过程控制工程第二版课件 教学课件 ppt 作者 王树青 戴连奎 于玲 编著04 串级控制系统.ppt

串级控制系统主调节器的连接法 串级控制系统的防积分饱和 串级控制系统的投运 将主、副控制器的切换开关都置于手动； 用副手操器操纵调节阀使生产处于要求的工况； 修改主手操器使副偏差为0，将副控制器切换到自动； 修改主控制器的设定值使主控制器的偏差为0，然后将主控制器切换到自动。 习题 习题6-4，6-6 （p.81） 仿真练习 对题图6-2所示的两个系统，哪个应采用串级控制？ 对于采用串级控制的系统，假设副回路采用P控制，主回路采用PI控制，试用Simulink进行仿真： 对控制系统进行PID参数整定 当干扰F2波动10%时，系统的控制效果如何？ 当干扰F1波动10%时，系统的控制效果如何？ 当设定值波动10%时，系统的控制效果如何？ 试对仿真结果进行分析。 * 阀门气开气关的选择； 控制器正反作用选择。 * * * 讨论: 控制阀的“气开、气关”选择与主副控制器的“正反作用”选择。 TC1称为“主控制器”，TC2称为“副控制器”。 * See ..\cascade control\ReactorCascadeLoop * 副对象或调节阀的变化对副回路的稳定性会有影响 * 副回路的时间常数是第二时间常数 * See ..\cascade control\ReactorCascadeLoop * 参见P73页 * 当主、副回路有相似的动态特性时，它们也有相似的共振频率。如果外界进入一个与共振频率一致的干扰，则会造成主回路震荡且振幅变大；同时主回路对副回路有影响，造成副回路也震荡。反过来副回路又对主回路造成影响，最终使得两个回路产生共振。因此主、副回路的时间常数要相差3倍。 * 说明正常运行的情况以及发生积分饱和的情况 串级控制系统Cascade Control System 于玲 浙江大学控制系 2008/03/20 单回路PID控制系统小结 介绍了简单被控过程的机理建模方法; 讨论了控制阀“气开、气关”形式与流量特性的选择问题； 讲述了“广义对象” 动态特性的典型测试方法； 介绍了单回路控制器“正反作用”的选择原则； 详细分析了单回路PID参数整定方法, 介绍了PID控制器的“防积分饱和” 技术. 课堂提问 采用纯比例控制，Kc增加时系统的稳定性会怎样？稳定的情况下余差会怎样？ 采用PI控制，Ti调小时为保持系统稳定性，比例度应该怎样变化？ 什么是积分饱和？反馈控制如何防积分饱和？ 主要内容 了解串级控制系统的概念与特点； 掌握串级控制系统的方框图表示法； 结合控制原理，掌握串级系统的分析方法； 了解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与仿真实现; 了解串级控制系统的防积分饱和措施。 反应釜温度单回路控制系统 操纵变量：冷却剂流量 被控变量：反应温度 扰动变量：冷却剂温度以及工艺介质流量 控制规律：PID 反应釜温度单回路控制响应曲线 单回路控制系统分析 问题：从扰动开始至调节器动作，调节滞后较大，特别对于大容量的反应槽，调节滞后更大。 冷却水入口温度↑→ 夹套内冷却水温度 T2 ↑→ （经对流传热）槽壁温度↑→ 反应槽温度T1 ↑→（经反馈回路）冷却水量↑ 系统控制与扰动的分析 干扰变量的影响：冷却水入口温度变化 → 夹套内冷却水温度变化 → 槽壁温度变化 → 反应槽温度变化 控制变量的影响：冷却水调节阀开度变化 → 冷却水流量变化 → 夹套内冷却水温度变化 → 槽壁温度变化 → 反应槽温度变化 解决方法 夹套冷却水温度T2比反应槽温度T1能更快地感受到来自干扰（冷却水入口温度）以及来自控制的影响。因而可设计夹套水温单回路控制系统TC2以尽快地克服冷却水方面的扰动。但TC2的设定值应根据T1的控制要求作相应的变化（这一要求可用反应温度调节器TC1来自动实现）。 “串级控制” 反应器温度的串级控制方案 特点：两个调节器串在一起工作，调节器TC2通过调节冷却剂量以克服冷却水方面的扰动；调节器TC1通过调节夹套内水温的设定值以保证反应温度维持在工艺所希望的某一给定值。 反应器温度的串级控制响应 反应器温度串级控制框图 讨论: 主副控制器的“正反作用”选择。 串级控制系统常用术语 串级控制系统方块图 注：D1、D2 综合反映了一次扰动、二次扰动对控制系统副参数与主参数的动态影响；主回路是指：副回路闭合状态下等效的单回路（将副回路看成是一个等效的控制阀）。 串级系统副环的等效性 串级控制系统的特点（1） 副回路（有时称内环）具有快速调节作用，它能有效地克服二次扰动的影响； 由于 假设副回路的动态滞后较小，对于低频干扰，有 反应器温度的串级控制响应 串级控制系统的特点（2） 能自动地克服副对象增益或调节阀特性的非线性对控制性能的影响（系统的“鲁棒性”增强） 。 对于内环等效对象的稳态增益： 串级控制