过程控制系统仿真

《过程控制系统仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、《过程控制系统仿真》电子工业出版社出版2009.3作者：郭阳宽王正林联系邮箱：wa_2003@126.com6.1串级控制系统基础知识6.2串级控制系统性能分析6.3串级控制系统设计6.4串级控制参数整定6.5综合仿真实例6.6本章小结习题与思考第6章串级控制系统内容提要本章描述串级控制的基本概念，介绍串级控制的基本特点、串级控制系统的设计以及串级控制系统控制器参数整定等基础知识，并通过仿真实例讲述串级控制系统的特点、设计及整定。通过本章，读者对串级控制的特点、串级控制系统的功能有较为全面的认识，并能通过仿真深化对串级控制的理解。6.1串级控制系统概述6.1.1基本概念6.1.2基本组成串级

2、控制系统的结构特点：1．由两个或两个以上的控制器串联而成，一个控制器的输入是另一个控制器的设定。2．由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。3．主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统，对二次扰动而言，副回路是恒值控制系统。6.1.3串级控制的特点串级控制的主要优点可概括如下：1．副回路的内部干扰，通常在它影响主被调量之前就已经被副控制器所控制了。2．副对象的相位滞后由于存在副回路而显著减小，因而改善了主回路的响应速度。3．副对象增益变化的影响在副回路内部被克服。4．副回路可按主回路的需要进行精确的控制。串级控制也存在如下一些不足：1．只有当中间变

3、量能够被检测出来时，才可能采用串级控制，但许多过程在结构上是不容易以这种方式加以分割的。2．串级控制系统比单回路控制系统需要更多的仪表。3．串级控制系统的投放和整定比单回路控制系统要复杂一些。6.2串级控制系统性能分析与单回路控制相比，串级控制增加了副控制回路，使控制系统性能得到改善，串级控制系统的性能一般可以从以下四个方面进行分析：系统的抗扰性能动态性能工作频率自适应能力6.2.1抗扰性能对串级控制系统而言，它对二次扰动的抑制能力比对一次扰动的抑制能力更强，而且在系统的其他环节特性不变的情况下，副控制器的增益越大，则副回路的抗干扰能力越强，这点在设计串级控制系统时应该加以注意。串级控制系统

4、对动态过程的改善更为明显，一般认为对二次扰动的最大动态偏差可以减小几十倍，对一次扰动的最大动态偏差也可以减小几倍。6.2.2动态性能1．副回路显著减小了副对象的时间常数由于闭环控制的影响，副回路的等效时间常数T2较之副对象时的时间常数缩小为，从而进一步错开了与主对象的时间常数（一般较大）之间的距离。。副回路的等效时间常数减小，相当于在系统中增加了一个起超前作用的微分环节，使得系统的反应速度加快，控制更为及时。等效对象的放大倍数的减小，可以通过增加主控制器的增益来加以补偿。因此，副回路的等效时间常数缩小，可使系统的控制质量得到提高。2．副回路可以减小副对象的相位滞后由于副对象的相位滞后减小了，

5、相应就提高了整个系统的稳定性6.2.3工作频率在相同阻尼比的条件下，串级控制系统的工作频率高于单回路系统，系统的工作频率提高，过渡过程也就缩短了，因而控制质量得到改善，而且，副回路控制器的比例带越小，这种改善越明显。当主、副对象特性一定时，副控制器的增益越大，串级控制系统的工作频率提高的越明显，当副控制器的增益不变时，随着的增大，串级控制系统的工作频率也越高。6.2.4自适应能力当副控制器的增益足够大时，副回路的特性主要由反馈检测所决定，而与副对象的增益无关，因此，串级控制系统具有一定的自适应能力，只要反馈检测装置的特性是线性的，就可以大大削弱包括调节阀在内的副对象的非线性特性的影响，当然，

6、这种自适应能力是有一定限度的。串级控制系统的性能可归纳为：1．可以显著提高系统对二次扰动的抑制能力，甚至二次扰动在对主被控量尚未产生明显影响时就被副回路克服了。由于副回路调节作用的加快，整个系统的调节作用也加快了，对一次扰动的抑制能力也提高了。2．提高了系统的动态性能，由于副回路显著改善了包括控制阀在内的副对象的特性，减小其时间常数和相位滞后，使得整个系统的动态性能有明显的改善。3．提高了系统的工作频率，由于副回路性能的改善，使得主控制器的比例带可以更窄，从而提高了系统的工作频率。4．有一定的自适应能力，在副回路作用下，包括控制阀在内的副对象在操作条件和负荷变化时，其特性变化对系统的影响显著

7、地削弱了，需要注意的是当副回路是流量环节时，流量检测的线性化。6.3串级控制系统设计1．从抗干扰方面考虑从抗干扰角度考虑，副回路选择应遵循以下一些原则：（1）副回路应包含尽可能多的主要扰动。（2）主、副回路的时间常数应匹配。2．从防止主、副回路产生共振出发主副回路的时间常数应保持合理的比配关系。选择副回路的其他可以考虑的因素是从改善系统的动态性能和提高系统的工作频率出发，则副回路包含的时间常数稍大一些效果更好