第5章：串级控制.ppt

5　串级控制 5.1 基本概念 5.2 串级控制系统的分析与设计 5.3 串级控制系统整定方法 5.4 应用举例 教学目的和要求 ◆掌握串级控制的结构、原理框图及工作过程 ◆从理论上分析串级控制系统的特点 ◆掌握串级控制系统的设计原则 ◆掌握串级控制系统的参数整定方法 重点：串级控制系统的结构、工艺流程图、原理方框图、工作过程及特点。 难点：串级控制系统设计原则、参数整定方法 基本概念 ※串级控制的提出 ◆当被控对象难于控制而控制要求又较高时，这时采用单回路控制系统已不满足要求 ◆串级控制系统是随着工业的发展而提出的，可有效提高控制品质，已得到广泛的应用。 ※隔焰式隧道窑 ◆隧道窑是对陶瓷制品进行预热、烧成、冷却的装置。制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度为1300℃，偏差不得超过 。故烧成带的温度是影响产品质量的重要控制指标。 ◆若火焰直接在烧成带内燃烧，将影响产品的光泽和颜色，采用隔焰式隧道窑，火焰在燃烧室中燃烧，经隔焰板辐射加热烧成带。 ★烧成带温度控制系统 ★烧成带温度控制系统原理框图 ★工作状况分析 ◆影响烧成带温度 的各种干扰因素都被包括在控制回路当中，只要干扰造成 偏离设定值，控制器根据偏差情况，调整调节阀的开度改变燃料的流量，把 调回到设定值 ◆由于从调节阀到烧成带滞后时间太长，该控制方案控制质量很差。 ◆当调节过程起作用时，烧成带的温度已偏离设定值很远,造成超调量增大，稳定性下降 ◆若燃料压力扰动频繁，对于单回路控制系统，采用PID控制将得不到满意效果 ★燃烧室温度控制系统 ◆调节阀到燃烧室的滞后时间较小、通道较短。若燃料压力波动是主要干扰，可通过控制燃烧室的温度来控制烧成带的温度 ★燃烧室温度控制系统原理框图 ★工作状况分析 ◆该系统对于进入燃烧室的干扰有很强的抑制作用，能及时进行控制，将它们对烧成带温度的影响降低到最小。 ◆但是该系统不包含进入烧成带的干扰。此类干扰所造成烧成带温度的变化，系统无法调节。 ★隔焰式隧道窑温度串级控制 ◆烧成带温度控制器是定值控制，起主导作用。燃烧室温度控制器起辅助作用，受烧成带温度控制器的操纵，即烧成带温度控制器的输出作为燃烧室温度控制器的设定值 ★隔焰式隧道窑温度串级控制 ★隔焰式隧道窑温度串级控制系统原理框图 ※串级控制系统 ★串级控制系统定义： 　两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，副控制器的输出操纵控制阀，从而对主被控变量有更好的控制效果。 ★串级控制系统标准原理方框图 ※串级控制系统的工作过程 ★只存在二次干扰 ◆假定系统只受燃料压力波动的干扰。若燃料压力升高，使燃料的流量增大。 ◆首先将引起燃烧室温度 升高，副温度检测值增大。但此时烧成带温度 不变，主控制器的输出不变，即副控制器处于定值控制状态。根据副控制器的“反”作用，其输出将减小，“气开”式的调节阀开度关小，燃料流量将被调节回稳定状态时的大小。 ◆如果干扰幅度不大，经副回路的调节，不至于引起主变量的改变。 ◆如果干扰作用比较强，尽管副回路的控制作用削弱了它对主变量的影响，但主变量仍然会受到它的影响偏离了稳态值而升高。 ◆　 升高，主检测值增大，主控制器的输出减小，即副控制器的设定值减小，使副控制器的输出减小，从而阀门开度再关小一点，以克服干扰 对主变量的影响。 ★只存在一次干扰 ◆假定只受窑车速度的干扰，若窑车速度加快，使烧成带温度降低。 ◆　 降低，主检测变送值减小，主控制器的输出增大，即副控制器的设定值增大。而此时燃烧室的温度未变，副检测变送值暂时不变 ◆对于副控制器，设定值增大而测量值不变，可等效为设定值不变而测量值减小，故副控制器的输出增大，调节阀开度增大，燃料流量增加，使烧成带温度回升至设定值。 ◆在整个控制过程中，燃烧室的温度也发生了变化，但副控制器没有对它调节。 ◆原因：串级控制系统，主控制器起主导作用，它的输出作为副控制器的设定值。而副控制器处于从属地位，接受主控制器的命令，然后对调节阀进行控制。 ◆燃烧室温度的改变是作为对烧成带温度的控制手段加以利用的，而不是作为干扰加以克服 ★一、二次干扰引起主、副变量同方向变化 ◆假定 为窑车速度减小，使 升高， 为燃料压力增大，使　升高 ◆对于主控制器，测量值升高，输出减小，即副设减小。对副控制器，测量值增大 ◆将设定值减小等效为设定值不变而测量值增大即两种干扰都使副控制器的输出减小。 ◆减小燃料的流量以克服二次干扰，并使其比稳态值更小以克服一次干扰对主变量的影响 ★一、二次干扰使主、副变量反方向变化 ◆假定 为窑车速度增大，使　 下降； 为燃料压力增大，使 升高。 ◆对于主控制器，测量值减小，输出增大，即副设增大。对于副控制器，测量值增大。 ◆若设定值和测量值