复杂过程控制系统

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1、第四章复杂过程控制系统第一节串级控制CascadeControlSystem了解串级控制系统的概念与特点；掌握串级控制系统的方框图表示法；结合控制原理，掌握串级系统的分析方法；了解串级控制系统的设计原则；掌握串级控制系统的参数整定方法;了解串级控制系统的抗积分饱和措施。本节基本要求加热炉温度控制燃料油进料出料炉腔炉膛影响炉出口温度的因素（1）被加热物料的流量和初温变化f1(t)（2）燃料热值的变化、压力波动、流量变化f2(t)（3）烟囱抽力的变化f3(t)f1(t)f2(t)f3(t)方案一被控变量：炉出口温度控制变量：燃料

2、流量控制阀：气开阀加热炉温度控制特点：对所有扰动可以克服控制通道的时间常数和容量滞后大，克服扰动能力差T1C燃料油进料出料T1T方案二被控变量：炉膛温度控制变量：燃料流量控制阀：气开阀特点：控制通道的时间常数较小，对扰动f2(t)，f3(t)可以及时克服，对f1(t)不能及时克服。T2C燃料油进料出料T2T加热炉温度控制串级控制系统框图加热炉温度串级控制系统原理图T1CT2C燃料油进料出料T1TT2T串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。加热炉温度

3、串级控制系统框图燃料热值的变化、压力波动f2(t)，烟囱抽力的变化f3(t)---二次扰动或副回路扰动被加热物料的流量和初温变化f1(t)---一次扰动或主回路扰动一次扰动和二次扰动同时存在加热炉温度串级控制系统工作过程串级控制系统框图串级控制系统的特点与分析结构特点：两个闭环，即主环与副环；两个对象串联，即主对象与副对象；两个被控参数，即主被控参数与副被控参数；两套测量变送装置；两个调节器，即主调节器与副调节器；一套调节装置；主环为定值控制，副环为随动控制，即主调节器的输出为副调节器的设定值。串级控制系统的特点与分析控制效

4、果：1）改善了过程的动态特性，提高了系统的工作频率。理论分析：由于副回路的存在，其等效过程可记为：串级控制系统的特点与分析控制效果：则：可见，等效过程的时间常数大大缩小，改善了过程的动态特性；又由于串级控制系统的特征方程为：串级控制系统的特点与分析控制效果：对于同一过程的单回路控制系统，其特征方程为：***由于串级系统工作频率的提高，缩短了振荡周期，提高了控制质量。2）能迅速克服进入副回路的干扰，提高控制质量。理论分析控制性能与抗干扰能力的综合指标为：对同样过程的单回路控制，其综合指标为：***由此可见，串级控制由副回路的存

5、在，控制作用的总放大系数提高了，因而抗干扰能力与控制能力均比单回路控制系统有了明显提高。(3)对一次扰动有很强的抑制能力理论分析，串级控制对一次扰动理论分析，单回路控制对一次扰动一般情况下：故：串级控制系统比单回路控制系统抗一次扰动更强一些4）对负荷和操作条件的变化适应性强小结：串级控制系统能大大提高控制质量的原因有：(1)对进入副回路的干扰有很强的抑制能力(2)改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率(3)对一次扰动有很强的抑制能力(4)对负荷或操作条件的变化有较强的适应能力。串级控制系统的设计一、主、副回路的设计副

6、回路应包含被控对象所受到的主要干扰；必须使副回路包含被控过程中变化剧烈、频繁且幅度大的主要干扰，并力求包含更多的干扰，但也不能越多越好应使主副被控过程的时间常数适当匹配。二、主副调节器调节规律的选择。（1）主调节器起定值控制，所以一般选PI或PID；（2）副调节器起随动控制，一般选P。三、主副调节器正、反作用的选择；（1）先确定调节阀的气开、气关形式；（2）确定副对象的正、反作用；（3）确定负调节器的正、反作用；（4）确定主对象的正、反作用；（5）确定主调节器的正、反作用；4、串级控制系统的参数整定。1、两步整定法（适用于的

7、系统）工况稳定,主副回路均闭合,衰减比求得d）按先副后主,先比例后积分，再微分的次序投入运行，观察修改到满意。1）逐步逼近法；2）两步整定法；3）一步整定法。串级控制系统的应用范围。1）用于容量滞后较大的过程，如温度或质量指标为被控参数的过程T1CT2C燃料油进料出料T1TT2T设计过程1）主被控参数选择：2）副被控参数选择：3）控制参数：4）测量元件与变送器:5）调节阀选型：6）主调节器控制规律:PID;副调节器控制规律:P;炉出口温度T1炉膛温度T2热电阻温度计,配用温度变送器气开式（安全性原则：没有控制信号时，阀应全关

8、）燃料油流量Q7）副调节器的正反作用的确定:反作用Km+;Kv+;K02+;Kc2+8）主调节器的正反作用的确定:反作用K01+;Kc1+9）流程图和方框图10）检验设计过程2）用于纯时延较大的过程；3）用于干扰变化激烈且幅度大的过程4）用于非线性过程，将过程中非线性特性的主要部分纳入副回