热工自动控制系统3.ppt

三 复杂控制系统 任务一 串级控制系统 任务一 串级控制系统 一、基本概念 二、串级控制系统的组成 三、串级控制系统的工作原理 四、串级控制系统的整定 一、基本概念 1、定义：系统中有两个相互串联的调节器，两个反馈通道分别将测量信号送入两个调节器，并以此形成的双回路控制系统。 2、理解： 1）有两个调节器相互串联，主调的输出作为给定值送入 副调； 2）有两个反馈回路，内（副）回路嵌套于外（主）回路中； 3）有两个测量反馈信号，分别反馈回主、副调节器。 3.串级控制系统实例——主汽温度控制系统 主汽温分段控制，过热器的高温段和低温段之间设置喷水减温器。因气温对象有很大的惰性，调节反映较慢，采用单回路控制效果不理想，故采用串级控制系统。 二、串级控制系统的组成 三、工作原理 1、内回路：副参数θ2超前于主参数θ1 变化，且与其变化方向相同，对扰动响应很快。对副参数进行调节可以实现对主参数的超前调节，改善了动态特性。应把扰动尽量纳入内回路，以提高系统的抗干扰能力。副调常采用P或PD调节器，实现对扰动的快速响应。故内回路可以看做一个快速随动系统，分析系统时可以用一个比例环节等效代替。 2、外回路：是一个定值系统，承担主参数的定值调节作用，故主调一般采用PI或PID调节器。但因对象惯性迟延的存在，扰动发生时外回路的动作滞后于内回路，在其粗调的基础上进行细调，使系统的整体调节作用变强。最终使系统达到稳态时，主参数稳定在给定值（θ1=θ0） 。 四、整定 调节器参数整定顺序：先整定内回路，再整定外回路。按照“先内后外”的顺序进行。 任务二 前馈-反馈复合控制系统 一、前馈控制系统 二、前馈-反馈复合控制系统 三、前馈控制器的设计 一、前馈控制系统 1、前馈控制： 控制器根据扰动信号的大小和方向对被控量进行调节。故又称扰动补偿控制。 2、概念的理解： 1）测量信号是扰动信号，不是被控量； 2）前馈控制器只是补偿扰动对被调量的影响，无给定值输入，故控制效果未知。 3）一个前馈控制器仅对某一扰动信号进行补偿，无法克服所有扰动。 3、系统结构 扰动是冷水流量，调节量是热水流量，混合水温是被调量。 4、控制特点： 1）调节及时，系统的快速性好； 2）一个前馈通道只能对某一扰动信号进行补偿； 3）前馈控制的控制效果未知。 5、前馈控制器传递函数的确定 完全补偿性原理：使扰动信号通过扰动通道和调节通道对被调量的影响正好相互抵消。 完全补偿性条件：WD(s)+WB(s)Wob(s)=0 前馈控制器传递函数： 二、前馈-反馈复合控制系统 反馈控制能克服所有扰动信号对被控量产生的影响，保证被调量等于 给定值，但调节滞后于扰动，不及时；前馈控制根据扰动调节，调节及时，但一个前馈只能补偿一种扰动，无法克服所有扰动，且调节效果未知。 1、基本概念： 在反馈的基础上，加上主要扰动的前馈控制，构成前馈－反馈控制系统。 综合了开环和闭环控制各自的优点。当外界扰动作用时，在输出量还没有反映之前，先按开环进行粗调，尽量使控制作用在一开始就抵消扰动对控制对象的大部分影响，然后通过反馈进行细调，使被调量等于给定值。这样系统既有补偿主要扰动信号的前馈控制，又有克服所有扰动的被控量反馈控制。 2、概念的理解： 1）复合控制是指系统采取了前馈和反馈两种不同的控制方式； 2）前馈控制的作用是对主要信号进行完全补偿； 3）引入反馈是为了克服所有扰动对被控量产生的影响。 4）测量信号既有被控量，又有扰动信号。 3、前馈-反馈复合控制系统实例分析——混合水温控制系统。 4、系统构成 1）扰动信号测量变送器； 2）被控量测量变送器； 3）前馈控制器； 4）反馈调节器； 5）执行器和调节机构； 6）扰动通道对象； 7）控制通道对象。 5、前馈-反馈复合控制系统特点 1）系统综合了反馈控制和前馈控制的优点，弥补了二者的缺点，故应用广泛。 2）引入前馈补偿不影响反馈系统的稳定性。 3）引入反馈调节不影响前馈控制的完全补偿条件。 三、前馈控制器的设计 任务三 导前微分控制系统 一、基本概念 二、导前微分控制系统的组成 三、导前微分控制系统工作原理 一、基本概念 1、定义： 包含导前信号微分内回路和主参数反馈调节外回路的双回路控制统。 2、概念的理解： 1）虽是双回路，但只有一个调节器； 2）两个反馈回路，导前微分回路是嵌套在主参数反馈调节回路内的内回路。 3）被控对象由迟延和惯性小的导前区和迟延和惯性大的惯性区组成。 4）内回路反馈通道由微分器和测量变送器组成，承担对导前信号运算的作用。 3、实例——汽包炉主汽温度导前微分控制系统。 二、导前微分控制系统的组