过程控制李国勇著第6章串级控制系统.ppt

第6章 串级控制系统 最简单的控制系统——单回路控制系统 系统中只用了一个调节器，调节器的设定值一般是内给定的。 从系统方框图看，只有一个闭环。 复杂控制系统—— 多回路控制系统。 由多个测量值、多个调节器；或者由多个测量值、一个调节器、一个补偿器或一个解耦器等等组成多个回路的控制系统。 从系统方框图看，有多个闭环。 6. l 串级控制系统的概念 6.1.l 串级控制的提出 例6-1 隔焰式隧道 窑温度控制系统。 隧道窑是对陶瓷制 品进行预热、烧成、 冷却的装置。 隧道窑温度控制： 小 结 隧道窑工艺要求：燃料需要通过燃烧室燃烧，对隧道窑加热。温度精度要求±5度 特点：被控对象由燃料管+燃烧室+格烟板+烧成带多个串联环节组成，对象时间常数很大，各个对象上存在干扰 单回路系统不能满足要求，可以选择串联对象中的一个输出作为一个副参数，组成副回路。构成两个回路的串级系统。 功能：结构上形成了两个闭环。 一个闭环在里面，副环或副回路，对抑制干扰起着“粗调”的作用； 一个环在外面，主环或主回路，对抑制干扰完成“细调”任务。 无论主环或副环都有各自的调节对象、测量变送元件和调节器。 6.2 串级控制系统的分析 串级控制系统与简单控制系统相比，只是在结构上增加了一个副回路，但是实践证明，对于相同的干扰，串级控制系统的控制质量是简单控制系统所无法比拟的。 复 习 串级控制概念： 当对象由多个串联(多个大时间常数)对象而成，单回路不能满足要求。选择其中几个作为副被控对象，组成单回路系统，与原来单回路系统构成串级控制系统。 串级控制组成： 主、副回路；对象分为主、副对象两部分，主、副调节器，都是串联关系 工作过程： 二次扰动调节过程 一次扰动调节过程 一次、二次扰动调节过程 串级控制特点： 改善对象的动态特性：副回路等效传递函数 减小了对象的时间常数 提高了系统的工作频率 增强系统的抗干扰能力： 对负载变化有一定的自适应能力 复 习 串级控制系统设计：主要是副回路设计，关键是副被控参数选择 副回路：要包含主要扰动；副对象时间常数不能很大；把非线性环节包含；最好不包含纯迟延 主副控制器设计： 控制规律：主PI或PID;副P或PD 正反作用方式：先按照负反馈要求在副回路确定副控制器；再在主回路中把副回路看成是具有正增益的环节、按照负反馈要求确定主控制器 整定： 两步法：适用主副对象时间常数相差较大时 逐步逼近法：适用主副对象联系比较紧密时 一步法：适用于对副对象控制要求不高时 每一步整定方法与简单控制系统相同 特点：减小了副对象的时间常数，改善了对象的特性。提高系统的工作频率。 (设计：使得副回路具有较好的快速性，不包含纯滞后) 串级控制回路具有较强抑制二次扰动能力。 (设计：使得主要扰动包含在副环中) 串级控制系统对负载变化具有一定的自适应能力。 (设计：使得具有非线性的对象在副环中) 作业：6-1，2，4，8 例： 隧道窑出口温度与燃料油压力串级控制系统 1、执行器：调节阀根据人员设备安全性原则应选气开阀，对应增益为正 2、副回路：副对象增益为正→副变送器增益为正→副控制器应为反作用。 3、主回路：主对象增益为正→主控制器应为反作用。 TC PC 执行器：气开阀， + 副对象：+ ?副为- 主对象：+ ?主为- 反作用 + + + - - 反作用 主、副控制器 比例增益K1，K2正负选择汇总 副回路 主回路 正反作用相反 6.4 串级系统的整定 串级控制系统整定：确定主，副调节器的调节规律，使系统获得最佳控制质量 主回路：定值控制系统 副回路：随动控制系统 两个调节器相互联系，整定比单回路复杂。 工程整定方法：两步法，逐步逼近法和一步法 1. 两步法 ** 适用于主副回路的工作频率和操作周期相差很大，其动态联系很小，可忽略不计时 先副环，后主环。 1）在闭合情况下，主副控制器都为比例控制，将主控制器δ置100%，然后按4:1衰减曲线法整定副环，记录下比例度δ2s 及振荡周期T2s 。 2）将副控制器置δ2s 比例控制，然后按4:1整定方法整定主环，记录下比例度δ1s 及振荡周期T1s。 3）根椐得到的δ1s 、 T1s 、 δ2s 、T2s值，按单回控制系统衰减曲线法整定计算公式，计算出主、副控制器的δ、Ti 、Td。 4）将计算所得参数按先副环、后主环；先比例再积分后微分的顺序在控制器上放好，观察控制过程曲线，如不够满意，可适当地进行一些微调。 2. 逐步逼近法： 用于主、副过程对象时间常数相差不大，主副回路联系较为紧密时。 步骤为： （1）断开主回路，视副回路为单回路控制系统，求取副调节器