华南农业大学过程控制课件过程控制系统5-4.ppt

第五章 串级控制系统 整定方法 应用例子 一、整定方法 串级控制系统的方案正确设计后，为了使系统运行在最佳状态，按照自控理论，必须对系统进行校正，这在过程控制中称为参数整定。 在工程实践中，串级控制系统中常用的整定方法有：逐步逼近法、两步整定法、一步整定法等。 1、逐步整定法 使用条件：如果受到副参数选择的限制，主、副对象的时间常数相差不大，主、副回路的动态联系比较密切时，主、副控制器的参数相互影响比较大，需要在主、副回路之间反复进行试凄，才能达到最佳的整定。逐步逼近法就是这种依次整定副回路、主回路，然后循环进行，逐步接近主、副控制回路的最佳整定的一种方法。 其步骤如下： 先断开主回路，整定副控制器。 ?后闭合主回路，整定主控制器。 ?重新调整副控制器参数。 ?若未达到控制要求，再调整主控制器参数。 ?以上步骤循环进行，直到满足(逼近)控制指标为止。 ?对于不同的控制系统和不同的品质指标要求，逐步逼近法逼近的循环次数是不同的，所以往往费时较多。 2、两步整定法 使用条件：当串级控制系统中主、副对象的时间常数相差较大，主、副回路的动态联系不紧密时，可采用两步法进行整定。 这种整定方法的理论根据是由于主、副对象的时间常数相差很大，则主、副回路的工作频率差别很大，当副回路整定好以后，将副回路视作主回路的一个环节来整定主回路时，可认为对副回路的影响很小，甚至可以忽赂。另一方面，工业生产中，工艺上对主变量的控制要求较高，而对副变量的控制要求较低，多数情况下副变量的设置目的是为了进一步提高主变量的控制品质。因此，当副控制器整定好以后，再去整定主控制器时，虽然多少会影响到副变量的控制品质，但只要保证主变量的控制品质，副变量的控制品质差一点也是允许的。 整定步骤： (1)在生产工艺稳定，主、副回路都处于闭合条件下，主、副控制器均采用纯比例控制作用。将主控制器的比例度 置于100％。按单回路系统的衰减曲线法整定副回路。例如按4：1的衰减曲线进行整定。将副控制器的比例度 由大到小调整，直到副变量的过渡过程曲线呈4：1衰减振荡为止。记下此时的比例度久，从记录纸上量得此时的衰减振荡周期T2s。 (2)在副控制器的比例度仍为 的情况下，将副回路看作是主回路的一个环节，用同样的方法将主控制器的比例度，由大到小调节，直到主变量的过渡过程曲线呈4：1衰减振荡为止。记下此时主控制器的比例度 ，量出主变量振荡周期了T1s (3)由已求得的 、T2s和 、Tls的值，结合主、副控制器的选型，按照单回路控制系统的衰减曲线法整定参数的经验公式，分别计算出主、副控制器的最佳参数值。 (4)按照“先副后主”、“先P再I后D”的顺序．将计算出的参数设置到控制器上，作些扰动试验，观察过渡过程曲线，作适当的参数调整，直到控制质量最佳。 3、一步整定法 所谓一步整定法，就是根据经验先确定副控制器的比例度，然后按照单回路控制系统的整定方法整定主控制器的参数。一步法的整定准确性虽然比两步法低一些，但由于方法更简便，易于操作和拿捏，因而在工程上得到了广泛的应用。 一步整定法的提出：对于一个串级控制系统，在纯比例控制的情况下，要得到主变量的4：1衰减振荡过程，主副回路放大系数Kc1、Kc2满足Kc1*Kc2 =Ks（常数） 把副回路等效看成是完成“粗调”的控制器，串级控制可看成两个控制器串联的单回路控制系统，所以有： Kc1*K2’=Kc Kc：整个回路等效放大系数 Kc1：主控制器的放大系数 K2’：等效副回路放大系数 只要Kc=Ks，主变量就可产生4：1的衰减过程。Kc1和K2’可以任意调节 等效副回路放大系数K2’和副控制器放大系数Kc2的关系 Kv=Km2=1，有 右图是K2’与Kc2的关系曲线 （1）两者在一定区域存在线性关系 （2）K02增大，两者的线性区向横轴靠近，即K2’变化范围扩大，Kc2范围变小 （3）K02减小，K2’变化范围减小，Kc2范围扩大 K2’与Kc2成线性条件为： 0＜ Kc2* K02＜0.5 一般副控制器比例度取值范围 二、串级控制系统应用 1、克服变化剧烈和幅度大的干扰 精馏塔釜温度-蒸汽流量串级控制系统 2、克服对象的纯滞后 网前箱温度-温度串级控制系统 3、克服对象的容量滞后 管式加热炉温度-温度串级控制系统 4、克服对象的非线性 合成反应炉中部温度-进口温度串级控制 * 2、两步整定法 3、一步整定法理论依据 有：K2’=cKc2 而 Kc1*K2’=Ks’ 所以 Ks’=Kc1*cKc2 一步整定法的具体步骤： （1）按照上述方式选择副回路控制器的比例度 ，使副回路按纯比例控制运行 （2