05串级控制系统解析.ppt

5.4串级控制系统应用举例 1.克服变化剧烈和幅度大的干扰 精馏塔釜温度与蒸汽流量串级控制系统。 动画显示 图5.23 * 2 抗干扰能力增强 对于进入副回路的干扰，串级控制和单回路控制前向通道的区别： G*c1 s Gv s X1 s Θ1 s ＋ 　 Go2 s F3 s 、F4 s Go1 s F1 s 、F2 s Gm1 s － 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 真正的单回路控制 串级控制系统 当主副控制器都采用纯比例控制时。 根据 因为 所以抗干扰能力比同等条件下的单回路控制控制系统提高了，也就说明对二次干扰有很强的抑制能力。 单回路控制系统 3 对负荷和操作条件变化的适应能力增强 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 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 － － 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 5.3 串级控制系统的设计与参数整定 1.串级控制系统的方案设计 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 － － 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 主变量的选择 主变量的选择原则，即选择直接或间接反映生产过程的产品产量、质量、节能、环保以及安全等控制目的的参数作主变量。 副变量的选择 串级控制系统的种种优点是因为增加了副回路。 副回路的设计质量是保证发挥串级控制系统优点的关键。 副回路的设计首先就是如何从对象的多个变量中选择一个作为副变量。选择原则如下： （1）使主要干扰和其他干扰进入副回路 串级控制系统的副回路具有动作速度快、抗干扰能力强的特点，所以在设计串级控制系统时应尽可能把更多的干扰纳入副回路，特别是那些变化剧烈、幅度最大、频繁出现的主要干扰包括在副回路中。 2 使主、副对象的时间常数匹配 从控制回路的频率特性来分析： 主、副控制回路都分别看作是一个二阶振荡环节。 系统闭环频率响应的幅值为: 如果M在某一频率处有峰值，那么这个频率就称为共振频率。由 求得 另外根据二阶系统闭环传递函数的特征方程可知系统的工作频率 与系统的自然频率 有如下关系： 可以看出，当阻尼系数 很小时， 和 的值几乎相等。所以若分别将主、副回路都整定到4:1的衰减振荡，即 时， 这说明串级控制系统主、副回路的工作频率与其对应的共振频率近似相等。 串级控制系统的主、副回路，是两个相互独立又密切相关的回路。 如果主、副回路的工作频率很接近，彼此都落入了对方的共振区，那么会出现“共振效应”。 为了避免这种现象发生，在设计时务必使主、副回路的工作频率错开。 考虑串级控制系统中副回路是个快速回路，其工作频率总是高于主回路工作频率。可得出条件为 为确保串级控制系统不受“共振效应”的威胁，一般取 又根据系统的工作频率与对象的时间常数近似成反比关系，主、副对象时间常数的匹配关系通常取 （3）考虑工艺上的合理性、可能性、和经济性 副变量的选择应考虑工艺上主、副变量有对应关系，即调整副变量能有效地影响主变量，而且可以在线检测。 副变量的选择既要从控制角度是合理可行的，又要从工艺角度