串级控制系统

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1、串级控制系统的结构与工作过程基本思路：以加热炉控制为例，介绍串级控制思想的提出、串级控制系统的基本构成、基本术语与工作过程加热炉温度控制系统方案1：出口温度为被控参数燃料量为控制参数T1CT1T影响出口温度的因素：方案1的分析方案1的分析所有的扰动都包含在环内，理论上都可以由温度控制器予以克服；控制通道的时间常数和容量滞后比较大，控制作用不及时，系统克服扰动的能力比较差。方案2：选择炉膛温度为被控参数T1CT1T方案2的分析：方案2的分析能及时有效地克服扰动f2(t)、f3(t)的影响；f1(t)未包含在环内，系

2、统不能克服扰动f1(t)对出口温度的影响。总之，两种方案各有不同的优点，因此，可以综合考虑二者的优点。串级控制系统的构成综合考虑两种方案的优点：选取炉出口温度为主被控变量，选取炉膛温度为副被控变量，把炉出口温度控制器的输出作为炉膛控制器的给定值。串级控制系统流程图T1CT1TT2CT2T串级控制系统的框图串级控制系统的基本术语主参数（主变量）：对象的主控参数副参数（副变量）：为了稳定主参数而引入的辅助参数主对象：由主参数表征其特性的生产过程副对象：由副参数为输出的生产过程，副回路所包含的对象。串级控制系统的基本术

3、语主调节器（主控制器）：按主参数的测量值与给定值的偏差进行工作的调节器。副调节器（副控制器）：按副参数的测量值与主调节器输出的偏差进行工作的调节器。主回路与副回路串级控制系统的基本术语一次扰动：不包括在副回路内的扰动。二次扰动：包括在副回路内的扰动。加热炉串级控制系统流程图T1CT1TT2CT2T加热炉串级控制系统工作过程串级控制系统的实施方案一般的串级方案主控制器副控制器电气转换器控制阀副对象主对象副变送器主变送器双笔记录仪RY--通过双笔记录仪对主、副变量记录。电气转换器是阀门定位器。串级控制系统的实施方案能

4、实现主控-串级切换的串级方案主控制器副控制器电气转换器控制阀副对象主对象副变送器主变送器双笔记录仪RY--T串级控制系统的实施主、副控制器控制规律的选择；主、副控制器正、反作用形式的选择；串级与主控直接切换条件。主、副控制器控制规律选择主控制器控制规律：主控制器起定值控制作用，主变量是主要指标，允许波动小，一般要求无余差，因此一般要选择PI或PID。主、副控制器控制规律选择副控制器起随动控制作用，副变量的设置是为了保证主变量的控制质量，对快速性要求较高，可以在一定范围内变化，允许有余差，因此副调节器一般选P控制规

5、律即可。副调节器一般不引入I或D引入I：会延长控制作用，减弱副回路的快速作用。引入D：因为副回路本身起快速作用，再引入D会使控制阀动作过大，对控制不利。主副控制器正、反作用方式的选择基本原则：整个控制系统构成负反馈系统具体做法：主通道各环节放大系数极性乘积必须为正极性规定：与单回路系统相同应用举例1：加热炉温度控制系统T1CT1TT2CT2T主变量：出口温度；副变量：炉膛温度燃料控制阀的选择：从安全角度出发，一旦调节阀损坏，保证控制阀处于全关状态，切断燃料进入加热炉，确保设备安全，所以要选择气开式调节阀。副回路的

6、分析主回路的分析调节过程出口温度升高主控制器输出减小副控制器给定减小控制阀开度减小加热炉燃料减少炉膛温度下降出口温度下降反作用形式随动系统副控制器输出减小气开式形成闭环控制相当于测量值增加应用举例2：精馏塔提馏段温度控制系统精馏过程：将混合物料中各组分分离，达到规定的纯度。分离的机理：利用混合物中各组分的挥发度不同（沸点不同）使液相中的轻组分（低沸物）和液相中的重组分（高沸物）互相转移，从而实现分离。精馏塔示意图进料热蒸汽采出冷凝冷却器F,zfB,xBD,xDLBLDL回流罐回流泵再沸器精馏塔提馏段温度控制系统进

7、料热蒸汽采出F,zfB,xBLB再沸器精馏塔TCTT如果蒸汽压力波动比较大、比较频繁，而塔釜容量比较大，控制将很不及时，控制效果会很差。控制阀的蒸汽流量不仅与阀的开度有关，而且与阀前后的压力有关。增设一个流量控制系统两个系统相互关联，无法工作。进料蒸汽采出F,zfB,xBLB再沸器精馏塔TCTTFCFTV1V2关联情况分析当进料量增大，提馏段温度下降，TC开始调节，V1开度增大，蒸汽流量增大。由于流量是个闭环系统，当检测到流量增加，FC开始调节，使流量等于设定值，即将V2关小。上述两种情况发生矛盾，无法实现控制。

8、构成串级控制系统进料蒸汽采出F,zfB,xBLB再沸器精馏塔TCTTFCFT串级控制系统方框图温度控制器流量控制器控制阀流量对象温度对象副变送器主变送器RY--控制阀气开、气关形式的选择依据安全要求，当出现故障无信号输入时，应将阀关闭，防止将塔釜烧干损坏设备，因此，选择气开式控制阀。KV>0副控制器正、反作用形式选择副对象：当阀门开大，流量增加，所以副对象为正过程，K02