复杂控制系统.pptx

第 4 章 复杂控制系统; 4.1 串级控制系统 当对象滞后较大，干扰比较猛烈、频繁时，采取简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上要求，这时，可考虑采取串级控制系统. 4.1.1串级控制系统基本结构及工作过程 串级控制是在简单控制系统基础上改进。;; 例 管式加热炉是炼油、化工生产中主要装置之一，它任务是把原油加热到一定温度，以确保下道工艺顺利进行。所以，需要控制原油加热后出口温度。 ;问题： 控制通道容量滞后很大，控制迟缓。;炉膛温度 改变;下列图为管式加热炉出口温度串级控制系统框图为：;结构特点： 系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求控制变量，副变量是为了更加好地控制主变量而选取辅助变量。 主、副调整器是串联工作，主调整器输出作为副调整器给定值。;;主控制器;3．干扰同时作用于副回路和主回路 主副回路干扰综合影响有两种情况： （1）主副回路干扰影响方向相同。如： 燃料压力f3(t)↑→炉膛温度↑ →出口温度↑ →副控制器开始调整 原油流量f1(t)↓→出口温度↑→主副控制器共同调整;（2）主副回路干扰影响方向相反。如： 燃料压力f3(t)↑→炉膛温度↑ →出口温度↑ →副控制器开始调整 原油流量f1(t) ↑→出口温度↓→主控制器反向调整，使副控制器调整量减小。;4.1.2串级控制系统特点及其分析 将串级控制系统等效成单回路控制系统讨论。;4.1.2.1 改进被控过程动态特征 控制通道等效副对象传函：;Gc1(s);同理，经过对系统振荡频率推导可知： 副回路引入，提升了系统工作频率，也改进了系统动态性能。 ;4.1.2.2 抗干扰能力增强 对于进入副回路干扰，串级控制和单回路控制前向通道区分：;干扰通道传函：; K02 * K02 说明干扰通道影响力降低； T02 * T02 说明干扰通道时间常数缩短，即副回路控制速度快。 ;Gc1(s);; ;;4.1.2.4 系统稳健性（Robust）;; 串级系统特点总结： ①对进入副回路干扰有很强克服能力； ②改进了被控过程动态特征，提升了系统工作频率；对进入主回路干扰控制效果也有改进； ③对负荷或操作条件改变有一定自适应能力。;详细表达：;(2) 在串级控制系统中，有两主、副两个变量。 主变量是反应产品质量或生产过程运行情况主要工艺变量。 控制目标在于使这一变量等于工艺要求给定值。 (3) 从系统特征来看，串级控制系统因为副回路引入，改进了对象特征，使控制过程加紧，含有超前控制作用，从而有效地克服滞后，提升了控制质量。;串级控制适用范围; 在串级控制系统中，因为引入一个闭合副回路，不但能快速克服作用于副回路干扰，而且对作用于主对象上干扰也能加速克服。 副回路含有先调、粗调、快调特点；主回路含有后调、细调、慢调特点，并对于副回路没有完全克服掉干扰影响能彻底加以克服。 所以，在串级控制系统中，因为主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大提升了控制质量。 ; ;2．副回路选择 副回路设计中，最主要是选择副回路被控参数（串级系统副参数）。副参数选择普通应遵照下面几个标准： ①主、副变量有对应关系 ②副参数选择必须使副回路包含改变猛烈主要干扰，并尽可能多包含一些干扰 ③副参数选择应考虑主、副回路中控制过程时间常数匹配，以防“共振” 发生 ④应注意工艺上合理性和经济性; 3．主、副调整器调整规律选择 在串级系统中，主参数是系统控制任务，副参数辅助变量。这是选择调整规律基本出发点。 主参数是生产工艺主要控制指标，工艺上要求比较严格。所以，主调整器通常选取PI调整，或PID调整。 控制副参数是为了提升主参数控制质量，对副参数要求普通不严格，允许有静差。所以，副调整器普通选P调整就能够了。 ;4．主、副调整器正、反作用方式确实定 对串级控制系统来说，主、副调整器正、反作用方式选择标准依然是使系统组成负反馈。 选择时次序是： 1、依据工艺安全或节能要求确定调整阀正、反作用； 2、按照副回路组成负反馈标准确定副调整器正、反作用； 3、依据主回路组成负反馈标准，确定主调整器正、反作用。; 以管式加热炉为例，说明串级控制系统主、副调整器正、反作用方式确实定方法。 1、从生产工