常用复杂控制系统.pptxVIP

教书育人要义传道授业释疑；01师生同心协力,共探过控真谛。02熟悉仪表原理,统领系统设计；03理论实践结合，思维创新第一。04西安理工大学潘永湘杨延西赵跃制作05教学理念：《过程控制与自动化仪表》

第6章常用复杂控制系统

第6章常用复杂控制系统6.1串级控制系统6.2前馈控制系统

03了解前馈控制的原理及使用场合；02掌握串级控制系统的设计方法，熟悉串级控制系统的参数整定方法；01了解串级控制系统的应用背景，熟悉串级控制系统的典型结构与特点；04掌握前馈补偿器的设计方法，熟悉前馈－反馈复合控制的特点及工业应用。本章要点

6.1串级控制系统选取冷却水流量为调节参数,构成单回路控制系统06工艺要求:046.1.1串级控制的基本概念01物料自顶部连续进入釜中，经反应后由底部排出。反应产生的热量由夹套中的冷却水带走。为保证产品质量，对反应温度T1要进行严格控制。03被控过程有三个热容积，即夹套中的冷却水、釜壁和釜中物料。05连续反应釜温度控制示意图02

引起温度T1变化的干扰因素有：进料方面有进料流量、进料入口温度和化学组成，用F1表示；冷却水方面有水的入口温度和阀前压力，用F2表示。问题：过渡过程时间长，调节不及时

将两个调节器串联在一起工作，各自完成不同任务的系统结构，就是串级控制的基本思想。根据这一构思，反应釜温度串级控制示意图为

串级控制系统的一般结构框图1主回路-定值控制副回路-随动控制2副回路3主回路

6.1.2串级控制系统的特点对于同一对象单回路控制串级控制

1.能迅速克服进入副回路的干扰串级控制等效方框图等效副对象为

在给定信号X1作用下在干扰F2作用下控制能力和抗干扰能力综合指标：比值越大，系统的控制能力和抗干扰能力越强

控制能力和抗干扰能力综合指标：假设则结论：主、副调节器放大系数的乘积越大，抗干扰能力越强，控制质量越好。

与单回路控制系统的比较：0504020301控制能力和抗干扰能力综合指标为：一般情况下有结论：由于副回路的存在，能迅速克服二次干扰。假设则

2.能改善控制通道的动态特性，提高工作频率等效时间常数减小，响应速度加快01等效副回路02假设03则04

串级系统的特征方程为：串级控制系统的工作频率为：标准形式：将各环节传函代入，化简得（2）提高了系统的工作频率

（2）提高了系统的工作频率将各环节传函代入，化简得单回路系统特征方程为单回路系统工作频率假定则

3.能适应负荷和操作条件的剧烈变化当采用串级控制时，主环是一个定值系统，而副环却是一个随动系统。主调节器能够根据操作条件和负荷变化的情况，不断修改副调节器的给定值，以适应操作条件和负荷的变化。副回路的等效放大系数为一般当K02或KV随操作条件或负荷变化时，K02’几乎不变.

串级控制：副回路——粗调;主回路——细调综上所述，串级控制系统的主要特点有：1）对进入副回路的干扰有很强的抑制能力；2）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；3）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力。结论：副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越高；同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。

6.1.3串级控制系统的适用范围适用于容量滞后较大的过程选容量滞后较小的辅助变量，组成副回路以减小时间常数，提高工作频率。加热炉温度串级控制系统

2.适用于纯滞后较大的过程仿丝胶液压力与压力串级控制系统工艺要求：过滤前的压力稳定在250KPa特点：距离长，纯滞后时间长。在离调节阀较近、纯时延较小的地方，选择一个辅助参数作为副参数，构成一个纯滞后较小的副回路。计量泵

应用于干扰变化剧烈、幅度大的过程工艺要求：汽包液位控制特点：快装锅炉容量小，蒸汽流量与水压变化频繁、激烈→三冲量液位串级控制。快装锅炉三冲量液位串级控制

同一种介质控制两种参数单回路控制：两套装置，不经济又无法工作常压塔塔顶出口温度和一线温度串级控制应用于参数互相关联的过程

合成反应器温度串级控制：换热器呈非线性特性应用于非线性过程特点：负荷或操作条件改变导致过程特性改变。若单回路控制，需随时改变调节器整定参数以保证系统的衰减率不变；串级控制，则可自动调整副调节器的给定值。

注意01串级控制虽然应用范围广，但必须根据具体情况，充分利用优点，才能收到预期的效果。02

串级控制系统的设计问题：副参数如何选择？主、副回路的联系？调节器如何选择？正、反作用如何选择？副回路的设计与副参数的选择主、副调节器调节规律的选择主、副调节器正、反作用方式的选择0102

副回路的设计与副参数的选择选择原则：（1）