串级控制系统课件.ppt

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1、第6章串级控制系统目录6.1串级控制系统的基本概念6.2串级控制系统的分析6.3串级控制系统的设计6.4串级控制系统的整定6.5串级控制系统的投运6.6利用MATLAB对串级控制系统进行仿真本章小结1最简单的控制系统——单回路控制系统系统中只用了一个调节器，调节器也只有一个输入信号。从系统方框图看，只有一个闭环。2复杂控制系统——多回路控制系统。由多个测量值、多个调节器；或者由多个测量值、一个调节器、一个补偿器或一个解耦器等等组成多个回路的控制系统。从系统方框图看，有多个闭环。36.l串级控制系统的概念6.2.l串级控

2、制的提出例6-1隔焰式隧道窑温度控制系统。（见图6-1）。隧道窑是对陶瓷制品进行预热、烧成、冷却的装置。4制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为1300℃，偏差不得超过5C。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色，所以就出现了隔焰式隧道窑。火焰在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成带。5图6-l即为隔焰隧道窑烧成带温度简单控制系统工艺流程图

3、，原理方框图如图6-2所示。按照我们前面学过的简单控制系统，影响烧成带温度l的各种干扰因素都被包括在控制回路当中，只要干扰造成l偏离设定值，控制器就会根据偏差的情况，通过控制阀改变燃料的流量，从而把变化了的l重新调回到设定值。6但由于从控制阀到窑道烧成带滞后时间太大，如果燃料的压力发生波动，尽管控制阀门开度没变，但燃料流量将发图6-2隔焰式隧道客温度简单控制系统方框图生变化，必将引起燃烧室温度的波动，再经过隔焰板的传热、辐射，引起烧成带温度的变化。因为只有烧成带温度出现偏差时，才能发现干扰的存在，所以对于燃料压力

4、的干扰不能够及时发现。烧成带温度出现偏差后，控制器根据偏差的性质立即改变控制阀的开度，改变燃料流量，对烧成带温度加以调节。可是这个调节作用同样要经历燃烧室的燃烧、隔焰板的传热以及烧成带温度的变化这个时间滞后很长的通道，当调节过程起作用时，烧成带的温度已偏离设定值很远了。也就是说，即使发现了偏差，也得不到及时调节，造成超调量增大，稳定性下降。如果燃料压力干扰频繁出现，对于单回路控制系统，不论控制器采用PID的什么控制作用，还是参数如何整定，都得不到满意的控制效果。7假定燃料的压力波动是主要干扰，发现它到燃烧室的滞后时间较

5、小、通道较短，而且还有一些次要干扰，例如燃料热值的变化、助燃风流量的改变以及排烟机抽力的波动等等（如图6-2中用D2表示），都是首先进人燃烧室。人们会想，能否通过控制燃烧室温度T2的方法来达到稳定烧成带的温度呢？于是就出现了图6-3所示的以燃烧室温度2为被控变量的单回路控制系统。8制品的原料成分、窑车上装载制品的数量以及春夏秋冬、刮风下雨带来环境温度的变化等等（如图6-2中用D1表示）。由于在这个控制系统中，烧成带温度不是被控变量，所以对于干扰D1造成烧成带温度的变化，控制系统无法进行调节。这种控制系统对于上述的干扰

6、有很强的抑制作用，不等到它们影响烧成带温度，就被较早发现，及时进行控制，将它们对烧成带温度的影响降低到最小限度。但是，我们也知道，还有直接影响烧成带温度的干扰，例如窑道中装载制品的窑车速度、9温度稳定不变，所以烧成带温度控制器应该是定值控制，起主导作用。而燃烧室温度控制器则起辅助作用它在克服干扰D2的同时，应该受烧成带温度控制器的操纵，操纵方法就是烧成带温度控制器的输出作为燃烧室温度控制器的设定值，从而就形成了图6-4所示的串级控制系统。比较上述两个控制系统，它们各有自己的长处。第一种控制系统包括了所有干扰，设定值第二

7、种控制系统能对主要的和一些次要干＿上扰提前发现，及早控制。如果能将两个控制系统结合起来，发挥各自优势，不是两全其美吗!另外，控制燃烧室的温度2并不是目的，真正的目的是烧成带的10所谓串级控制系统，就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。这样的控制系统被称为串级控制系统。与图6-4串级控制系统的工艺流程图对应的原理方框图如图6-5所示。1112从图中可以看到，串级系统和简单系统有一个显著的区别，即其在结构上形成了两个闭环。一个闭环

8、在里面，被称为副环或者副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用；一个环在外面，被称为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以最终保证被调量满足工艺要求。无论主环或副环都有各自的调节对象、测量变送元件和调节器。136.1.2串级控制系统的组成1．串级控制系统的方框图根据隔焰式隧道窑串级控制系统的方框图，可得串级控制系统标准方框图如图6-