常見的复杂控制系统.ppt
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第二章 常见的复杂控制系统;§2.1 串级控制系统; 基本原理、结构与性能分析;图2-1 串级控制系统原理方框图;;主调节器(主控制器)： 根据主参数与给定值的偏差而动作，其输出作为副调节器的给定值的调节器。
副调节器(副控制器)： 其给定值由主调节器的输出决定，并根据副参数与给定值(即主调节器输出)的偏差动作。
;主回路(外回路)： 断开副调节器的反馈回路后的整个外回路。
副回路(内回路)： 由副参数、副调节器及所包括的一部分对象所组成的闭合回路（随动回路);主对象(惰性区)： 主参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号为副变量，输出信号为主参数(主变量)。
副对象(导前区)： 副参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号为调节量，其输出信号为副参数(副变量)。;串级控制系统的特点
串级控制系统具有很强的克服内扰的能力。
将图2-1简化为图2-2
;其中;
对于一个定值控制系统，扰动造成的影响应该越小越
好，而定值部分应尽量保持恒定，因此，式（2-2）越接
近0，式（2-3）越接近1
（令 ），则控制系统性能越好。也即用以表征克服干扰能力的式子
的值越大越好。 ;现有;若采用如图2-3所示单回路控制系统，可以算得
其表征克服干扰能力的式子
（2-5）
一般有： ;结论：系统的开环放大倍数越大，稳态误差越小，克服干扰的能力也就越强，副调节器的放大倍数整定得越大，这个优点越显著。;串级控制系统可减小副回路的时间常数，改善对象动态特性，提高系统的工作频率。;显然 ，所以
串级控制系统具有一定的自适应能力。
能够更精确控制操纵变量的流量。
可实现更灵活的操作方式。; 串级控制系统设计及工程应用;主副对象的时间常数应适当匹配，串级控制系统与单回路控制系统相比，其工作频率提高了，但这与主副对象的时间常数选择是有关的。原则是两者相差大一些，效果好一些。; 当 时表示 很小，副回路包括的干扰因素越来越少，副回路克服干扰能力强的优点未能充分利用；当 时表?? 过大，副回路包括的干扰过多，控制作用不及时；当 时，主副对象之间的动态联系十分紧密，如果在干扰作下，主、副参数任一个先振荡，必将引起另一个也振荡，这样，两个参数互相促进，振荡更加剧烈，这就是所谓的共振效应，显然应力求避免。 ;串级控制系统主、副被控变量的选择
选择原则如下：
根据工艺过程的控制要求选择主被控变量；主被控变量应反映工艺指标。
副被控变量应包含主要扰动，并应包含尽可能多的扰动。
主、副回路的时间常数和时滞应错开，即工作频率错开，以防止共振现象发生。
主、副被控变量之间应有一一对应关系。
主被控变量的选择应使主对象有较大的增益和足够的灵敏度。
应考虑经济性和工艺的合理性。;主、副回路调节器调节规律的选择原则
控制器控制规律的选择应根据控制系统的要求确定。
主控制器控制规律的选择通常为PID。
副控制器控制规律的选择通常为P或PI。
串级控制系统主、副控制器正反作用的选择
应满足负反馈的控制要求。因此，对主环和副环都必须使总开环增益为正。 ;串级控制系统中副环检测变送环节的非线性。
串级控制系统中副环检测变送环节的非线性常出现在两种场合：一是副被控变量为流量，采用孔板和差压变送器，未用开方器的场合；二是用阀门定位器的凸轮改变控制阀流量特性的场合。
在串级控制系统中，副被控变量为流量的使用最广泛。
;串级控制系统中控制器的参数整定和系统投运
串级控制系统控制器参数整定有逐步逼近法、两步法和一步法等。
逐步逼近法
１）断开主回路，整定副控制器参数；
２）闭合主回路，整定主控制器参数
３）再整定副控制器参数、主控制器参数，直到控制
品质满足要求。
;两步法
主控制器手动情况下，
１）整定副控制器参数；
２）整定好后，主控制器切自动，整定主控制器参数。
一步法
根据副被控对象的特性，按表2-４设置副控制器参数，然后整定主控制器参数。;应用场合：
逐步逼近法用于对主、副被控变量都有较高控制指标的场 合，两步法和一步法用于对副被控变量的控制要求不高的场合。
注意问题：
参数整定时应防止共振现象出现。一旦出现共振，应加大主控制器或副控制器的比例度，使副回路的工作频率与主回路工作频率错开．以消除共振。
串级控制系统的投运宜先副后主，对副控制器参数整定的结果不应作过多限制，应以快速、准确跟踪主控制器输出为整定参数的目
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