串级控制系统34430

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1、《化工仪表及自动化》课程教学课件化工仪表及自动化授课时间：第次课（2学时）教学目的：掌握出级控制系统的基木原理、特点及其应用教学重点：串级控制系统的基本原理、特点及其应用教学难点：串级控制系统的主、副控制器的正、反作用的选择教学过程：讲授教学内容：第十三章复杂控制系统概述简单控制系统是生产过程自动控制屮最简单、最基本、应用最广的—•种形式，在厂里约占80%左右，能解决大量的生产控制问题。但是随着工业的发展，生产工艺的革新和强化，对白动化的要求口益提高。在冇一些控制要求较高的场合，简单控制系统己满足不了生产的要求，这样就和继出现了各种复杂控制系

2、统。复杂控制系统种类繁多，根据系统的结构和所担负的任务，常见的复杂控制冇以下儿种：耒控制系统」13.1.1、串级控制系统概述管式加热炉对炉出口温度的控制I•分严格，为了控制炉出口温度，可以设這图13-1所示的温度控制系统，根据原汕出口温度的变化來控制燃料阀门的开度，即改变燃料量來维持炉出口的温度在工艺所规定的数值上，这是一个简单的控制系统。在实际生产过程中，特别是当加热炉的燃料压力或燃料本身的热值有较大波动时，该简单控制系统的控制质量往往很差，原料油的出【I温度波当对象的滞后较人，干扰比较剧烈、频緊时，可考虑采用串级控制系统。图13-2管式加

3、热炉出口温度串级控制系统在上述控制系统屮，有两个控制器T1C和T2C,接收來自对彖不同部位的测量信号e1和e2。TIC的输出作为T2C的给定值，而后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构看，这两个控制器是串接工作的，因此这样的系统称为串级控制系统。儿个串级控制系统屮常用的名词主变量：工艺控制指标，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。副变量：串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量。主控制器：按主变量的测量值与给定値的偏差而动作作，具输出作为副变量给定值的那个控制器。副控制器：具给定值由主控制器的输出所决定，并按副变

4、量的测量值与给定值的偏差而动作的那个控制器。主对象：对主变量表征其特性的生产设备。副对象：为副变量表征其特性的工艺生产设备。主回路：由主变量的测量变送装置，主、副控制器，执行器和主、副对彖构成的外冋路。副回路：由副变量的测量变送装置，副控制器执行器和副对象所构成的内回路，亦称内环或副环。图13・4串级控制系统典型方块图13.1.2、串级控制系统的特点及应用13.1.2-1.系统的结构串级控制系统有两个闭合回路。主、副控制器串联，主控制器的输出作为副控制器的给定值，系统通过副控制器的输出操纵控制阀动作，实现对主变量的定值控制。所以在串级控制系统

5、中，主冋路是个定值控制系统，副回路是个随动系统。在串级控制系统屮，主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺参数。控制系统的口的主要就在丁•稳定这一变量，使它等于工艺规定值。所以，主变量的的选择原则与简单控制系统中介绍的被控变量的选择原则是一样的。副变量的引入往往是为了提高主变量的控制质量，它是基于主，副变量Z间具有一定的内在关系而工作的。因此，在主变量选定后，选择的副变量应与主变量有一定的关系。选择串级控制系统的副变量一般有两类情况：一类情况是选择与主变量冇一定关系的某一屮间变量作为副变量；另一类选择的副变量就是操纵变量本身，这样能及

6、时克服它的波动,减小对主变量的影响。图13-5精徭塔塔釜温度串级控制在上例中，选择的副变量就是操纵变量(即蒸汽流量)木身。这样，当干扰來口蒸汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，使塔釜温度的控制质量得以提高。13.1.2-2.系统的特性(1)干扰作用于副回路干扰F1不存在，干扰F2引起02变化，控制器T2C及时进行控制，使其很快稳定下来；如果干扰量小，经过副回路控制后，F2—•般影响不到温度B1；如果干扰量大，其大部分影响为副冋路所克服，波及到被控变量温度01再由主冋路进一步控制，彻底消除干扰的影响，使

7、被控变量冋复到给定值。由于副冋路控制通道短，时间常数小，所以当干扰进入冋路时，可以获得比单冋路控制系统超前的控制作用，有效地克服燃料油压力或热值变化对原料油出口温度的影响，从而大大提高了控制质量。在确定副冋路时，除了要考虑它的快速性外，还应该使副冋路包括主耍干扰，可能条件下应力求包括较多的次要干扰。(1)干扰同时作用于副回路和主对象在干扰作用下，主、副变量的变化方向相同。炉膛温度o2原料油出口温度oxtT主控制器的输出/测量值T-＞给定值/T副控制器的输出外叫复设定值主、副变量的变化方向相反，一个增加，另一个减小。炉膛温度02T,原料油出口温

8、度qIt主控制器的输出T副控制器的测定值偏差为零时T副控制器输出不变在串级控制系统屮，由于引入一个闭合的副回路，不仅能迅速克服作用丁副冋路的干扰，而且对作用于主对象