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串级控制系统计算机辅助设计 XX大学 自动化专业 XX级 X班 XX 指导教师 XX XX年X月X日 过程控制系统简介 过程控制系统由以下几部分组成：被控对象、传感器和变送器、控制器、执行器、控制阀。 过程控制系统的分类：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、液位控制系统等；按控制系统所处理的信号来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按是否采用计算机来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统(DDC、DCS和现场总线系统)；按系统所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按控制规律来分，有比例控制、比例积分控制、比立积分微分控制等；按组成回路来分，有单回路与多回路控制、开环控制与闭环控制等；按设定值的不同，又可分为定值控制、随动控制、程序控制。 过程控制系统的性能指标 递减比：衰减振荡是最一般的过渡过程，振荡衰减的快慢，对过程控制品质的关系极大，第一、第二两个周期的振幅与的比值，充分反映了振荡衰减的情况，称为递减比。 n=B1/B2 递减比表示曲线变化一个周期后衰减的快慢程度，一般用:1表示。在实际工作中，控制系统的递减比习惯于采用4:1，即振荡一个周期后，振幅衰减了3/4，这样的系统就认为稳定性良好。虽然公认4:1递减比较好，但是对于一些比较缓慢的对象，采用10:1递减比效果会好得多。因此，递减比须视对象不同而选取。 最大动态偏差：扰动发生后，被控量偏离稳定值或设定值的最大偏差值称为最大动态偏差，也称为最大过控量或超调量。最大动态偏差占设定值的百分数称为超调量，即 σ=B1/y(∞)×100% 调整时间Tc：在平衡状态下的控制系统，受到扰动作用后平衡状态被破坏，经过系统的控制作用，被控量过渡到允许的范围以内波动，即被控量在稳态值的2%-5%时，达到新平衡所经历的时间，成为调整时间，也称为过渡过程时间或稳定时间。 静态偏差C：过渡过程终了时，被控量在规定的小范围内波动，被控量与最大稳态值或设定值之差称为静态偏差或稳态偏差(也称残余偏差，简称残差、余差或静差)，它是系统的静态指标。 过程建模的方法 机理法 用机理法建模就是根据过程的内在机理，写出各种有关的平衡方程，例如物质平衡方程，能量平衡方程，动量平衡方程，反映流体流动、传热、传质、化学反映等基本规律的运动方程，物质参数方程和某些设备的特性方程等，从中获得所需的数学模型。机理法建模也称为过程动态学方法，它的特点是把研究的过程视为一个透明的匣子，因此建立的模型也称为“白箱模型”。 测试法(经典辨识法,系统辨识法) 测试法建模通常只用于建立输入/输出模型。它根据过程的输入输出的实测数据进行某种数学运算后得到模型，主要特点是把被研究的过程视为一个黑匣子，完全从外特性上描述它的动态性质，也成为“黑箱模型”。 串级控制系统的概念及结构 串级控制系统是改善和提高控制品质的一种极为有效的控制方案，因此在工业生产过程自动化中得到了广泛的应用。串级控制系统的结构特点在于“串级”，它就是把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起。 串级控制系统通用框图如下所示 串级控制系统的性能及特点 串级控制系统与单回路控制系统比较，在结构上多了一个副回路，并且具有两个控制器串联工作，因此与单回路控制系统比较，有一些显著的特点: 串级控制系统使等效副对象的时间常数变小，改善了对象的特性，从而提高系统的 控制品质 整个系统的工作频率提高 串级控制系统具有较强的抗干扰能力 系统对负荷变化有较强的自适应能力 串级控制系统的设计 串级控制系统的设计主要包括：主、副回路的设计；主、副控制器的选型及正反作用方式的确定 副回路的设计 由于串级控制系统的各种特点主要来源于它的副回路，因此我们应根据具体情况选择一个合适的副变量，组成一个以副变量为被控量的回路，副回路的设计应一般遵循以下一些原则： 1.主、副变量有对应关系 选取的副变量与主变量之间应具有一定的对应关系，即通过调整副变量能够有效的影响主变量 2.副回路应包括系统的主要干扰和更多的干扰 由于串级控制系统的副回路具有动作快速、抗干扰能力强的特点，在设计时把对主 变量影响最严重、变化最剧烈、幅值最大、最频繁的主要干扰包括在 副回路之内，这样可以将干扰的影响克服到最低程度，使干扰对主变量的影响大大减小。当系统所受的干扰较多而难以区分主要干扰时，应使副回路尽可能多的承受干扰，以提高系统的控制质量。但同时也应考虑到副回路的灵敏度，副回路承受的干扰越多，就越接近主变量。 3.副回路必须使主、副对象的时间常数适当匹配 主、副控制器正反作用的选择 副控制器的正反作用方式应根据副环的具体情况而定，与主回路无关。可用“乘积为负”的判