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第四章 复杂控制系统 前言 单回路控制系统解决了工业生产过程自动化中大量的参 数定值控制问题； 在大多数情况下，这种简单系统能满足生产工艺的要求。 单回路系统仅适用于比较简单的单输出生产过程的控 制，不能解决多输出过程的控制问题。即使对于简单的 单输出生产过程，亦存在这样的情况，譬如其调节对象 的动态特性决定了它很难控制(如过程的滞后常数很大 或扰动量很大)；或调节对象的动态特性虽不复杂，但 工艺对调节质量的要求很高或很特殊； 1 第四章 复杂控制系统 随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量， 对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的 要求，这使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对 工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能 要求更高； 需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路 系统“复杂”一些的控制系统，在这些情况下，采用单回 路控制系统就无法满足生产的要求。 复杂控制系统：克服单回路系统的局限性。 2 第四章 复杂控制系统 复杂控制系统方案 串级控制 前馈控制 大滞后补偿 比值控制 分程与选择控制 多变量解耦控制 3 4.1 串级控制系统 4.1串级控制系统（双闭环） 重点：内容、组成、特点、工作过程、工程设计原则 (原理推导自动控制；变送器、调节器、执行器与 单回路控制系统相近) 串级：按照结构命名的，一个控制器的输出作为下 一个控制器的输入系统，两个控制器相串联， 叫做串级。 4 4.1 串级控制系统 4.1.1串级控制系统结构 1.结构 以加热炉为例： 被控量：炉出口(炉膛)温度 控制量：燃料量 影响炉出口温度的因素(扰动)： 1)被加热物料的流量和初始温度f1 2)燃料热值变化，压力波动，流量变化f2 3)烟囱挡板位置改变，抽力变化f3 5 4.1.1串级控制系统结构 出口温度控制方案 所有对被控参数的扰动都包含 在这个回路中，理论上都可由 温度调节器予以克服。但是控 制通道的时间常数和容量滞后 较大，控制作用不及时，系统 克服扰动的能力较差，不能满 控制炉出口温度 足生产工艺要求。 （单回路系统） 6 4.1.1串级控制系统结构 炉膛温度控制方案 炉出口温度为间接控制量。 该系统的特点是能及时有 效地克服扰动f (t), f ( t)， 2 3 但是扰动f1(t)未包括在系统 内，系统不能克服扰动f1(t) 对炉出口温度的影响，仍 控制炉膛温度 然不能达到生产工艺要求。 （单回路系统）