复杂控制系统课件.ppt

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1、第八章复杂控制系统华东理工大学信息学院自动化系必要性：随着生产过程的大型化和复杂化，对操作条件的要求更加严格，变量之间的关系更加复杂。需要引入——复杂控制系统。现代化生产对产品质量提出了更高要求。生产过程中的某些特殊要求，如物料配比、前后生产工序的协调等问题。根据系统的结构和所担负的任务来分：串级、均匀、比值、分程、选择性、前馈、多冲量等8.1串级控制系统本章主要内容：8.2均匀控制系统8.6前馈控制系统8.4分程控制系统8.3比值控制系统8.1.1组成原理图8-1加热炉温度控制系统控制通道过程分析：温度系统滞后太大，导致误差长时间不能克服，误差太大，不符合工艺要

2、求。主要问题：滞后太大，控制不及时。8.1串级控制系统被控变量的偏差是由什么引起的？问题解决思路分析：答：控制住这些扰动，应该可以减小被控变量的波动。答：是由于各种扰动引起的。最容易想到的解决问题的办法是什么？燃料压力的波动加热炉温度控制系统该加热炉的主要扰动有哪些呢？燃料热值的波动原料流量的调整或波动原料入口温度的波动等如果我们对每种扰动都进行控制，肯定满足工艺要求。但是，这样控制系统就变得非常复杂、成本大大提高。实际工业控制过程对控制系统的要求：在满足工艺要求的前提下，尽可能简单、经济人们研究出了一种不需要增加太多的仪表就可以使被控变量达到较高的控制精度的方法

3、——串级控制系统。复杂、成本高串级控制系统的思想：把时间常数较大的被控对象分解为两个时间常数较小的被控对象。图8-2加热炉控制过程分解图8-3加热炉温度串级控制系统图8-4加热炉温度串级控制系统方块图图8-3加热炉温度串级控制系统图8-5串级控制系统组成原理及术语(1)组成原理①将原被控对象分解为两个串联的被控对象。②以分解后的两个被控对象的中间变量作为副被控变量，构成一个副回路（简单控制系统）。③将原被控变量作为主被控变量构成主回路。④主控制系统控制器的输出信号作为副控制系统控制器的设定值，副控制系统的输出信号作为主被控对象的输入信号。(2)串级控制系统术语主变

4、量：生产过程所需要控制的工艺参数，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引入的辅助变量。副对象：副变量表征其特性的工艺生产设备。主对象：主变量表征其特性的生产设备或生产过程。副控制器：其给定值来自主控制器的输出，并按副变量的测量值与给定值的偏差而工作的控制器（又名随动控制器）。为什么把副控制器又称为随动控制器呢？主控制器：按主变量的测量值与给定值偏差而工作，其输出作为副变量给定值的控制器（主导控制器）。主回路：由主变量的测量变送装置，主、副控制器，执行器和主、副对象构成的外回路。也称为外环或主环。副回路：由负变量的测

5、量变送装置、副控制器、执行器和副对象所构成的内回路。也称为内环或副环。主测量值、副测量值：相应被控变量的测量值。主设定值、副设定值：主设定值是主被控变量的期望值，由主控制器内部设定。副设定值由主控制器的输出信号提供。8.1.2控制过程只考虑上图中的f1、f2一方面：另一方面：小结：由于副环的作用使控制作用变得更快、更强。(1)扰动作用于副对象：(2)扰动作用于主对象：只考虑下图中的f3小结：扰动作用于主对象时，串级控制也能有效地克服扰动。结论：串级控制系统，副环的增加使得整个系统克服扰动的能力更强、作用更及时，控制性能明显提高。8.1.3系统特点(1)分级控制思想

6、(2)串级系统结构——将一个控制通道较长的对象分解为两个对象。——两个对象、两个控制器、两个测量变送器、一个执行器(3)系统的工作方式(4)控制性能——副环既是随动又是定值控制系统；主环是定值控制系统。——由于副回路的引入，改善了对象特性，系统对于扰动反映更及时，可有效地克服滞后，提高控制性能。8.1.4系统设计主被控变量的选择原则：与简单控制系统相同(1)主、副被控变量的选择尽量选择能直接反映产品质量的变量作为被控变量；所选被控变量能满足生产工艺稳定﹑安全﹑高效的要求；必须考虑自动化仪表及装置的现状。副被控变量的选择原则：①必须保证它是操纵变量到主被控变量通道中

7、的一个适当中间变量。——串级控制系统设计的关键②使主要扰动作用于副对象上③使副对象包含适当多的扰动④主、副对象的时间常数不能太接近——通常使Ts明显

8、(3)控制