关于串级控制系统的设计

的。 １设 计原 理
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串级控制系统就是两个控制器进行 串联 连接 ， 把主控制器 当作 主要 部分 ， 确保 主变量稳 定为 目标 ， 两个 控制器保 持统一 ， 相互协 作。 特别是在二次干扰中 ， 副控制器就会做一个 大致调节 ， 然后让 主 控制器做一个深入微调。 所 以控制 品质一定要 比普 遍控 制体 系高一 些 。两个控制器都会选取“ 反” 工作形式 。 图 １仿 真 图 利用和单 回路掌控体 系中各个性 能标 准进行 对 比， 证 明了串级 控制 系统在响应速度 、 稳定度 、 抗扰性 等多个方面都优 于单 回路控 调节 Ｐ Ｉ Ｄ参数 ， 做一个反复实验 ， 一直到这个掌控质量达到要求 。 ３ ． １ 经验整定参数表 制系统。 ２ 研 究与 开 发 ２ ． １主 、 副 变 量 的 选 择 通常情况 下 ， 科学有效的 串级控制体 系 ， 当干扰 由副回路流入 时， 最大偏差会不断削减到单 回路控 制体系 １ ／ １ ０～１ ／ １ ０ ０ ， 就算是从 主 回路进去 ， 其也能够迅速削减 到 １ ／ ３ ～１ ， ５ ， 不过 ， 假 如串级控制体 副 回路 中依照流量做一 个调控 ， 比例度要尽 可能大 ， 积分 时间 系在规划时不够科学 ， 那么其优势就无法 获得有效展现 。 主变量选取原则和单回路 控制 系统中选 取标准是统一 ， 就是选 要尽可能小。 取直接或 者间接展示生 产中商品产值 、 品质 、 环保等掌控 目标的参 根据以上原则及整定时所得参数 ，取副 回路 Ｋ ｐ ＝ ６ ０ ， Ｋ 。 ＝ １ ２ ０ ； 观 曲线振荡剧烈 ， 调节时间过长 ， 说明Ｋ 。 过大， Ｋ 。 较小。 数 当作主变量 。因为串级控制体 系中副 回路 有着 超前 功能 ， 使得工 察输出曲线 ， 重新调整 Ｋ … Ｋ 大小。 经过反复试验 ， 确定副 回路调节器 的参数 艺过程 比较稳定 ， 因此 ， 在一定程度 上允许 主变量有一 定的滞 后 ， 这 ＝ ７０， Ｋ￣ ＝９ ０。 样就给直接展示掌控 目标的参数带来 了一些空间 。 因此主变量选取 Ｋｐ 主 回路按温度控制整定。温度系统就是 因为其拥有测量变送和 原则就是 ： 在 条件可 以准许 的状况 下 ， 尽可 能选 取一些可 以直接展 示掌控 目标 的参数 当作是主变量 ， 无法操作时还能够选取和控制 目 热传递滞 后 ， 因此就 比较慢 。 比例度大概在 ２ ０到 ６ Ｏ之间 ， 主要还是 一般积分时间较 大。微 标有着一些应对联系的间接参数 当作主变量 ； 因此所选取主变量一 受到温度改变范畴 与控制阀外在尺度影 响。 分 时间一般 都是积分 时 间 １ ， ４ 。主 回路 预设初 值为 Ｋ ｐ ＝ ４ ０ ， Ｋ ｉ ＝ １ ０ ， 定是有着很快 的反应度 ； 还要整合到工艺中合理性与可行性 。 此次设 计 中是专门就精馏塔提馏段 温度 做一个 掌控 ， 综合各方 Ｋ ｄ ＝ ２ ０ 。 观察输 出曲线 ， 发现 曲线不稳定 。 按照Ｐ Ｉ Ｄ控制规律进一步 最后 明确主 回路调节器数值 Ｋ ． ＝ ３ ５ ， Ｋ 。 ＝ ７ ， Ｋ ￣ ＝ ２ ８ 。仿 面原 因及 以上主变量选择原则 ，以提馏 段温度为主变量最为合 适。 调整各项参数 ， 既能直接反映控制 目的的参数 ， 又有足够的灵 敏度 ， 而且容易实现 。 真 曲线如图 １ 。 由仿 真图可 以看 出 ， 响应 曲线呈 ４ ： １ 衰减震 荡 ， 其 中过渡 时间 ２ ． ２主 、 副控制器的选择 凡是 串级 控制系统 的场合 ， 对象特性 总有较大 的滞后 ， 本次设 要 比十秒小。基本达到预期效果。 计也不例外 ， 因此 主控制器采用三作用 Ｐ Ｉ Ｄ控制器是必要 的。 ３ 串级 控 制 技 术 的 发展 前 景 随着工业 的发展 ， 新工艺形成 ， 生产 中也不断变得强大起来 ， 对 副 回路就是随动 回路 ， 是可 以有一些余差 。副 回路不需要积分 作用 。这样可 以将副 回路的开环静态增益调整得较大 ， 以提 高克服 商 品品质需求也是在不 断提升 ， 简单 掌控体 系已经无法符合工艺需 过程掌控有着很强惯性 、 滞后 时间也 比较久等特征 。 串级控制体 扰动得能力 。但 由于本次设计 的副变量是蒸 汽流量 ， 所 以副 回路为 求 。 流量控制系统 ， 这种 系统开环增益都 比较小 ， 若不 加积分 ， 会产生很 系 就 可 以 有效 处 理 这 类 问题 。 一 个具 体 的 串级 控 制 方案 ，由于 选 择 具体 实施方法也不一样 ， 要根据具体情况 和条件 大余差 。 又 因为流量副 回路构成得等效环节 比主对象的动态滞后要 的仪器类 型不同 ， 小得多 ， 副控制器增加 积分作用也不太影 响主 回路性能 。因此这个 而定 。 如 电动或气动 ， 电动 Ｉ 型， Ⅱ型 ， 或Ⅲ型。 通常而言 ， 主控制器 中给定值就是 这些工艺设定 ， 其就是一个 固定数值 ， 所以， 其就是一 设计所获得副控制器是使用 比例和积分这个方式 。 个定值掌控体 系。而副控制体系 中给定值是主控制器给定 ， 其户因 ２ ． ３串级控制 系统 Ｐ Ｉ Ｄ参数整定 Ｐ Ｉ Ｄ最合适 参数通 常会包含 Ｋ ｃ 、 ｒ ｒ ｉ 等一 些 比较 常见 的掌控参 为主控制改变而有所改变 ， 所以， 副回路 就是一个随动体系。 本文 以串级控制系统为研究对象 ， 着重探讨 了系统参数 的取值 数， 精准迅速 选取 Ｐ Ｉ Ｄ 中最合适参数是有关 Ｐ Ｉ Ｄ控制器是不是合理 副对象 的控制器的设 计。采用 串级控制对纯滞后进行控制有 的重要步骤 ， 怎样 在具体生产里获得这些最优参数 呢？现行 的方法 和主 ， 有 有很 多种 ， 就是 因为蒸馏塔会 全天候持续生产这 个特征 ， 使用 当场 比较理想的效果 。串级控制通过副控制器对副控制对象的作用 ， 效提升 了系统 中反应速度与掌控精确度 。 经验整合法去实现一个 比较好的掌控成果 。 参 考 文 献 现场经验整定法是工作人员在具体运作 中， 就各类掌控规模对 １ １ 方康玲 ． 过 程控 制系统『 Ｍ１ ． 武汉 ： 武汉理工大学出版社， ２ ０ １ ２ ． 掌控 品质 的影响 的定性探究归纳出一些有效 、 合理并获得普遍运用 『 ２ ］ 邵惠鹤 ． 工业过程 高级控制【 Ｍ】 ． 上海 ： 上海交通 大学出版社， １ ９ ９ ７ ． 的一个方式 。 在整个过程中 ， 我们始终要把 Ｐ Ｉ Ｄ维持在先 比例 ， 然后 『 积分 ， 最后在进行微分 这个 处理办法 ， 在探 究 Ｐ Ｖ改变 情况时 ， 不 断 『 ３ １ 金 以慧 ． 过 程控 制『 Ｍ 】 ． 北京 ： 清 华 大 学 出版 社 ， ２ ０ ０ ６ ．
完整 可行 的工 业过程 控制 ； 控 制 系统 在生产普通掌控中 ， 串级控制系统是提升过程掌控质量十分有 效的一个办法 ， 因此 ， 得到了广 泛的应用 。 串级控制系统在构造上不 光是要 比常见控制体系增 加了＿个 副回路 ，利用 实际操作证 实 ， 就 同一个干扰项 ， 串级控制体系 中掌控质量是普通掌控体系无法 比及
科 技 论 坛
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关于串级控制系统的设 计
肖 湘 （ 黑龙 江省科 学院 大庆分 院 ， 黑龙 江 大庆 １ ６ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要： 本设计是在普通 Ｐ Ｉ Ｄ控制 系统基础上设计一种广泛应用于４ ｇ ＿ ｒ － 、 冶金、 机械、 ｔ ｒ ａ ｃ ｋ 热工和轻工等工业过程控制 系统 中的先进控制 系统。通过对被控对象的分析， 应用所学过的相关工业过程控制理论， 结合 串级控制理念 ， 经过计算， 整定， 仿真试验等一系列工作 ， 设计 了一套