过程控制技术第二版课件教学课件 ppt 作者 王爱广 黎洪坤 主编Course_16.pptVIP

过程控制技术 第十六讲 串级控制系统（二） 5 复杂控制系统 5.1.3 系统特点 串级控制系统由于其独特的系统结构，而具有如下特点。 （1）具有较强的抗干扰能力 （2）改善了对象特性，提高了工作频率 （3）串级系统具有一定的自适应能力 5 复杂控制系统 5.1.4 工业应用及示例 由上所述，串级控制系统与单回路控制系统相比具有许多特点，其控制质量较高，但是所用仪表较多，投资较高，控制器参数整定较复杂。所以在工业应用中，凡用单回路控制系统能满足生产要求，就不要用串级控制系统。串级控制有时效果显著，有时效果并不一定理想，并不是任何场合都使用的。下面例举其工业应用场合与示例。 5 复杂控制系统 （1） 用于克服被控对象较大的容量滞后 在现代工业生产过程中，一些以温度等为被控参数的过程，往往其容量滞后较大，控制要求又较高，若采用单回路控制系统，其控制质量不能满足生产要求。因此，可以选用串级控制系统，以充分利用其改善过程的动态特性、提高其工作频率的特点。为此，可选择一个滞后较小的副变量，组成一个快速动作的副回路，以减小等效过程的时间常数，加快响应速度，从而取得较好的控制质量。但是，在设计和应用串级控制系统时要注意：副回路时间常数不宜过小，以防止包括的扰动太少，但也不宜过大，以防止产生共振。 5 复杂控制系统 例如，图5-2所示的加热炉，由于主过程时间常数为15min,扰动因素多，为了提高控制质量，选择时间常数和滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统，运用使等效过程时间常数减小和副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足了生产工艺要求。 5 复杂控制系统 （2） 用于克服被控对象的纯滞后 当工业过程纯滞后时间较长，有时可应用串级控制系统来改善其控制质量。即在离控制阀较近、纯滞后较小的地方，选择一个副变量，构成一个纯滞后较小的副回路。把主要扰动包括在副回路中。在其影响主变量前，由副回路实现对主要扰动的及时控制，从而提高控制质量。下面举例说明。 5 复杂控制系统 （3）用于抑制变化剧烈而且幅度大的扰动 由前所述，串级控制系统的副回路对于进入其中的扰动具有较强的抑制能力。所以，在工业应用中只要将变化剧烈、而且幅度大的扰动包括在串级系统副回路之中，就可以大大减小其对主变量的影响。 5 复杂控制系统 （4）用于克服被控过程的非线性 在过程控制中，一般工业过程特性都有一定的非线性，当负荷变化时，过程特性会发生变化，会引起工作点的移动。这种特性的变化通常可通过选用控制阀的特性来补偿，使广义过程的特性在整个工作范围内保持不变，然而这种补偿的局限性很大，不可能完全补偿，过程仍然有较大的非线性。 5 复杂控制系统 此时单回路系统往往不能满足生产工艺要求，如果采用串级控制系统，由于它能适应负荷和操作条件的变化，自动调整副控制阀的开度，使系统运行在新的工作点上。当然，这里会使副回路的衰减率有所变化，但是对整个系统的稳定性影响却很小。 5 复杂控制系统 例如，如图5-9所示，为醋酸和乙炔合成反应器，其中部温度是保证合成气质量的重要参数，工艺要求对其进行严格控制。由于在它的控制通道中包含两个换热器和一个合成反映器，具有明显的非线性，使整个过程特性随着负荷的变化而变化，具有较大的非线性。如果选取反应器温度为主变量，换热器出口温度为副变量构成串级控制系统，把随负荷变化的那一部分非线性过程特性包含在副回路里，由于串级系统对于负荷变化具有一定的自适应能力，从而提高了控制质量。实践证明，系统的衰减率基本保持不变，主变量保持平稳，达到了工艺要求。 * * 化学工业出版社 *