宋彤《过程控制工程》串级控制系统.ppt

结论：副回路的存在可以提高控制系统的工作频率， 改善控制质量。 c.串级控制与单回路控制系统工作频率比较 鲁棒性：控制系统对于被控对象特性改变的不灵敏 度的描述。不灵敏度高则鲁棒性好。 控制仪表参数是依据对象特性整定的。对象特性的变化将影响整定的仪表参数的适应性。 串级控制主环是定值控制，副环是随动控制。 主控制器能根据主变量控制要求改变副控制器的给定值，如此可以适应操作条件、负荷变化，克服副回路中广义对象（副对象、调节阀）特性变化的影响。 3）自适应能力（鲁棒性） 自适应能力分析 副回路传递函数： 若KC2KV乘积较大时，副对象参数KP2对副环等效增益影响不大。有： 即：允许副回路内各环节特性在一定范围内变动而不影响整个系统的控制质量， 亦可以减小控制阀流量特性不合适带来的影响。 结论：串级控制系统对于副环的广义对象特性变化 有一定的自适应性。 注意：副环本身对于副被控变量无此性质。 串级控制系统基本特性： 在串级控制中，由于副环的存在，使得进入副环的干扰对被控变量的影响大大降低。 由于副回路的存在，对象容量滞后减小。 副回路的存在可以提高控制系统的工作频，改善控制质量。 串级控制系统对于副环的广义对象特性变化有一定的自适应性。 注意：副回路的加入是为了很好地保证主变量的控制。 由于副回路是随动控制系统，可以根据主变量的控制要求，随时、快速、有效地调整副变量状态，保证主变量的稳定性。 控制演示 1) 选择原则 主要干扰包含在副环内 将更多的干扰纳入副环 纯滞后不要包含在副环内 保证副环的灵敏度 注意主副环时间常数匹配 注意工艺合理性 3.3 串级控制系统设计 3.3.1副被控变量选择 注意：上述原则之间的矛盾性，应根据过程及控制的实际进行选择。 例1 精馏塔釜温度串级控制设计（主要干扰处理） 副变量候补： 1)蒸汽流量 F ； 2)阀后蒸汽压力 P ； 3)釜液循环流量F 2) 副被控变量选择及串级控制系统设计举例 控制目标： 保证精馏塔底温度及其稳定性 主要干扰: 塔底蒸汽量 串级控制系统设计方案1：塔釜温度-蒸汽流量串级 特点： 包含干扰：蒸汽流量，换热器压力变化 调节速度： 时间常数较小， 能快速克服上述干扰的影响 对其他干扰无克服能力 串级控制系统设计2 ：塔釜温度-蒸汽阀后压力串级 特点： 包含干扰： 蒸汽源压力、换热器压力及壁 温的影响 调节速度： 壁温变化时间常数(几秒)纳入副环，提高整体系统工作频率 不足： 副参数对主参数间接影响时间常数较大。塔釜温度控制要求较严格时，不能保证工艺侧蒸汽流的恒定完全保证控制要求指标 串级控制系统设计3： 塔釜温度-工艺蒸汽流量串级 特点： 包含干扰： 增加了再沸器液位、温度， 以及传热系数干扰 不足： 副环时间常数较大，对蒸汽气源压力的波动的克 服能力减弱。 例2 造纸工艺网前箱温度控制（纯滞后处理） TS TC 2 工艺过程纯滞后时间：90秒 单回路控制： 纸浆波动：35kg/min 或者 蒸汽波动：0.12MPa/cm2 最大偏差：±8.5℃ 过渡时间：450s 设计串级控制，将纯滞后环节置于副环之外。 串级控制效果： 纸浆波动：35kg/min 或者 蒸汽波动：0.12MPa/cm2 最大偏差：±1℃ 过渡时间：200s 例3：合成反应器温度串级控制系统 （非线性环节处理） 非线性环节：换热器 非线性环节影响： 整个对象特性随负荷、温度变化而变化，控制质量不高 处理方法 设计串级控制系统，将非线性环节包含在副环内 利用串级控制系统的自适应能力克服非线性影响 控制要求： 保证反应温度的稳定性，（要求严格） 控制要求： 保证出口温度 防止液态丙烯随气态丙烯被吸出 方案a： * 灵敏度较低，比较迟钝， * 日常操作：经济性较好 * 不能确保气态丙烯不带液 方案b： * 灵敏度较高， * 气态丙烯出口压力不稳定。 * 冷量利用不足 抽吸气态丙烯的压缩机入口压力相同情况下：方案b的蒸发压力高于方案a * 需要增加一套液位控制系统 例4 冷凝器温度控制 （经济性） 方案a 方案b 建议：温度控制质量要求不高时应用方案a 3.3.2 控制器选择 两方