皇岛分校方框图特征：两台控制器串联在一起，控制一个调节阀。东北大学秦皇岛分校例：图4-1玻璃熔窑温度控制系统温度流量串级东北大学秦皇岛分校为了实现温度控制，可采用如下几种方案：1．温度定值控制东北大学秦皇岛分校2．燃油流量定值控制（如图4-2所示）图4-2玻璃熔窑的燃油流量定值控制东北大学秦皇岛分校图4-3玻璃熔窑温度串级控制系统3．串级温度控制（如图4-3所示）东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校图4

4、-4串级控制系统框图东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校4.1.2串级控制系统的特性分析1.能迅速克服进入副回路扰动的影响图4-5串级控制系统方框图东北大学秦皇岛分校二次干扰对主参数的传递函数：东北大学秦皇岛分校图4-6单回路系统方框图东北大学秦皇岛分校先假定Gc(s)=Gc1(s)，且注意到单回路系统中的Gm(s)就是串联系统中的Gml(s)，可以看到，在s上式中，分母比分子中多了一项，即Gc2(s)Gv(s)Go2(s)Gm2(s)。这项乘积的数值一般是比较大的，因此，上式的值是远小于１的。东北大学秦皇岛分校2.提高了系统的工作频率串级系统的工作频率高于单回路系统的工作频率东北大

5、学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校假设副回路中各环节传递函数为东北大学秦皇岛分校令时间常数缩小了东北大学秦皇岛分校工作频率ω东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校由于To2’ω单东北大学秦皇岛分校3.对负荷变化具有一定的自适应能力东北大学秦皇岛分校从另一方面看，由于副回路通常是一个流量随动系统，当系统操作条件或负荷改变时，主调节器将改变其输出值，副回路能快速跟踪及时而又精确地控制流量，从而保证系统的控制品质。从上述两个方面看，串级控制系统对负荷的变化有一定自适应能力。东北大学秦皇岛分校(1)由于副回路的存在，减小了对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制

6、作用更加及时(2)提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性增强了(3)对二次干扰具有很强的克服能力，对克服一次干扰的能力也有一定的提高。(4)对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力串级控制系统的特点：东北大学秦皇岛分校例：东北大学秦皇岛分校控制品质指标简单控制系统串级控制系统Kc1=3.7TI=38Kc2=10Kc1=8.4TI=13.8衰减率0.750.75残偏差00系统工作频率0.0870.23二次扰动下的短期最大偏差0.240.011一次扰动下的短期最大偏差0.30.11东北大学秦皇岛分校4.1.3串级控制系统的设计一个设计合理的串级控制系统，当干扰

7、从副回路进入时，其最大偏差将会减小到单回路控制系统时的1/10～1/100。干扰从主回路进入，最大偏差也会缩小到单回路控制系统时1/3~1/5。东北大学秦皇岛分校1、主变量的选择选择直接或间接地反映生产过程的产品产量、质量、节能、环保以及安全等控制目的的参数作主变量。选择原则是在条件许可的情况下，尽量选择直接反映控制目的的参数为主变量，不行时可选择与控制目的有某种单值对应关系的间接参数作为主变量；所选的主变量必须有足够的变化灵敏度；还应考虑工艺上的合理性和