第七章复杂控制系统1(新)

1、第七章第七章 复杂复杂 控制系统控制系统 一、串级控制系统一、串级控制系统 二、均匀控制系统二、均匀控制系统 三、比值控制系统三、比值控制系统 四、前馈控制系统四、前馈控制系统 一般情况下，单回路控制系统都能满足大部分生产一般情况下，单回路控制系统都能满足大部分生产 控制要求。但当被控对象的容量滞后比较大，负荷变化比控制要求。但当被控对象的容量滞后比较大，负荷变化比 较剧烈、频繁，或者工艺对产品质量要求很高，此时单回较剧烈、频繁，或者工艺对产品质量要求很高，此时单回 路控制系统就很难满足控制要求，这就需要设计复杂的控路控制系统就很难满足控制要求，这就需要设计复杂的控 制系统对生产流程加以控制。

2、制系统对生产流程加以控制。 复杂控制系统种类繁多，根据系统的结构和所负担的任复杂控制系统种类繁多，根据系统的结构和所负担的任 务来说，常见的复杂控制系统分为两大类：务来说，常见的复杂控制系统分为两大类： 提高响应曲线性能指标的控制系统提高响应曲线性能指标的控制系统，如串级、前馈、纯滞，如串级、前馈、纯滞 后补偿等。后补偿等。 按某些特定要求而开发的系统按某些特定要求而开发的系统，如比值、均匀、分程、选，如比值、均匀、分程、选 择、推断等。择、推断等。 第一节第一节 串级控制系统串级控制系统 一、概述一、概述 当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，可考当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，可

3、考 虑采用串级控制系统。虑采用串级控制系统。 举例举例 图图7-1 管式加热炉出口温度控管式加热炉出口温度控 制系统制系统 可延长炉子寿命，防止炉管烧坏；可延长炉子寿命，防止炉管烧坏； 可保证后面精馏分离的质量。可保证后面精馏分离的质量。 根据原油出口温度的变化来控制燃料根据原油出口温度的变化来控制燃料 阀门的开度阀门的开度 l当燃料压力或燃料本身的热值变化后，先影响炉膛的温当燃料压力或燃料本身的热值变化后，先影响炉膛的温 度，然后通过传热过程才能逐渐影响原料油的出口温度，度，然后通过传热过程才能逐渐影响原料油的出口温度， 这个通道容量滞后很大，时间常数约这个通道容量滞后很大，时间常数约15m

4、in15min左右，反应缓慢，左右，反应缓慢， 而温度控制器而温度控制器TCTC是根据原料油的出口温度与给定值的偏差是根据原料油的出口温度与给定值的偏差 工作的。工作的。 l所以当干扰作用在对象上后，并不能较快地产生控制作所以当干扰作用在对象上后，并不能较快地产生控制作 用以克服干扰被控变量的影响。用以克服干扰被控变量的影响。 l当工艺上要求原料油的出口温当工艺上要求原料油的出口温 度非常严格时，为了解决容量滞度非常严格时，为了解决容量滞 后问题，还需对加热炉的工艺作后问题，还需对加热炉的工艺作 进一步分析。进一步分析。 n 燃料在炉膛燃烧后，是通过炉膛与原料油的温度将热量传燃料在炉膛燃烧后，

5、是通过炉膛与原料油的温度将热量传 给原料油的。能否以炉膛温度作为被控变量组成单回路控给原料油的。能否以炉膛温度作为被控变量组成单回路控 制系统呢？制系统呢？ n 当然这样做会使控制通道容量滞后减少，时间常数约为当然这样做会使控制通道容量滞后减少，时间常数约为 3min，控制作用比较及时，但是炉膛温度毕竟不能真正，控制作用比较及时，但是炉膛温度毕竟不能真正 代表原料油的出口温度。原料油本身流量或入口温度变化代表原料油的出口温度。原料油本身流量或入口温度变化 仍会影响出口温度。仍会影响出口温度。 分析工艺，与人工控制比较分析工艺，与人工控制比较 在此控制系统中，有两个控制器在此控制系统中，有两个控

6、制器T1C和和T2C，接收来，接收来 自对象不同部位的测量信号自对象不同部位的测量信号1和和2。T1C的输出作为的输出作为T2C 的给定值，而后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。的给定值，而后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。 从系统的结构看，这两个控制器是串接工作的。从系统的结构看，这两个控制器是串接工作的。 管式加热炉出口温度串级控制系统的方块图管式加热炉出口温度串级控制系统的方块图 工艺控制指标，在串级控制系统中起主导工艺控制指标，在串级控制系统中起主导 作用的被控变量。作用的被控变量。 为主变量表征其特性的生产设备。为主变量表征其特性的生产设备。 为副变量表征其特性的工艺生产设备。

7、为副变量表征其特性的工艺生产设备。 串级控制系统中为了稳定主变量或因某串级控制系统中为了稳定主变量或因某 种需要而引入的辅助变量。种需要而引入的辅助变量。 由主变量的测量变送装置，主、副控制器，由主变量的测量变送装置，主、副控制器， 执行器和主、副对象构成的外回路。执行器和主、副对象构成的外回路。 由副变量的测量变送装置，副控制器执行器和由副变量的测量变送装置，副控制器执行器和 副对象所构成的内回路。副对象所构成的内回路。 其给定值来自主控制器的输出，并按副变其给定值来自主控制器的输出，并按副变 量的测量值与给定值的偏差而工作的那个量的测量值与给定值的偏差而工作的那个 控制器。控制器。 按主变

8、量的测量值与给定值而工作，其输按主变量的测量值与给定值而工作，其输 出作为副变量给定值的那个控制器。出作为副变量给定值的那个控制器。 串级控制系统：在复杂控制系统中，有两个被控过程、串级控制系统：在复杂控制系统中，有两个被控过程、 两套测量变送装置、两台控制器和一个控制阀构成的两套测量变送装置、两台控制器和一个控制阀构成的 系统称为串级控制系统。系统称为串级控制系统。 给定值 1 c 2 f 1 f 主对象 副对象 控制阀 副控制器 主控制器 主变送器 1 y 副变送器 2 y 主回路 副回路 二、串级控制系统的工作过程二、串级控制系统的工作过程 以管式加热炉为例，来说明串级控制系统是如何有效

9、地以管式加热炉为例，来说明串级控制系统是如何有效地 克服滞后提高控制质量的。假定执行器采用克服滞后提高控制质量的。假定执行器采用气开形式气开形式，断，断 气时关闭控制阀，以防止炉管烧坏而酿成事故，温度控制气时关闭控制阀，以防止炉管烧坏而酿成事故，温度控制 器器T1C和和T2C都采用都采用反作用方向反作用方向。 管式加热炉出口温度串级控制系统管式加热炉出口温度串级控制系统 l干扰干扰F2引起引起2变化，控制器变化，控制器T2C及时进行控制，使其很快稳定及时进行控制，使其很快稳定 下来；下来； l如果干扰量小，经过副回路控制后，如果干扰量小，经过副回路控制后，F2一般影响不到温度一般影响不到温度1

10、； l如果干扰量大，其大部分影响为副回路所克服，波及到被控变如果干扰量大，其大部分影响为副回路所克服，波及到被控变 量温度量温度1再由主回路进一步控制，彻底消除干扰的影响，使被控再由主回路进一步控制，彻底消除干扰的影响，使被控 变量回复到给定值。变量回复到给定值。 由于副回路控制通道短，时间由于副回路控制通道短，时间 常数小，所以当干扰进入回路时，常数小，所以当干扰进入回路时， 可以获得比单回路控制系统超前的可以获得比单回路控制系统超前的 控制作用，有效地克服燃料油压力控制作用，有效地克服燃料油压力 或热值变化对原料油出口温度的影或热值变化对原料油出口温度的影 响，从而大大提高了控制质量。响，

11、从而大大提高了控制质量。 F1变化变化 1 T1C输出输出T2C设定值设定值 T2C输出输出 恢复给定值恢复给定值 所以，在串级控制系统中，如果干扰作用于主对象，所以，在串级控制系统中，如果干扰作用于主对象， 由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到 稳定主变量的目的。稳定主变量的目的。 （1）在干扰作用下，主、副变量的）在干扰作用下，主、副变量的 变化方向相同。变化方向相同。 回复设定值副控制器的输出 差值给定值与输出炉膛温度 主控制器的输出 原料油出口温度炉膛温度 1 212 12 CT （2）主、副变量的变化方向相反，一个增加，

12、另一个减小。）主、副变量的变化方向相反，一个增加，另一个减小。 副控制器输出不变，偏差为零时副控制器的测定值 主控制器的输出原料油出口温度炉膛温度 2 12 , l在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回 路，不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且路，不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且 对作用于主对象上的干扰也能加速克服过程。对作用于主对象上的干扰也能加速克服过程。 l副回路具有副回路具有先调、粗调、快调先调、粗调、快调的特点；主回路的特点；主回路 具有具有后调、细调、慢调后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没的特点，并对于副回路没 有完全克服掉的干

13、扰影响能彻底加以克服。有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。 l因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相 互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大 提高了控制质量。提高了控制质量。 三、串级控制系统的特点三、串级控制系统的特点 （1 1）在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：）在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路： 主回路和副回路；主回路和副回路；主回路是个定值控制系统，而副回主回路是个定值控制系统，而副回 路是个随动控制系统路是个随动控制系统。 有两个控制器；主控制器和副控制器；有两个控制器；主控制器

14、和副控制器； 有两个测量变送器，分别测量主变量和副变量。有两个测量变送器，分别测量主变量和副变量。 （2 2）在串级控制系统中，有两个变量：主变量和副）在串级控制系统中，有两个变量：主变量和副 变量。主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的变量。主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的 主要工艺变量。主要工艺变量。 当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强 而频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量而频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量 的要求时，采用串级控制系统是适宜的。的要求时，采用串级控制系统是适宜的。 （4 4）串级控制系统由于增加了

15、副回路，因此具有一定的）串级控制系统由于增加了副回路，因此具有一定的 自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。 （3 3）在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引入，）在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引入， 改善了对象的特性，使控制过程加快，具有超前控制作改善了对象的特性，使控制过程加快，具有超前控制作 用，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。用，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。 l要发挥串级控制系统的优势，副回路的设计是一个要发挥串级控制系统的优势，副回路的设计是一个 关键。关键。 l所谓副回路的确定：根据生产工艺的具体情

16、况，选所谓副回路的确定：根据生产工艺的具体情况，选 择一个合适的副变量，从而构成一个以副变量为被控择一个合适的副变量，从而构成一个以副变量为被控 变量的副回路。变量的副回路。 1、主、副变量间应有一定的联系、主、副变量间应有一定的联系 （1 1）选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量。）选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量。 管式加热炉出口温度串级控制系统管式加热炉出口温度串级控制系统 （2 2）选择的副变量就是操作变量本身）选择的副变量就是操作变量本身 通过这套串级控制系统，通过这套串级控制系统， 能够在塔釜温度稳定不变时，能够在塔釜温度稳定不变时， 蒸汽流量能保持恒定值；

17、蒸汽流量能保持恒定值； 而当温度在外来干扰作而当温度在外来干扰作 用下偏离给定值时，又要求用下偏离给定值时，又要求 蒸汽流量能作相应的变化，蒸汽流量能作相应的变化， 以使能量的需要与供给之间以使能量的需要与供给之间 得到平衡，从而保持釜温在得到平衡，从而保持釜温在 要求的数值上。要求的数值上。 图图7-57-5精馏塔塔釜温度串级精馏塔塔釜温度串级 控制系统控制系统 1精馏塔；精馏塔；2再沸器再沸器 1、主、副变量间应有一定的联系、主、副变量间应有一定的联系 在上例中，选择的副变量就是操纵变量在上例中，选择的副变量就是操纵变量 （加热蒸汽量）本身。这样，当干扰来自蒸（加热蒸汽量）本身。这样，当干

18、扰来自蒸 汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以 克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响， 使塔釜温度的控制质量得以提高。使塔釜温度的控制质量得以提高。 2、系统的主要干扰应包围在副回路中系统的主要干扰应包围在副回路中 图图7-6 7-6 加热炉出口温度与燃加热炉出口温度与燃 料油压力串级控制系统料油压力串级控制系统 如果主要干扰来自燃料油的如果主要干扰来自燃料油的 压力波动，在本系统中，由于选压力波动，在本系统中，由于选 择了燃料油压力作为副变量，副择了燃料油压力作为副变量，副 对象的控制通道很短，时间常数对象的控

19、制通道很短，时间常数 很小，因此控制作用非常及时，很小，因此控制作用非常及时， 比起图比起图7-27-2所示的控制方案，能所示的控制方案，能 更及时有效地克服由于燃料油压更及时有效地克服由于燃料油压 力波动对原料油出口温度的影响，力波动对原料油出口温度的影响， 从而大大提高了控制质量。从而大大提高了控制质量。 如果管式加热炉的主要干扰来自燃料油组分（或如果管式加热炉的主要干扰来自燃料油组分（或 热值）波动时，就不宜采用图热值）波动时，就不宜采用图7-67-6所示的控制方案，因所示的控制方案，因 为这时主要干扰并没有被包围在副环内，所以不能充分为这时主要干扰并没有被包围在副环内，所以不能充分 发

20、挥副环抗干扰能力强的这一优点。发挥副环抗干扰能力强的这一优点。 3、在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰、在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰 图图7-27-2管式加热炉出口管式加热炉出口 温度串级控制系统温度串级控制系统 图图7-6 7-6 加热炉出口温度与燃加热炉出口温度与燃 料油压力串级控制系统料油压力串级控制系统 在选择副变量时，既要考虑到使副环包围较在选择副变量时，既要考虑到使副环包围较 多的干扰，又要考虑到使副变量不要离主变量太多的干扰，又要考虑到使副变量不要离主变量太 近。近。 随着副回路包围干扰的增多，副环将随之扩随着副回路包围干扰的增多，副环将随之扩 大，副变量离

21、主变量也就越近。这样一来，副对大，副变量离主变量也就越近。这样一来，副对 象的控制通道就变长，滞后也就增大，从而会削象的控制通道就变长，滞后也就增大，从而会削 弱副回路的快速、有力控制的特性。弱副回路的快速、有力控制的特性。 在考虑到使副环包围更多干扰时，也应同时在考虑到使副环包围更多干扰时，也应同时 考虑到副环的灵敏度。考虑到副环的灵敏度。 4.4.副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的 匹配，以防匹配，以防“共振共振”的发生的发生 是为了保证副回路具有快速的抗干扰性能；是为了保证副回路具有快速的抗干扰性能； 是由于串级系统中主、副回路之间是密切相关

22、的，副是由于串级系统中主、副回路之间是密切相关的，副 变量的变化会影响到主变量，而主变量的变化通过反馈回变量的变化会影响到主变量，而主变量的变化通过反馈回 路又会影响到副变量。路又会影响到副变量。 在串级控制系统中，主、副对象的时间常数不能太接近。在串级控制系统中，主、副对象的时间常数不能太接近。 在选择副变量时，应注意使主、副对象的时间常数之在选择副变量时，应注意使主、副对象的时间常数之 比为比为3 31010，以减少主、副回路的动态联系，避免，以减少主、副回路的动态联系，避免“共共 振振”。 当然，也不能盲目追求减小副对象的时间常数，否则当然，也不能盲目追求减小副对象的时间常数，否则 可能

23、使副回路包围的干扰太少，使系统抗干扰能力反而减可能使副回路包围的干扰太少，使系统抗干扰能力反而减 弱了。弱了。 5. 当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时， 在选择副变量时应在选择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不使副环尽量少包含纯滞后或不 包含纯滞后包含纯滞后 对于含有大纯滞后的对象，可采用串级控制系统，对于含有大纯滞后的对象，可采用串级控制系统， 并通过合理选择副变量将纯滞后部分放到主对象中去，并通过合理选择副变量将纯滞后部分放到主对象中去， 以提高副回路的快速抗干扰功能，及时克服干扰的影响，以提高副回路的快速抗干扰功能，及时克服干扰的影响， 将

24、其抑制在最小限度内，从而可以使主变量的控制质量将其抑制在最小限度内，从而可以使主变量的控制质量 得到提高。得到提高。 某化纤厂胶液压力的控制问题某化纤厂胶液压力的控制问题 图图7-77-7压力与压力串级控制系统压力与压力串级控制系统 11计量泵；计量泵；22板式热交换器；板式热交换器； 33过滤器过滤器 工艺要求过滤前的胶液压力工艺要求过滤前的胶液压力 稳定在稳定在0.25MPa。由于胶液粘度。由于胶液粘度 大，控制通道长，单回路压力大，控制通道长，单回路压力 控制方案效果不好。控制方案效果不好。 在计量泵和冷却器之间，靠近在计量泵和冷却器之间，靠近 计量泵的适当位置，选择压力计量泵的适当位置

25、，选择压力 测量点，并作为副变量组成一测量点，并作为副变量组成一 个压力与压力的串级控制系统，个压力与压力的串级控制系统， 以提高控制质量。以提高控制质量。 只有当纯滞后环节能大部分乃至全部都可以被划入到主对象只有当纯滞后环节能大部分乃至全部都可以被划入到主对象 中去时，这种方法才能有效地提高系统的控制质量，否则将中去时，这种方法才能有效地提高系统的控制质量，否则将 不会获得很好的效果。不会获得很好的效果。 1、主、副变量间应有一定的联系、主、副变量间应有一定的联系 2、系统的主要干扰应包围在副回路中、系统的主要干扰应包围在副回路中 3、在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰、在可能的情况

26、下，应使副环包围更多的次要干扰 4.副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配， 以防以防“共振共振”的发生的发生 5. 当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选 择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后 五、主、副控制器控制规律及正、反作用的选择五、主、副控制器控制规律及正、反作用的选择 控制规律是根据控制规律是根据控制的要求控制的要求来进行选择的。来进行选择的。 为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用为了高精度地稳定主变量。主控制器通常

27、都选用 比例积分比例积分控制规律，以实现主变量的无差控制。控制规律，以实现主变量的无差控制。 副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化 的。副控制器一般采用的。副控制器一般采用比例比例控制规律。控制规律。 （1 1）串级控制系统中的）串级控制系统中的副控制器作用方向副控制器作用方向的选择的选择 根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形 式后，按照使式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则副控制回路成为一个负反馈系统的原则来来 确定。确定。 例：图例：图7-27-2所示的管式加热炉温度所示的管式加热

28、炉温度- -温度串级控制系统中温度串级控制系统中 的副回路的副回路 气源中断，停止供给燃料油，执行器选气开阀，气源中断，停止供给燃料油，执行器选气开阀，“正正”方向。方向。 燃料量加大时，炉膛温度燃料量加大时，炉膛温度2（副变量）增加，副对象（副变量）增加，副对象“正正”方向。方向。 为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C选择选择“反反”方向。方向。 例：图例：图7-57-5所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统。所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统。 基于工艺上的考虑，选择执行器为气关阀。基于工艺上的考虑，选择执行器为气关阀。 为使副

29、回路是一个负反馈控制系统，副控制器为使副回路是一个负反馈控制系统，副控制器FC的作的作 用方向应选择为用方向应选择为“正正”作用。作用。 （2 2）串级控制系统中）串级控制系统中主控制器作用方向主控制器作用方向的选择：的选择： 当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出， 为使主、副变量减小（增加），为使主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是要求控制阀的动作方向是 一致的时候，一致的时候， 主控制器应选主控制器应选“反反”作用；作用； 反之，则应选反之，则应选“正正”作用。作用。 例：图例：图7-57-5所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量

30、的串级控所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控 制系统。制系统。 蒸汽流量（副变量）或塔釜温度（主变量）增加蒸汽流量（副变量）或塔釜温度（主变量）增加 时，都需要关小控制阀，它们对控制阀的动作方向要时，都需要关小控制阀，它们对控制阀的动作方向要 求是一致的，求是一致的， 所以主控制器所以主控制器TC也应为也应为反作用反作用方向。方向。 例：图例：图7-27-2所示的管式加热炉串级控制系统。所示的管式加热炉串级控制系统。 主变量主变量1或副变量或副变量2增加时，都要求关小控制阀，减少增加时，都要求关小控制阀，减少 供给的燃料量，才能使供给的燃料量，才能使1或或2降下来，降下来， 所以此时主控制器

31、所以此时主控制器T1C应确定为反作用方向。应确定为反作用方向。 图图7-8 7-8 冷却器温度串级控制系统冷却器温度串级控制系统 冷却器温度串级控制系统是以被冷却物料出口温度为主冷却器温度串级控制系统是以被冷却物料出口温度为主 变量，冷剂流量为副变量的串级控制系统。变量，冷剂流量为副变量的串级控制系统。 分析冷却器的特性可以知道，当主变量即被冷却物料出分析冷却器的特性可以知道，当主变量即被冷却物料出 口温度增加时，需要开大控制阀，而当副变量即冷剂流量口温度增加时，需要开大控制阀，而当副变量即冷剂流量 增加时，需要关小控制阀，它们对控制阀动作方向的要求增加时，需要关小控制阀，它们对控制阀动作方向

32、的要求 是不一致的，是不一致的， 因此主控制器因此主控制器TC的作用方向应选用正作用。的作用方向应选用正作用。 （3 3）当由于工艺过程的需要，控制阀由气开改为气）当由于工艺过程的需要，控制阀由气开改为气 关，或由气关改为气开时，关，或由气关改为气开时， 只要改变副控制器的正反作用而不需改变主控制器只要改变副控制器的正反作用而不需改变主控制器 的正反作用。的正反作用。 无论哪一种切换，都必须保证当主变量变化时，去控制 阀的信号完全一致。 在有些生产过程中，要求控制系统既可以进行串级控制，在有些生产过程中，要求控制系统既可以进行串级控制， 又可以实现主控制器单独工作。又可以实现主控制器单独工作。

33、 即若系统由串级切换为主控时，是用主控制器的输出代即若系统由串级切换为主控时，是用主控制器的输出代 替原先副控制器的输出去控制执行器，而若系统由主控替原先副控制器的输出去控制执行器，而若系统由主控 切换为串级时，是用副控制器的输出代替主控制器的输切换为串级时，是用副控制器的输出代替主控制器的输 出去控制执行器。出去控制执行器。 n 怎样才能在不改变主控制器正反作用的情况下，直接在串怎样才能在不改变主控制器正反作用的情况下，直接在串 级与主控之间直接切换呢？级与主控之间直接切换呢？(假如执行器气开、气关都行）。假如执行器气开、气关都行）。 n 只有当副控制器为只有当副控制器为“反反”作用时。作用

34、时。 当主变量变化时，串级时副控制器的输出与主当主变量变化时，串级时副控制器的输出与主 控时主控制器的输出信号方向完全一致。控时主控制器的输出信号方向完全一致。 六、控制器参数的工程整定六、控制器参数的工程整定 串级控制系统主、副控制器的参数整定的两种方法。串级控制系统主、副控制器的参数整定的两种方法。 （1 1）在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行）在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行 的条件下，将主控制器的比例度先固定在的条件下，将主控制器的比例度先固定在100100的刻度的刻度 上，逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某上，逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某

35、种衰减比（如种衰减比（如4141）过渡过程下的副控制器比例度和操）过渡过程下的副控制器比例度和操 作周期，分别用作周期，分别用2s和和T2s表示。表示。 1、两步整定法、两步整定法 按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副 控制器，后整定主控制器的方法。控制器，后整定主控制器的方法。 （2 2）在副控制器比例度等于）在副控制器比例度等于2s 2s的条件下，逐步减小主控制 的条件下，逐步减小主控制 器的比例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时器的比例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时 主控制器的比例度主控制器的比例度1s 1s和操作周

36、期 和操作周期T T1s 1s。 。 （3 3）根据上面得到的）根据上面得到的1s、T1s、2s、T2s，计算主、副控制器，计算主、副控制器 的比例度、积分时间和微分时间。的比例度、积分时间和微分时间。 （4 4）按）按“先副后主先副后主”、“先比例次积分后微分先比例次积分后微分”的整定规的整定规 律，将计算出的控制器参数加到控制器上。律，将计算出的控制器参数加到控制器上。 （5 5）观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。）观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。 如果主、副对象时间常数相差不大，动态联系密切，如果主、副对象时间常数相差不大，动态联系密切， 可能会出现可能会出

37、现“共振共振”现象。现象。 可可适当减小副控制器比例度或积分时间适当减小副控制器比例度或积分时间，以达到减，以达到减 小副回路操作周期的目的。同理，小副回路操作周期的目的。同理，可以加大主控制器的可以加大主控制器的 比例度或积分时间比例度或积分时间，以期增大主回路操作周期，使主、，以期增大主回路操作周期，使主、 副回路的操作周期之比加大，避免副回路的操作周期之比加大，避免“共振共振”。 如果主、副对象特性太接近，就不能完全靠控制器如果主、副对象特性太接近，就不能完全靠控制器 参数的改变来避免参数的改变来避免“共振共振”了。了。 2、一步整定法、一步整定法 根据经验将副控制器一次放好，不再变动，

38、然后按一根据经验将副控制器一次放好，不再变动，然后按一 般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。 这种整定方法对于对主变量要求较高，而对副这种整定方法对于对主变量要求较高，而对副 变量没有什么要求或要求不严，允许它在一定范围内变变量没有什么要求或要求不严，允许它在一定范围内变 化的串级控制系统，是很有效的。化的串级控制系统，是很有效的。 副变量副变量 类型类型 副控制器比例度副控制器比例度2 副控制器比例放大倍副控制器比例放大倍 数数KP2 温度温度 压力压力 流量流量 液位液位 20 60 30 70 40 80 20 80 5.0 1

39、.7 3.0 1.4 2.5 1.25 5.0 1.25 表表 7-17-1采用一步整定法时副控制器参数选择范围采用一步整定法时副控制器参数选择范围 （1 1）在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按）在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按 照表照表7-17-1所列的数据，将副控制器比例度调到某一适所列的数据，将副控制器比例度调到某一适 当的数值。当的数值。 （2 2）利用简单控制系统中任一种参数整定方法整定）利用简单控制系统中任一种参数整定方法整定 主控制器的参数。主控制器的参数。 （3 3）如果出现）如果出现“共振共振”现象，可加大主控制器或减现象，可加大主控制器或减 小副控制器的参数整定值，一般即能消除。