第四章串级控制系统

第四章串级控制系统内容摘要：

F3(s)、 F4(s) Go1(s) F1(s)、 F2(s) Gm1(s) － 真正的单回路控制 对于进入主回路的干扰，串级控制和单回路控制闭环回路的区别： 过程控制系统第四章 第五章 C2 V 0 2C2 V 0 2 m 20202C2 V 0 2 m 2K K K1 K K K KG ( )T1S1 K K K Ks T02′ T02 K02 ′ T02 ′ T02 ，说明主环通道时间常数被缩短，加快了系统的控制速度。 Gc1(s) X1(s) Θ1(s) ＋ G*o2(s) F3(s)、 F4(s) Go1(s) G’o2(s) Θ2(s) F1(s)、 F2(s) Gm1(s) － 串级控制等效 过程控制系统第四章 第五章 有些生产过程的工艺条件经常变化。 而在不同的工艺点，对象的放大倍数往往不同。 如果是单回路控制，这会导致控制质量下降。 G*c1(s) Gv(s) X1(s) Θ1(s) ＋ Go2(s) F3(s)、 F4(s) Go1(s) F1(s)、 F2(s) Gm1(s) － 真正的单回路控制 过程控制系统第四章 第五章 C2 V 0 2C2 V 0 2 m 20202C2 V 0 2 m 2K K K1 K K K KG ( )T1S1 K K K KsK02 ′≈1/Km2 对于串级控制，部分对象被包含在副回路中，其放大倍数被负反馈压制。 因而工艺负荷或操作条件变化时，调节系统仍然具有较好的控制质量。 Gc1(s) Gv(s) X1(s) Θ1(s) ＋ Go2(s) F3(s)、 F4(s) Go1(s) Gc2(s) ＋ X2(s) Θ2(s) F1(s)、 F2(s) Gm2(s) Gm1(s) － － 过程控制系统第四章 第五章 串级系统特点总结： ① 对进入副回路的干扰有很强的克服能力； ②改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对进入主回路的干扰控制效果也有改善； ③对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。 调节效果比较 串级控制 单回路控制 t y 过程控制系统第四章 第五章 串级控制系统的设计与参数整定 1．主回路设计 主回路设计与单回路控制系统一样。 Gc1(s) Gv(s) X1(s) Θ1(s) ＋ Go2(s) F3(s)、 F4(s) Go1(s) Gc2(s) ＋ X2(s) Θ2(s) F1(s)、 F2(s) Gm2(s) Gm1(s) － － 过程控制系统第四章 第五章 2．副回路的选择 副回路设计中，最重要的是选择副回路的被控参数（串级系统的副参数）。 副参数的选择一般应遵循下面几个原则： ①主、副变量有对应关系 ②副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰，并尽可能多包含一些干扰 ③副参数的选择应考虑主、副回路中控制过程的时间常数的匹配，以防“共振” 的发生 ④应注意工艺上的合理性和经济性 过程控制系统第四章 第五章 3．主、副调节器调节规律的选择 在串级系统中，主参数是系统控制任务，副参数辅助变量。 这是选择调节规律的基本出发点。 主参数是生产工艺的主要控制指标，工艺上要求比较严格。 所以，主调节器通常选用 PI调节，或 PID调节。 控制副参数是为了提高主参数的控制质量，对副参数的要求一般不严格，允许有静差。 因此，副调节器一般选 P调节就可以了。 过程控制系统第四章 第五章 4．主、副调节器正、反作用方式的确定 对串级控制系统来说，主、副调节器正、反作用方式的选择原则依然是使系统构成负反馈。 选择时的顺序是： 根据工艺安全或节能要求确定调节阀的正、反作用； 按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、反作用； 依据主回路构成负反馈的原则，确定主调节器的正、反作用。 过程控制系统第四章 第五章 以管式加热炉为例，说明串级控制系统主、副调节器的正、反作用方式的确定方法。 从生产工艺安全出发，燃料油调节阀选用气开式（正作用）。 一旦出现故障或气源断气，调节阀应关闭，切断燃料油进入加热炉，确保设备安全。 原料出口温度 θ1(t) 原料 T1C T1T 燃料 管式加热炉 T2C T2T ＋ 过程控制系统第四章 第五章 副回路中，调节阀开大，炉膛温度升高，测量信号增大，说明副对象和变送器都是正作用。 为保证副回路为负反馈，副调节器应为反作用方式。 原料出口温度 θ1(t) 原料 T1C T1T 燃料 管式加热炉 T2C T2T ＋ ＋ ＋ － 过程控制系统第四章 第五章 对于主调节器，调节阀开大，炉膛温度升高时，原料油出口温度也升高，说明主对象和主变送器也都是正作用。 为保证主回路为负反馈，主调节器也应为反作用方式。 原料出口温度 θ1(t) 原料 T1C T1T 燃料 管式加热炉 T2C T2T ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ －。