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热工自动控制系统3.ppt

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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

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