4单回路控制系统和复杂控制系统.ppt

第四节 单回路控制系统和 复杂控制系统 在热工生产过程控制中，最基本的且应用最多的是单回路控制系统 其他各种复杂控制系统都是在单回路控制系统的基础上发展起来的 一、单回路控制系统 仅有一个测量变送器、一个控制器和一个执行器（包括控制机构），连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。 单回路控制系统的分析与整定 （一）被控量的选择 被控量是表征生产过程是否符合工艺要求的物理量。 为了提高测量的灵敏度、减小迟延，应采用先进的测量方法，选择合理的取样点，正确合理的安装检测元件。 （二）控制量的选择 原则上选择工艺上允许作为控制手段的变量作为控制量，一般不应选择不可控的变量作为控制量。 （四）影响系统控制质量的 主要因素 对于单回路控制系统，虽然控制对象的动态特性和调节器的参数选择对控制过程品质有决定性影响，但是测量元件、变送器、执行器、控制机构的性能优劣对控制系统的工作也有不容忽视的影响。 1、测量元件 主要由传感器构成。测量元件的惯性大小对控制品质产生影响。因此任何一种测量单元都具有时间常数，其动态特性可以用一阶惯性环节来表示。 在单回路反馈控制系统分析时，为了突出回路中的主要环节，常将测量单元视为一个比例环节 2、变送器 转换时间常数较小，对控制品质影响不大。但是变送器的稳定性和线性度对控制系统工作品质影响较大。 由测量元件和变送器组成的测量单元中，时间常数的存在对系统的工作影响最大 为了减小测量单元中惯性的影响，应尽量减小测量元件的惯性。可采取的措施有采用快速测量元件，合理选择变送器的安装位置，尽量缩短信号取样管道的长度，以减小容积迟延等。 3、执行器和控制机构 将控制器输出的弱强度控制信号进行功率放大，转换为机械位移输出 执行器和控制机构均安装于生产现场，外界环境较为恶劣。因此它们的性能好坏对控制系统的工作品质有很大的影响。 执行器按驱动源不同可分为电动执行器，气动执行器和液动执行器三大类。 无论是电动还是气动其动作的迟延和惯性都是比较小的 ，在控制系统中可作为比例环节来处理。 控制机构在控制系统中的作用极为重要，其性能的优劣直接影响自动控制系统能否投入运行。电厂中应用较多的控制机构是各种控制阀门和风门挡板。 由于阀门的时间常数都很小，因此从其动态特性看，可认为是比例环节。 单回路控制系统的整定 被控对象的动态特性是不容易改变的，要取得满意的控制效果，就要设置合适的调节器参数，因此单回路控制系统的参数整定实际上就是调节器的参数整定问题。 整定方法 理论计算整定法，这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。 工程整定法，主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。 二、复杂调节系统 1、串级调节系统 对于时间常数较大，有较大迟延的调节对象，在某些场合下即使采用PID调节规律依然不能得到满意的调节品质，这时可采用串级调节系统。 例如：锅炉过热汽温调节系统通常采用串级工作 方式。 与单回路调节系统的区别在于有 两个调节器，两个闭合回路（内回 路和外回路） 串级调节系统的特点： （1）由于副回路具有快速性，因此，串级调节系统对进入副回路的扰动有很强的克服能力 （2）由于副回路起了改善调节对象动态特性的作用，从而提高了整个系统的调节品质。 2、采用中间被调量微分信号的调节系统 例如：过热汽温调节系统 其中间被调量就是减温器后的汽温，汽温调节器除接受过热器出口温度信号外，还同时接受减温器后的汽温的微分信号。 这个系统的特点是：调节器除了接受调节对象的主被调量信号外，还接受一个中间被调量 信号。由于中间被调量的响应比主被调量快，因此，这个微分信号起着导前作用，以补偿主被调量的滞后。在稳态时，中间被调量微分信号等于零，调节器维持主被调量为给定值。 3、前馈—反馈控制系统 按扰动进行的调节称为前馈调节。前馈调节是开环调节，不构成闭合回路。 前馈调节器根据扰动的大小和方向，按一定的规律输出一信号加到反馈调节器上，通过调节作用达到补偿的目的。如果这种前馈作用恰到好处，可以使被调量不会由于扰动而产生偏差，在理想情况下，被调量的变化应等于零。 尽管按照完全补偿的原则来设计的前馈调节器不易实现，但是采用前馈调节器实现局部补偿，以改善调节品质，却是完全有可能的。 由于前馈调节是一种开环调节，所以在局部补偿的条件下还必须采用反馈调节，以确保被调量在稳态时能恢复到给定值。 当生产过程的调节要求高，而反馈控制又不能满足所要求的调节品质时，可以考虑采用前馈—反馈调节，其选用的原则： （1）若调节系统中调节通道的迟延时间较大，反馈调节达不到良好的调节