(精选)串级控制系统与比值控制系统完美

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串级控制系统中的名词:
主变量: 工艺控制指标,在串级控制系统中起主导作用的被控变量. 副变量: 串级控制系统中为稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量.
主对象: 为主变量表征其特性的生产设备。 副对象:为副变量表征其特性的工艺生产设备。
主控制器: 按主变量的测量值与给定值而工作, 其输出作为副变量给定值 的那个控制器，称为主控制器。
2) 控制系统方框图 3) 缺点
夹套 反应器温度控制系统
D2
D1
θ1r
调节器 调节阀
夹套 θ2 槽壁
反应槽 θ1
－ 三个热容积
温度测量
物料方面扰动D1: 流量,入口温度,化学成分
冷却水扰动D2: 入口温度, 阀前压力 5
采用串级控制 特点: 两个调节器串在一 起工作, 调节器θC2通过调节冷却剂 量以克服冷却水方面的扰动; 调节器θC1 通过调节夹套内水温 的设定值以保证反应温度维持在工艺所希望的某一给定值.
副控制器:其给定值来在主控制器的输出, 并按副变量的测量值与给定值 的偏差而工作的那个控制器称为副控制器。
一次干扰: 进入主回路的干扰称为一次干扰 二次干扰: 进入副回路的干扰称为二次干扰
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§5-2 串级控制系统的分析及特点
1) 副回路的引入对二次扰动的影响
Gp2'(s)
D2(s)
R1(S)
－
R2(S)
明显减小, 二次扰动出现后, 很快就被副调节器克服, 与单回路
控制系统相比, 被调量受二次扰动的影响可以减小10~100倍.
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2) 副回路的引入对被控对象响应速度的影响
Gp2'(s)
R1(S)
_
R2(S)
Gc1(s)
Gc2(s)
－
Gv(s) Gm2(s)
D2(s) Gp2(s)
等效副对象 Y2(s) Gp1(s) Y1(s)
－
来自百度文库Gc1 (s) R2(S) Gv(s)
D2(s)
Gd2(s)
Gp2(s)
Gp1(s)
Y1(s)
Gm1(s) 单回路控制系统方框图
Y 1(s)
G d2(s)G p1(s)
D 2(s)单 1G c1(s)G v(s)G p1(s)G p2(s)G m 1(s)
结论: 串级控制系统的结构使二次扰动对主控参数的动态增益
第二篇 复杂控制系统
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基本要求: 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。 了解比值控制系统的几种控制方案 掌握比值系数的计算
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1) 单回路控制系统的组成
R(s)
一个输入信号，一个输出信
—
号，一个调节器，组成一个
闭环．
Gc(s)
Gv(s)
Y(s) G(s)
Gm(s)
单回路控制系统方框图
2) 单回路控制系统的不足
① 对象的动态特性使其难以进行控制，同时对调节质量要求较高．
如：τ/T>1
② 控制任务特殊
③ 生产过程的发展,对操作条件要求更加严格, 参数间关系更加复杂,
Gp2(s)
Kp2 ; Tp2s1
Gv(s)Kv;
Gm1(s)
Gc2(s)Kc2; Tp2'=Tp2/(1+Kc2KvKm2Kp2)
Gm2(s)Km2
G'p2(s)YR22((ss))
Kc2KvKp2 (1Kc2KvKm2Kp2) 1Tp2s (1Kc2KvKm2Kp2)
Kp2' 1Tp2's
结论: 引入副回路, 使等效副对象时间常数减小, 快速性得到改善, 调节速度加快, 使迟延大的问题得到了改善.
反应器的温度串级控制方案
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θ1r
主调节器
环路2
副调节器 调节阀
D2 夹套 θ2 槽壁
D1 反应槽 θ1
温度测量 温度测量
环路1
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例5-2 精馏塔提馏段的温度控制 1) 生产过程 2) 控制系统方框图 3) 缺点
精馏塔提馏段温度控制方案
D2(蒸汽压力)
D1(液相加料方面)
θr
调节器 调节阀
蒸汽管路 Q 再沸器
结论: 当副回路增益足够大时, 使主回路的特性基本上和副 对象, 调节阀的增益无关(系统的“鲁棒性”强).
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3) 副回路的引入对系统负荷变化的影响
对于内环等效对象的增益
等效副对象 Gp2'(s)
R2(S) －
Gc2(s)
Gv(s)
Gm2(s)
Gp2(s)
Y2(s)
K p 2 ' 1 K K C C 2 2 K K v v K K p p 2 2 K m 2K C K 2 C K 2 v K K vK p2K p2 m 2K 1 m 2
对控制精度和功能有许多新的要求
在单回路的基础上, 采取其他措施, 组成复杂控制系统(多回路系统)
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第五章 串级控制系统与比例控制系统
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§5-1 串级控制系统的概念
定义: 在多回路控制系统中,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 构成的双闭环系统．
槽壁
例5-1 连续槽反应器温度控制 1) 生产过程(扰动)
优点: 有效地克服蒸汽 压力波动对温度θ的影 响。
D2
D1
θr
主调 Qr 副调 调节
节器
节器 阀
蒸汽管 Q 再沸
路系统
器
θ 塔底
－
－
流量自稳定系统
流量测量
温度控制系统 温度测量
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例5-3 炼油厂管式加热炉温度控制 (略) 1) 生产过程 2) 控制系统方框图 3) 缺点
串级控制使用特点: 被控过程延迟较大
θ 塔底
温度测量
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两种改进方案：
(1) 附加蒸汽压力控制方案
缺点：
不经济, 增加了管道的压力 损失
把蒸汽压力的干扰 克服在入塔前,提高 了温度调节品质,但 需增加一个调节阀, 且增加了蒸汽管路 的压力损失,经济上 不合理.
附加蒸汽压力控制方案
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(2) 串级控制方案
θC2控制流量稳定， θC1控制温度稳定。
Gc1(s)
Gc2(s)
－
Gv(s) Gm2(s)
Gd2(s) Gp2(s)
Gp1(s) Y1(s)
Y2(s)
Gm1(s)
串级控制系统方框图
Y 1(s)
G d2(s)G p 1(s)
D 2(s) 1G c2 G vG p2 G m 2G c1 G m 1 G p 1 G c2 G vG p2
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R1(S)
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串级控制系统的组成及工作过程
副回路
随动控 制系统
主参数设定
－
主调 节器
－
副调 节器
调节 阀
二次扰动
副对象
一次扰动
主参数
主对象
副变送器
副参数
定值控 制系统
主变送器
主回路
一般串级控制系统
1) 在结构上，串级控制系统由两个闭环组成． 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