串级控制系统总结

对象有三个热容积：烧成带、 隔焰板、燃烧室。 D1 烧成带 θ1
θ2 燃烧室 隔焰板
测量变送器
－
图6.2
隔焰式隧道窑温度简单控制系统方框图
6.1 串级控制系统的基本概念 2)以燃烧室温度2为被控变量 的单回路控制系统。 此控制系统对干扰有很强 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。 但对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环境 温度的变化等。由于在这个控制系统中，烧成带温度不是被 控变量，所以对于干扰D1造成烧成带温度的变化，控制系统 无法进行调节。
第6章 串级控制系统
了解串级控制系统的概念与特点； 掌握串级控制系统的方框图表示法； 结合控制原理，掌握串级系统的分析方法； 了解串级控制系统的设计原则；
掌握串级控制系统的参数整定方法;
了解串级控制系统的抗积分饱和措施。
6.1 串级控制系统的基本概念 简单控制系统（单回路系统）：
R(s) Gc(s)
6.1 串级控制系统的基本概念 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。
D2 D1
θ1r
主控制器
副控制器
调节阀
燃烧室
θ2
隔焰板
烧成带
θ1
副测量变送器
主测量变送器 图6-5 隔焰隧道窑串级控制系统方框图
6.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的术语
①主、副回路 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)。 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控制器。 ③主、副变量 主回路的被控变量称为主被控变量，也称为主变量或主参数； 副回路的被控变量称为副被控变量，也称为副变量或副参数
6.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的术语
④主、副对象 主回路所包括的对象称为主对象； 副回路所包括的对象称为副对象。 ⑤主、副变送器 检测和变送主变量的称为主检测变送器； 检测和变送副变量的称为副检测变送器。 ⑥一、二次干扰 进入主回路的干扰称为一次干扰； 进入副回路的干扰称为二次干扰。
6.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的工作过程 (2)只存在一次干扰
θ1r
主控制器
D2
燃烧室
D1
θ2
隔焰板
副控制器
调节阀
烧成带来自百度文库
θ1
副测量变送器
主测量变送器 窑车的速度加快，必然导致窑道中烧成带温度1的降低。对于定值控制的 主控制器来说，其测量值减小，由于主控制器的“反”作用，它的输出必 然增大，也就是说副控制器的设定值增大了。因为窑车的速度属于一次干 扰，它对副变量（燃烧室的温度2）没有影响，所以这时副控制器的测量 值暂时还没有改变。对于副控制器来说，设定值增大而测量值没变，可以 等效为其设定值不变而测量值减小。根据副控制器的“反”作用，其输出 将增大，“气开”式的控制阀门开度增大，从而加大燃料的流量，使燃烧 室温度2升高，进而使窑道烧成带温度回升至设定值。
6.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的方框图
主参数设定
副回路
二次扰动
随动控 制系统
一次扰动 主参数
主调 节器
－
－
副调 节器
调节 阀
副对象
副参数
主对象
副变送器 主变送器 定值控 制系统
主回路
图6-6 串级控制系统标准方框图
1) 在结构上，串级控制系统由两个闭环组成．副回路 起“粗调”作用，主回路起“细调”作用。 2) 每个闭环都有各自的调节对象，调节器和变送器 3) 调节阀由副调节器直接控制
6.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的工作过程 (1)只存在二次干扰—燃料压力波动 燃料压力升高 燃料的流量增大 燃烧室温度2升高 副温度检测变送器
D2 θ1r
主控制器 副控制器 调节阀
燃烧室
副控制器接受的测量值增大
D1 θ2
隔焰板
烧成带
θ1
副测量变送器
主测量变送器
根据副控制器的“反”作用，其输出将减小，“气开”式的控制阀门将 被关小，燃料流量将被调节回稳定状态时的大小。
6.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的工作过程 串级控制系统是由两个控制器串联工作的，只有副控制器的 输出去操纵控制阀，两个控制器能否协调一致地工作，会不 会发生矛盾，我们仍以隔焰式隧道窑温度串级控制系统为例 来加以说明。考虑到生产的安全，控制阀选择“气开”工作 方式。两个控制器都选择“反”作用方式。 (1)只存在二次干扰 (2)只存在一次干扰 (3)一次干扰和二次干扰同时存在
择性控制系统和解耦控制系统等。
6.1 串级控制系统的基本概念 复杂控制系统(串级控制系统)： 定义: 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。 在串级控制系统中,有两个被控过程,两套测量变送装置,
两台控制器和一个调节阀构成的系统．
6.1 串级控制系统的基本概念 3）采用串级控制
控制燃烧室的温度2并不是目的，真正的目的是烧成带的温度1 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D2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。
—
Y(s) Gv(s) G(s)
Gm(s)
组成：
单回路控制系统方框图
一个调节器，一个控制阀，一个被控制对象，一个测量变送器
6.1 串级控制系统的基本概念 复杂控制系统(多回路系统)： 在这种系统中，或是由多个测量值、多个控制器；或是 由多个测量值、一个控制器、一个补偿器或一个解耦器 组成多个回路的控制系统。 从本章开始，将介绍串级控制系统、补偿控制系统、 比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选
6.1 串级控制系统的基本概念
D2 D1
θ1r
主控制器
副控制器
调节阀
燃烧室
θ2
隔焰板
烧成带
θ1
副测量变送器
主测量变送器
图6-5 隔焰隧道窑串级控制系统方框图
串级系统和简单系统有一个显著的区别，即其在结构上 形成了两个闭环。一个闭环在里面，被称为副环或者副 回路，在控制过程中起着“粗调”的作用；一个环在外 面，被称为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以 最终保证被调量满足工艺要求。
6.1 串级控制系统的基本概念 例: 隔焰式隧道窑温度控制系统 1) 采用单回路控制
物料方面扰动D1: 移动速度,入口温度,化学成分 燃料扰动D2: 燃料压力、燃料热值变化、 助燃风流量的改变和排烟机抽力的波动等
分析：当燃料压力发生扰动，需相 继通过3个容积后，θ1才升高，调 节器才动作。 D2 θ1r 控制器 调节阀