《串级控制》PPT课件

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1、第二章复杂控制系统第一章内容:单回路控制系统分析及设计控制规律:简单PID控制特点：结构简单、应用广泛，占控制系统总数近90%在绝大多数情况下，可以满足要求，实际应用比较广泛过程特点：大型化、装置复杂、扰动频繁且剧烈系统本身时变非线性系统各参数之间耦合严重存在有滞后控制性能要求高存在问题：单回路PID控制，已不能满足系统的要求解决方法：本章的研究内容改进控制方案的设计设计适合生产过程特点的控制方案2021/7/241复杂控制系统可分为两大类：⑴提高响应曲线性能指标为目的的控制系统，包括：①串级控制系统②前馈控制系统⑵按某些特定要求而开发的控制系统，包括：

2、①比值控制系统②均匀控制系统③分程控制系统和阀位控制系统④选择性控制（取代控制）系统2021/7/242加热炉温度控制2.1串级控制系统TC101可设计TO与GC的单回路PID控制2.1.1基本原理和结构1、什么是串级控制系统操纵变量：燃料气流量受控变量:进料出口温度分析对象的特性：加热炉内管有数百米长，热容很大，是典型的一阶加纯滞后过程。当输入变化时，输出要延迟一段时间，且变化缓慢若温度不变，T0→Gc的PID控制，则阀的开度不变燃料气阀上游压力波动时，虽阀的开度不变，但流量变化，将影响温度，温度→燃料量的单回路PID对此特定的过程控制不及时，不能

3、满足工艺要求。2021/7/243采用燃料气流量的单回路控制，虽可以保证燃料气的流量恒定，克服了阀前压力扰动的影响，但控制系统对温度是开环的，当负荷变化、燃料气燃烧值变化时，进料出口温度变化，流量控制系统不能保证温度恒定。因此以上两种控制方案都不能满足工艺要求。将温度和流量控制结合起来，设计一种新型的控制方案：流量控制时，若温度增加，将流量控制器给定值降低，让燃料气的流量减小，以维持温度恒定，流量控制器的设定值随温度变化。由此产生了一种新的控制方案FC101TR101FC101TC101由温度控制器去设定流量控制器的设定值→串级控制2021/7/244G

4、c2(S)Gv(S)主控制器+-串级控制系统方块图Gp2(S)Gp1(S)Gm2(S)Gc1(S)Gm1(S)+-副控制器控制阀副对象主对象u1u2r1y1y2c1c2f1f2内回路为副回路：包括副控制器、控制阀、副受控对象、副变量测量变送器。串级控制系统是由两个控制器的串接组成，一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，只有一个控制器的给定由外部设定。2、串级控制系统的结构系统框图如下系统由内外两个回路组成：2021/7/245外回路称为主回路：主控制器、副回路、主变量测量变送器、主受控对象3、系统的传递函数主变量：工艺

5、要求的主要控制变量副变量：维持主变量平稳引出的中间变量副对象：反映副变量与操纵变量之间的关系主对象：反映主变量与副变量之间的关系主控制器：接受主变量的偏差，去改变副控制器的设定值副控制器：接受副变量的偏差，去输出给控制阀。FC101TC101系统的特点：主控制器输出改变副控制器的设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的。2021/7/246cTCTC温度对炉膛温度串级2021/7/247Gc2(S)Gv(S)+-Gp2(S)Gp1(S)Gm2(S)Gc1(S)Gm1(S)+-u1u2r1y1y2c1c2f1f22021/7/248设对象的特性分别

6、为：Gc2(S)Gp2(S)Gp1(S)Gc1(S)-+y1r1-+2.1.2串级控制系统分析1、举例2021/7/249副回路的开环传递函数：临界频率可由下式求得：2021/7/2410上例说明设计串级控制具有如下优点：临界比例度法：副对象的动态滞后总比整个对象的动态滞后小，因此副回路的临界频率高于单回路的临界频率。主回路的开环传递函数：同理可求得主回路临界越频率：若采用单回路(1)副回路单回路2021/7/2411副回路的动态响应比单回路快得多，对进入副回路的干扰具有较快的抑制作用。(2)主回路单回路提高主回路的临界频率，加快了对干扰的响应，提高了控

7、制品质。(3)主回路单回路在相同的稳定性下，主调节器的比例度比单回路调节器的比例度小，控制作用增强，提高了系统的控制品质。2、串级控制的主要优点①副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速地克服，减小了干扰对主变量的影响。②引入副回路，改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后)，提高了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力。③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制。④串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性。2021/7/2412鲁棒性：控制系统的控制品质对特性变化的敏感程度，越不敏感，鲁棒性越好。注意：①主回路对副对象及控制阀特性变化

8、具有鲁棒性，但副回路本身并没有此功能，副对象和阀的特性仍影响副回路的稳定性；②主