自动控制串级控制系统.ppt

茂名学院信息学院自动化系 上页 下页 小 结 —化工仪表及自动化— 复习： 简单控制系统 被控对象 执行器 控制器 检测元件及变送器 ＋ － 被控对象 执行器 控制器 检测元件及变送器 ＋ － 被控变量 y 给定值 x z 测量值 操纵变量 q 控制信号 p 偏差 e 干扰 ? 1、结构和特性 单回路、负反馈。适用于时间常数较小，负荷变化小的对象 2、常用术语 被控变量、操纵变量、控制信号、测量值、给定值 复杂控制系统概述 由于生产上的更高要求及某些特殊需要，单回路控制系统无法满足。 常见类型：串级、均匀、比值、分程、前馈、取代、三冲程等控制系统——复杂控制系统 如加热炉温度控制 原料（入口） 原料（出口） 空气 燃料 被控变量：原料出口温度t t 操纵变量：燃料流量q TC 测量 给定 u 构成的简单控制系统，；理论上是合理的，可行的方案。 实际控制质量很差！！ t/ 45分钟 9分钟 TC 给定 第一节 串级控制系统 对象 对象1 对象2 执行器 控制器 检测、变送 － ＋ 控制器 检测、变送 － 原料（入口） 原料（出口） 空气 燃料 t TC 测量 给定 u t/ TC 给定 1、结构分析 T2C T1C 对象1 执行器 ＋ 控制器1 检测、变送1 － 干扰 ?1 ＋ 控制器2 － yS ym1 对象2 检测、变送2 干扰 ?2 t1 m u ym2 e 副回路（内环） 主回路（外环） 由两套检测变送器、两个控制器、两个被控对象、和一个控制阀组成，利用主、副两个控制器串联在一起，来稳定一个主变量的系统。主控制器的输出作为副控制器的给定，副控制器的输出去操纵控制阀。 t2 干扰小：由副回路迅速克服，主回路不动作。 干扰大：副回路随动，主回路定值，且同向调节 2、 工作过程 （1）干扰进入副回路 副回路随动，可即时改变副参数以达到稳定主参数的目的。 （2）干扰进入 主回路 （3）干扰同时进入主、副回路 干扰同向：调节方向相同，调节作用强，偏差小 干扰反向：调节作用相反，互相抵消，偏差小 副回路：先调、粗调、快调 主回路：后调、细调、慢调 可见，副回路不仅能迅速克服作用于副回路的干扰； 也能迅速克服作用于主回路的干扰。 2、常用术语 主变量：主要目标，起主导作用的被控参数 副变量：为稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量 副对象：副变量与操纵变量之间的通道特性 主对象：主变量与副变量之间的通道特性 副控制器：接受副变量的偏差，其输出控制阀门 主控制器：接受主变量的偏差，其输出作为副控制器的设定值 副回路（内环）：由副变量检测变送器、副控制器、控制阀、副对象组成的回路。处在串级控制系统内部的，在控制过程中起着“粗调”的作用；是一个随动控制系统。 主回路（外环）：由副回路、主控制器、主对象、主变量检测变送器组成的回路，在控制系统中起着“细调”的作用。是一个定值控制系统。 一次干扰：进入主回路的干扰 二次干扰：进入副回路的干扰 3、主要特点及其应用场合 具有两个回路，两个变量。 设置副回路来提高对主变量的控制质量；副回路的作用是把一些主要干扰在没有进入主对象以前，立即加以克服。具有超前、克服滞后的作用。 对负荷改变时有一定的自适应能力。 （1）特点 （2）应用场合 （2）干扰作用强而频繁； （3）负荷变化大； （4）给定值经常变化。 （1）对象的滞后和时间常数较大（过渡时间长）； 4、控制规律及正、反作用的选择 （1）控制规律 主变量要求稳定，不允许有余差，故主控制器选择PI控制，如 对象滞后较大，可加微分作用。 副变量随主控制器输出变化，一般用P控制，必要时加I作用。 （2）控制器正、反作用选择 副控制器与简单控制系统的选择方法相同。 主控制器的作用方向取决于主对象的特性。 如主对象为“正”，则：主控制器选“反”作用， 如主对象为“反”，则：主控制器选“正”作用。 对象1 执行器 ＋ 控制器1 检测、变送1 － 干扰 ?1 ＋ 控制器2 － yS ym1 对象2 检测、变送2 干扰 ?2 t1 m u2 ym2 t2 燃料压力↑→ t2 ↑→ e2 ↑→u2 ↓→阀门关小 u1 e1 e2 t2或进料量温度↑ → t1↑ → e1 ↑→ u1↓→ e2 ↑→u2 ↓→阀门关小 同向干扰： 反向干扰： 进料量↑ → t1 ↓ → e1 ↓→ u1↑→ e2↓→u2 ↑ 如果增加量=减少量，阀门不需动作。 （1）“先副后主”，先将主回路比例度放100%，积分时间为最大，微分时间为零，用4：1衰减曲线法整定副控制器参数，记下比例度δ2及振荡周期T2。 （2）将副控制器比例度放在δ