第七章 串级控制系统课件.ppt

过程控制系统2023/11/20 掌握串级控制系统结构掌握串级控制系统的特点掌握串级控制系统设计方法 了解串级控制系统参数整定方法第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/202第七章串级控制系统 兰州理工大学电信学院过程控制与集散系统串级控制系统结构7.1 第7章 串级控制系统串级控制系统是提高过程控制品质非常有效的方案之一 串级控制的提出： 简单控制系统已不能满足工艺要求的情况下产生的。 2023/11/203第七章串级控制系统 将烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。 如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色，就出现了隔焰式隧道窑。 火焰在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成带。 简单控制系统，影响烧成带温度T1的各种干扰因素都被包括在控制回路当中，只要干扰造成Tl偏离设定值，控制器就会根据偏差的情况，通过控制阀改变燃料的流量，从而把变化了的Tl重新调回到设定值。 过程控制与集散系统第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/204第七章串级控制系统 原因就是从控制阀到窑道烧成带滞后时间太大，如果燃料的压力发生波动，尽管控制阀门开度没变，但燃料流量将发生变化，必将引起燃烧室温度的波动，再经过隔焰板的传热、辐射，引起烧成带温度的变化。因为只有烧成带温度出现偏差时，才能发现干扰的存在，所以对于燃料压力的干扰不能够及时发现。 烧成带温度出现偏差后，控制器根据偏差的性质立即改变控制阀的开度，改变燃料流量，对烧成带温度加以调节。 过程控制与集散系统第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/205第七章串级控制系统 可是这个调节作用同样要经历燃烧室的燃烧、隔焰板的传热以及烧成带温度的变化这个时间滞后很长的通道，当调节过程起作用时，烧成带的温度已偏离设定值很远了。即使发现了偏差，也得不到及时调节，造成超调量增大，稳定性下降。 如果燃料压力干扰频繁出现，对于单回路控制系统，不论控制器采用PID的什么控制作用，还是参数如何整定，都得不到满意的控制效果。 过程控制与集散系统第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/206第七章串级控制系统 假定燃料的压力波动是主要干扰，发现它到燃烧室的滞后时间较小、通道较短，而且还有一些次要干扰，例如燃料热值的变化、助燃风流量的改变以及排烟机抽力的波动等等(D2表示)，都是首先进入燃烧室。 能否通过控制燃烧室温度T2的方法来达到稳定烧成带的温度呢? 于是就出现了图示的以燃烧室温度T2为被控变量的单回路控制系统。 过程控制与集散系统第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/207第七章串级控制系统 这种控制系统对于上述的干扰有很强的抑制作用，不等到它们影响烧成带温度，就被较早发现，及时进行控制，将它们对烧成带温度的影响降低到最小限度。 直接影响烧成带温度的干扰，例如窑道中装载制品的窑车速度、制品的原料成分、窑车上装载制品的数量以及春夏秋冬、刮风下雨带来环境温度的变化等等(D1表示)。 在这个控制系统中，烧成带温度不是被控变量，所以对于干扰造成烧成带温度的变化，控制系统无法进行调节。上述两个控制系统，它们各有自己的长处。 过程控制与集散系统第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/208第七章串级控制系统 第一种控制系统包括了所有干扰， 第二种控制系统能对主要的和一些次要干扰提前发现，及早控制。 如果能将两个控制系统结合起来，发挥各自优势，不是两全其美吗! 另外，控制燃烧室的温度T2并不是目的，真正的目的是烧成带的温度稳定不变，所以烧成带温度控制器应该是定值控制，起主导作用。 而燃烧室温度控制器则起辅助作用，它在克服干扰D1的同时，应该受烧成带温度控制器的操纵，操纵方法就是烧成带温度控制器的输出作为燃烧室温度控制器的设定值，从而就形成了串级控制系统。过程控制与集散系统第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/209第七章串级控制系统 就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。 串级控制系统过程控制与集散系统第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/2010第七章串级控制系统 串级控制系统的组成 ⑥一、二次干扰①主、副回路⑤主、副检测变送器④主、副对象②主、副控制器③主、副被控变量串级控制系统的组成过程控制与集散系统第7章 串级控制系统兰州理工大学电信学院2023/11/2011第七章串级控制系统 3 在外面的闭合回路称为主回路(主环)， 在里面的闭合回路称为副回路(副环)。①主、副回路②主、副控制器处于主回路中的控制器称为主控制器； 于副回路中的控制器称为副