[工程科技]4串级控制系统1.ppt

第四章 多回路过程控制系统 单回路控制系统：结构简单，但难于适应工艺参数间关系比较复杂的控制，特别是现代大规模工业生产。 复杂控制系统：具有两个以上的检测变送单元、或控制器、或执行器，能完成一些复杂或特殊的任务。 串级控制系统：对改善控制品质有独到之处，故而在过程控制系统中应用很广泛。 4.1 串级控制系统 优点：所有对温度的干扰都包括在控制回路之中。 缺点：对燃油流量变化等干扰控制不及时，总滞后较大。 (2)采用间接控制方案，以炉膛温度为被控参数：如图所示。 ? 优点：能及时而有效地克服来自燃料油压力方面的干扰。 缺点：燃料油控制只起辅助作用；放弃炉出口温度控制将无法克服来自原料流量和温度等方面的干扰。 温度温度串级 将前述方案综合起来，即得串级控制系统如图所示。 方框图 温度流量串级 例： 为了实现温度控制，可采用如下几种方案： 1．温度定值控制 2．燃油流量定值控制 （如图4-2所示 ） 3．串级温度控制 （如图4-3所示 ） 4.1.2 串级控制系统的特性分析 1. 能迅速克服进入副回路扰动的影响 二次干扰对主参数的传递函数： 先假定Gc(s)= Gc1(s)，且注意到单回路系统中的Gm(s)就是串联系统中的Gml(s)，可以看到，在s上式中，分母比分子中多了一项，即Gc2(s) Gv(s) Go2(s) Gm2(s)。这项乘积的数值一般是比较大的，因此，上式的值是远小于１的。 2. 提高了系统的工作频率 串级系统的工作频率高于单回路系统的工作频率 工作频率ω 由于To2’To2,所以　ω串ω单 3.对负荷变化具有一定的自适应能力 从另一方面看，由于副回路通常是一个流量随动系统，当系统操作条件或负荷改变时，主调节器将改变其输出值，副回路能快速跟踪及时而又精确地控制流量，从而保证系统的控制品质。从上述两个方面看，串级控制系统对负荷的变化有一定自适应能力。 例： 4.1.3 串级控制系统的设计 一个设计合理的串级控制系统，当干扰从副回路进入时，其最大偏差将会减小到单回路控制系统时的1/10～1/100。干扰从主回路进入，最大偏差也会缩小到单回路控制系统时1/3~1/5。 1、主变量的选择选择直接或间接地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。 如果燃料油的压力波动是生产过程中的主要干扰，选择燃料油阀前压力作为副变量构成出口温度与阀前压力串级控制系统，如图中虚线1。 选择燃料流量为副变量构成温度—流量串级控制系统，如图中虚线2。 假若燃料的压力和流量都比较稳定，而生产过程中原料油的流量却频繁波动，或原料油的入口温度受外界影响波动较大，上述两个方案都是不可行的，因为它们没有把主要干扰纳入副回路之中。 这时应将炉膛温度选作副变量构成图中虚线3的温度—温度串级控制系统就显得更为合理了。更多的次要干扰也包括在副回路中了，例如燃料油热值的变化、原料油组分的变化、助燃风的流量波动、烟囱抽力的变化等等。 当外界干扰频率小于1/3ωr或大于 ωr ，系统的增幅是很小的，甚至没有增幅。 如果外界干扰频率进入1/3ωr到 ωr之间时，系统的幅值增大，振荡加剧，甚至发生共振。 共振区： 副回路一直受主回路的干扰，所以： 主回路工作频率ωd1相当于作用于副回路得到干扰频率，主回路和副回路之间的共振区为： 副回路输出也是主回路的干扰，二者互相干扰，容易发生“共振效应” 要避免共振效应，应是： 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ωd与系统的自然频率ωo 有如下关系： ωd=ωo 对于小的阻尼系数ζ，ωr和ωd的值几乎相等。 如果分别将主、副回路都整定到4；1的衰减振荡，即ζ=0．216时，它们的工作频率ωd与其对应的共振频率ωr近似相等。即 ωdl＝ωrl ωd2=ωr2 避免“共振效应”的条件是： 为确保串级控制系统不受到“共振效应” ，一般取 ωd2=(3～10)ωd1 根据系统的工作频率与对象的时间常数近似成反比关系，在选择副变量时，应考虑主、副对象时间常数的匹配关系，通常取 T01=(3～10)TO2 分析可知 ③在副回路的设计中，若出现几个可供选择的方案时，应把经济原则和控制品质要求有机地结合起来。 在保证生产工艺要求的前提下，尽量选择投资少、见效快，成本低、效益高的方案。 这个思想应作为工程设计人员的指导原则。 ①主变量是生产工艺的重要指标。控制品质要求较高，超出规定范围就要出次品或发生事故。 副变量的引入主要是通过闭合的副回路来保证和提高主变量的控制精度。 这是串级控制系统的基本