常用复杂控制系统
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2 ' s 等效副回路 G 0 2
Y s G s G s G s c 2 v 0 2 G ( s ) G ( s )( G s ) c 2 v 0 2 X s 1 G s G s G s G s 2 c 2 v 0 2 m 2
问题：过渡过程时间长，调节不及时
将两个调节器串联在一起工作，各自完成不同任务的系统 结构，就是串级控制的基本思想。根据这一构思，反应釜温度 串级控制示意图为
串级控制系统的一般结构框图
副回路
主回路 --定值控制
主回路
副回路 --随动控制
6.1.2 串级控制系统的特点
( s ) G ( s ) G ( s ) 对于同一对象 G 0 01 02
T T 0 2' 0 2
（2）提高了系统的工作频率
' 串级系统的特征方程为： 1 G s G s G s G s 0 c 1 0 2 0 1 m 1
将各环节传函代入，化简得
T01 T02 ' 2 0 ' ' ' T T T 1 K KK K 01 02 2 T 1 0 2 1 c 2 0 1 m 1 s0 s c 0 ' ' ' T T T T 0 10 2 0 10 2 2 1 K c 1 K 02 K 01 K m 1 0 T01T02 '
( s ) K , G ( s ) K 假设 G C C V V
则
Y 1 s X 1 s KK c v Y s F s 1 2
一般情况下有 K K K C 1 C 2 C
结论：由于副回路的存在， 能迅速克服二次干扰。
2.能改善控制通道的动态特性，提高工作频率
（1）等效时间常数减小，响应速度加快
《过程控制与自动化仪表》
西安理工大学 潘永湘 杨延西 赵跃 制作
教学理念：
教书育人要义 传道授业释疑； 师生同心协力, 共探过控真谛 。
熟悉仪表原理, 统领系统设计； 理论实践结合，思维创新第一。
第6章 常用复杂控制系统
第6章 常用复杂控制系统
6.1 串级控制系统 6.2 前馈控制系统
本章要点
( s ) K T s 1 ,( G s ) K , G ( s ), K G ( s ) K 0 2 0 2 0 2 c 2 c 2 v v m 2 m 2 假设 G
' K K K 1 K K K K K c 2 v 0 2 c 2 v m 2 0 2 0 2 () ' 则 Gs T T s 1 0 2 0 2 s 1 1 K K K K c 2 v m 2 0 2 ' 0 2
单回路控制
串级控制
1.能迅速克服进入副回路的干扰
串级控制等效方框图
Y s G s 2 0 2 G s F s G s G s G s G s 1 2 c 2 v 0 2 m 2
* 0 2
等效副对象为
在给定信号X1作用下
Y s G s G s G s G s G s 1 1 c 2 v 0 2 0 1 c X s 1 G s G s G s G s G s G s 1 c 1 c 2 v 0 2 0 1 m 1
比值越大，系统的控制 能力和抗干扰能力越强
控制能力和抗干扰能力综合指标：
Y sX s 1 1 G s G s G s c 1 c 2 v Y sF s 1 2
假设 G ( sK ) , G ( sK ) , G ( sK ) c 1 c 1 C 2 CV 2 V 则
在干扰F2作用下
* Y s G s G s ห้องสมุดไป่ตู้ 0 2 0 1 * F s 1 G s G s G s G s G s G s 2 c 1 c 2 v 0 2 0 1 m 1
控制能力和抗干扰能力综合指标：
Y sX s 1 1 G s G s G s c 1 c 2 v Y sF s 1 2
Y s s X 1 1 K K K c 1 c 2 v Y s F s 1 2
结论：主、副调节器放大系数的乘积越大， 抗干扰能力越强，控制质量越好。
与单回路控制系统的比较：
G s G s G s G s Y s c v 02 01 1 1 X s G s G s G s G s G s 1 c v 02 01 m 1
工艺要求: 物料自顶部连续进入釜中， 经反应后由底部排出。反 应产生的热量由夹套中的 冷却水带走。为保证产品 质量，对反应温度T1要进 行严格控制。
选取冷却水流量为调节参数,构成单回路控制系统 被控过程有三个热容积，即夹套中的冷却水、釜壁和釜中物料。
引起温度T1变化的干扰因素有： 进料方面有进料流量、进料入口温度和化学组成，用F1表示； 冷却水方面有水的入口温度和阀前压力，用F2表示。
1）了解串级控制系统的应用背景，熟悉串级控制系统 的典型结构与特点；
2）掌握串级控制系统的设计方法，熟悉串级控制系统 的参数整定方法； 3）了解前馈控制的原理及使用场合；
4）掌握前馈补偿器的设计方法，熟悉前馈－反馈复合 控制的特点及工业应用。
6.1 串级控制系统 6.1.1 串级控制的基本概念
连续反应釜温度控制示意图
G s G s Y s 02 01 1 F s 1 G s G s G s G s 2 c v 02 m 1
控制能力和抗干扰能力综合指标为：
Y s X s 1 1 G s G s c v Y s F s 1 2
Y s G s G s G s c 2 v 0 2 G ( s ) G ( s )( G s ) c 2 v 0 2 X s 1 G s G s G s G s 2 c 2 v 0 2 m 2
问题：过渡过程时间长，调节不及时
将两个调节器串联在一起工作，各自完成不同任务的系统 结构，就是串级控制的基本思想。根据这一构思，反应釜温度 串级控制示意图为
串级控制系统的一般结构框图
副回路
主回路 --定值控制
主回路
副回路 --随动控制
6.1.2 串级控制系统的特点
( s ) G ( s ) G ( s ) 对于同一对象 G 0 01 02
T T 0 2' 0 2
（2）提高了系统的工作频率
' 串级系统的特征方程为： 1 G s G s G s G s 0 c 1 0 2 0 1 m 1
将各环节传函代入，化简得
T01 T02 ' 2 0 ' ' ' T T T 1 K KK K 01 02 2 T 1 0 2 1 c 2 0 1 m 1 s0 s c 0 ' ' ' T T T T 0 10 2 0 10 2 2 1 K c 1 K 02 K 01 K m 1 0 T01T02 '
( s ) K , G ( s ) K 假设 G C C V V
则
Y 1 s X 1 s KK c v Y s F s 1 2
一般情况下有 K K K C 1 C 2 C
结论：由于副回路的存在， 能迅速克服二次干扰。
2.能改善控制通道的动态特性，提高工作频率
（1）等效时间常数减小，响应速度加快
《过程控制与自动化仪表》
西安理工大学 潘永湘 杨延西 赵跃 制作
教学理念：
教书育人要义 传道授业释疑； 师生同心协力, 共探过控真谛 。
熟悉仪表原理, 统领系统设计； 理论实践结合，思维创新第一。
第6章 常用复杂控制系统
第6章 常用复杂控制系统
6.1 串级控制系统 6.2 前馈控制系统
本章要点
( s ) K T s 1 ,( G s ) K , G ( s ), K G ( s ) K 0 2 0 2 0 2 c 2 c 2 v v m 2 m 2 假设 G
' K K K 1 K K K K K c 2 v 0 2 c 2 v m 2 0 2 0 2 () ' 则 Gs T T s 1 0 2 0 2 s 1 1 K K K K c 2 v m 2 0 2 ' 0 2
单回路控制
串级控制
1.能迅速克服进入副回路的干扰
串级控制等效方框图
Y s G s 2 0 2 G s F s G s G s G s G s 1 2 c 2 v 0 2 m 2
* 0 2
等效副对象为
在给定信号X1作用下
Y s G s G s G s G s G s 1 1 c 2 v 0 2 0 1 c X s 1 G s G s G s G s G s G s 1 c 1 c 2 v 0 2 0 1 m 1
比值越大，系统的控制 能力和抗干扰能力越强
控制能力和抗干扰能力综合指标：
Y sX s 1 1 G s G s G s c 1 c 2 v Y sF s 1 2
假设 G ( sK ) , G ( sK ) , G ( sK ) c 1 c 1 C 2 CV 2 V 则
在干扰F2作用下
* Y s G s G s ห้องสมุดไป่ตู้ 0 2 0 1 * F s 1 G s G s G s G s G s G s 2 c 1 c 2 v 0 2 0 1 m 1
控制能力和抗干扰能力综合指标：
Y sX s 1 1 G s G s G s c 1 c 2 v Y sF s 1 2
Y s s X 1 1 K K K c 1 c 2 v Y s F s 1 2
结论：主、副调节器放大系数的乘积越大， 抗干扰能力越强，控制质量越好。
与单回路控制系统的比较：
G s G s G s G s Y s c v 02 01 1 1 X s G s G s G s G s G s 1 c v 02 01 m 1
工艺要求: 物料自顶部连续进入釜中， 经反应后由底部排出。反 应产生的热量由夹套中的 冷却水带走。为保证产品 质量，对反应温度T1要进 行严格控制。
选取冷却水流量为调节参数,构成单回路控制系统 被控过程有三个热容积，即夹套中的冷却水、釜壁和釜中物料。
引起温度T1变化的干扰因素有： 进料方面有进料流量、进料入口温度和化学组成，用F1表示； 冷却水方面有水的入口温度和阀前压力，用F2表示。
1）了解串级控制系统的应用背景，熟悉串级控制系统 的典型结构与特点；
2）掌握串级控制系统的设计方法，熟悉串级控制系统 的参数整定方法； 3）了解前馈控制的原理及使用场合；
4）掌握前馈补偿器的设计方法，熟悉前馈－反馈复合 控制的特点及工业应用。
6.1 串级控制系统 6.1.1 串级控制的基本概念
连续反应釜温度控制示意图
G s G s Y s 02 01 1 F s 1 G s G s G s G s 2 c v 02 m 1
控制能力和抗干扰能力综合指标为：
Y s X s 1 1 G s G s c v Y s F s 1 2