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第五讲 串级控制系统 主讲：左 燕 Email: yzuo@hdu.edu.cn 复杂调节系统 主要内容 串级控制系统组成 串级控制系统的特点 串级控制系统的设计 串级控制系统的参数整定 串级控制系统的工业应用 串级控制系统的组成 例2- 火力发电厂过热蒸汽温度控制 生产工艺及控制要求 例2- 火力发电厂过热蒸汽温度控制 确定调节方案 例2- 火力发电厂过热蒸汽温度控制 例2- 火力发电厂过热蒸汽温度控制 串级汽温调节系统 串级控制系统的组成 串级控制系统的组成 串级控制系统的组成 串级控制系统的工作过程 串级控制系统的工作过程 串级控制系统的工作过程 串级控制系统的工作过程 情况二 干扰来自原料油方面的变化（一次干扰） 例如当原料油入口温度突然增加时，炉膛温度上升，导致加热炉出口温度上升，温度控制器感受正偏差，于是它的输出下降，也就是流量控制器的给定值减小了，而其流量测量值暂时没变，因此，流量控制器感受到正偏差，于是它的输出下降，控制阀的开度将减小，燃料油的流量下降。这表明干扰作用于主对象时，串级控制也能有效的去克服干扰。 串级控制系统的工作过程 情况二 干扰来自原料油方面的变化（一次干扰） 串级控制系统的工作过程 情况三 一次干扰和二次干扰同时存在 (a) 受干扰作用，主、副对象的变化方向相同 假如副回路干扰使得流量上升，流量控制器感受到正偏差，其输出将下降，需要将控制阀关小。同时，主回路干扰使得出口温度上升。此时，温度控制器感受到正偏差，其输出将下降，即，压力控制器的给定值减小了，因此，流量控制器感受到的正偏差将进一步增大，其输出进一步下降，就需要把控制阀进一步关小。这两个要求加在一起，阀门的开度大大减小。由于有副回路的存在，系统能更早，更快的克服干扰。 串级控制系统的工作过程 情况三 一次干扰和二次干扰同时存在 (b) 受干扰作用，主、副对象变化方向相反 假如主回路被加热原料油增加，该干扰使得出口温度降低，此时，温度控制器感受到负偏差，其输出将增大，即流量控制器的给定值增大了。而副回路干扰使得流量上升，流量控制器的测量值也增大了。 此时，由于流量控制器的测量值和给定值都在增大，其偏差的大小和符号就要由这两者的增量的大小来决定。如果两者增量的大小相等，则完全抵消，偏差为零，其输出将保持不变，则控制阀开度不变。所以，在被控对象受干扰作用后，主副变量变化方向相反的情况下，串级系统比较稳定。 串级控制系统的工作过程 在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象特征，使控制过程加快，具有超前控制的作用。 串级控制系统的特点 1、能迅速克服进入副回路的二次干扰 2、提高了系统的工作频率 3、减小了对象的时间常数 4、对负荷变化有一定的适应能力 串级控制系统的特点 串级控制系统设计 串级控制系统设计 串级控制系统设计 串级控制系统设计 串级控制系统设计 串级控制系统设计 串级控制系统的参数整定 调节算法整定 调节算法整定 调节算法整定 3. 一步法 根据经验先将副控制器参数设定好，然后按照一般单回路系统的整定方法直接整定主控制器参数： ① 根据副变量的类型，选好副控制器参数。并将其放于副控制器上 (副控制器只用P控制器)。 ② 将串级系统投运后，按单回路系统整定方法直接整定主控制器参数。 ③ 在主、副环均闭合的情况下适当调整主控制器的参数，使主变量的品质指标达到规定的质量要求。 ④如果系统出现振荡，只要加大主、副控制器的任一参数值，就可消除。如果“共振”剧烈，可先转入手动，待生产稳定后，再在比产生“共振”时略大的控制器参数下重新投运和整定，直至达到满意时为止。 串级控制系统仿真研究 (1) 某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数G1和G2分别为： Simulink 模型 控制器参数 单回路PID控制器设计 串级控制主、副PID控制器设计 副回路采用P控制： 主回路采用PI控制： 阶跃响应输入 二次扰动下系统输出响应 一次扰动下系统输出响应 串级控制系统仿真研究 (1) Simulink 模型 控制器参数 单回路PID控制器设计 串级控制主、副PID控制器设计 副回路采用PI控制： 主回路采用PID控制： 阶跃输入响应输出 二次扰动下系统输出响应 一次扰动下系统输出响应 串级控制系统的工业应用 串级控制系统的工业应用 (1) 串级控制系统的工业应用 (2) 串级控制系统的工业应用 (4) 串级控制系统的工业应用 (4) 串级控制系统的工业应用 (5) 知识点 串级控制系统 串级控制系统基