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主要内容 串级控制系统结构 串级控制系统的名词术语 串级控制系统特点 串级控制系统的应用场合 串级控制系统的设计原则 串级主和副调节器的选择 串级控制系统的整定 串级控制系统设计举例 串级控制系统的结构 串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到了广泛地应用。 串级控制系统的名词术语 主被控参数——起主导作用的被控参数。 副被控参数——为稳定主参数而引入的中间辅助参数。 主被控过程——由主被控参数表征其特性的生产过程。其输入量为副被控参数，输出量为主被控参数。 副被控过程——由副被控参数作为输出的生产过程，其输入量为控制参数。 串级控制系统的名词术语 主调节器——按主被控参数的测量值与给定值的偏差进行工作的调节器，其输出作为副调节器的给定值。 副调节器——按副被控参数的测量值与主调节器输出的偏差进行工作的调节器，其输出控制调节阀动作。 副 回 路——由副调节器、副被控过程和副测量变送器组成的闭合回路。 一 次 扰动——不包括在副回路内的扰动。 二 次 扰动——包括在副回路内的扰动。 串级控制系统主要特点 1.改善了被控过程的动态特性； 2.提高了系统的工作频率； 3.具有较强的抗扰动能力； 4.具有一定的自适应能力。 串级控制系统的应用场合 用于克服被控过程较大的容量滞后； 用于克服被控过程的纯滞后； 用于抑制变化剧烈而且幅度大的扰动； 用于克服被控过程的非线性。 串级控制系统的设计原则 副回路应包括尽可能多的扰动； 应使主、副过程的时间常数适当匹配。原则上，主副过程时间常数之比应在3到10范围内； 副回路设计应考虑工艺上的合理性； 副回路设计应考虑经济性原则。 串级主和副调节器的选择 主调节器一般选PI或PID控制规律； 副调节器一般只要选P控制规律即可： 若采用积分规律，会延长控制过程，减弱副回路的快速作用。 若引入微分规律会使调节阀动作过大，对控制不利。 串级控制系统的整定 串级控制系统主回路是一个定值控制系统，要求主参数有较高的控制精度，其品质指标与单回路定值控制系统一样。 副回路是一个随动系统，只要求副参数能快速而准确地跟随主调节器的输出变化即可。 在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有：逐步逼近法、两步整定法等。 逐步逼近法 主回路断开，把副回路按单回路控制系统的参数整定，求取副调节器的整定参数值[W2（S）]1。 副调节器参数置于[W2（S）]1上，闭合主回路，副回路作为一个等效环节。按单回路整定方法，求取主调节器的整定参数值[W1（S）]1。 主调节器参数置于[W1（S）]1上，闭合主回路，再按上述方法求取副调节器的整定参数值[W2（S）]2。 完成一次逼近循环后，可循环下去，逐步逼近，直到达到满意的质量指标要求为止。 两步整定法 工况稳定时，闭合主回路，主、副调节器都在纯比例作用的条件下，主调节器的比例度置于100%，用单回路控制系统的衰减曲线法整定，求取副调节器的比例度δ2s和操作周期T2s。 将副调节器的比例度置于所求得的数值上，把副回路作为主回路中的一个环节，用同样方法整定主回路，求取主调节器的比例度和操作周期。 两步整定法 根据求得的δ2s、T2s数值，按单回路系统衰减曲线法整定，计算主、副调节器的比例度、积分时间和微分时间的数值。 按先副后主、先比例后积分最后微分的整定程序，设置主、副调节器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达到最佳为止。 串级控制系统设计举例 在冶金行业选矿工艺中，大量使用矿石破碎机对矿石进行破碎。破碎系统的主体设备是破碎机，Nordberg HP系列矿石破碎机要求挤满给矿。 下矿量的波动（如粒度、粘度发生变化）是系统中的一个主要扰动，若仅以机腔料位作为被控参数构成单回路控制系统，当扰动发生后，由于给矿皮带的传输需要一定的时间，即存在纯滞后，单回路控制系统已不能满足要求。 串级控制系统设计举例 为了克服系统的纯滞后，决定采用串级控制：即在给矿皮带上安装皮带秤，以给矿量为副参数、以机腔料位为主参数构成串级控制系统。 由于给矿串级控制系统多了一个副回路，不等它影响到机腔料位，副回路立刻进行调节。这样，大大减小了扰动对机腔料位的影响，从而提高了主参数的控制质量和系统的动态特性，系统具有较强的抗扰动能力。 串级控制系统设计举例 串级控制系统设计举例 * Process Control Instrumentation Technology * * Process Control Instrumentation Technology