过程控制课件第8节资料资料

1、Beijing University of Posts and Telecommunications过程控制课件第8节资料Beijing University of Posts and Telecommunications解决办法：串级控制解决办法：串级控制Beijing University of Posts and Telecommunications串级控制串级控制Beijing University of Posts and Telecommunicationsn系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副

2、变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。n主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出作为副调节器的给定值。主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出作为副调节器的给定值。结构特点：结构特点：Beijing University of Posts and Telecommunications6.1.2 6.1.2 串级控制系统的控制效果串级控制系统的控制效果1.1.能迅速克服二次干扰能迅速克服二次干扰 202*02220221cvmYsGsGsFsGs Gs Gs Gs 202*02220221cvmYsGsGsFsGs Gs Gs GsBeijing

3、 University of Posts and Telecommunications *10201*212020111ccvmY sGs GsFsGs Gs Gs Gs Gs Gs 1120201112020111ccvccvmY sGs Gs Gs Gs GsXsGs Gs Gs Gs Gs Gs *10201*212020111ccvmY sGs GsFsGs Gs Gs Gs Gs Gs 1120201112020111ccvccvmY sGs Gs Gs Gs GsXsGs Gs Gs Gs Gs GsBeijing University of Posts and Telecommu

4、nications 111212ccvYsXsKKKYsFs 控制能力和抗干扰能力综合定义为：控制能力和抗干扰能力综合定义为： sGsGsGsFsYsXsYvcc21211122( )CCGsK( )VVGsK11)(ccKsGBeijing University of Posts and Telecommunications sGsGsGsGsGsGsGsGsGsXsYmvcvc101020102111 sGsGsGsGsGsGsFsYmvc1020102211 控制能力和抗干扰能力综合为：控制能力和抗干扰能力综合为： sGsGsFsYsXsYvc2111( )CCG sK( )VVG sK

5、 sGsGsGsGsGsGsGsGsGsXsYmvcvc101020102111 sGsGsGsGsGsGsGsFsYmvc101020102211 sGsGsFsYsXsYvc2111Beijing University of Posts and Telecommunications 1112cvY sXsK KY sFs12CCCK KK一般情况下有：一般情况下有：结论：提高了控制质量结论：提高了控制质量 111212ccvY sXsK K KY sFs单回路系统单回路系统串级控制系统串级控制系统Beijing University of Posts and Telecommunicati

6、ons2.2.能改善控制通道的动态特性，提高工作频率能改善控制通道的动态特性，提高工作频率（1 1）等效时间常数减小，响应速度加快；）等效时间常数减小，响应速度加快； 22020220222022( )( )( )1cvcvcvmYsGs Gs GsGsGs G s GsXsGs Gs Gs Gs单回路系统单回路系统串级控制系统串级控制系统 22020220222022( )( )( )1cvcvcvmYsGs Gs GsGsGs G s GsXsGs Gs Gs GsBeijing University of Posts and Telecommunications0202022222( )

7、1 ,( ),( ),( )ccvvmmG sKT sGsKG sKGsK2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT sKK KKK KKKTT ssKK KK0202TT 22020220222022( )( )( )1cvcvcvmY sGs G s GsGsG s G s G sX sGs G s Gs Gs 22020220222022( )( )( )1cvcvcvmYsGs Gs GsGsGs G s GsXsGs Gs Gs Gs20202022202022022202020202220

8、21( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT sKK KKK KKKTT ssKK KKBeijing University of Posts and Telecommunications串级系统的特征方程为：串级系统的特征方程为： 10201110cmGs Gs Gs Gs 010101111102/1 ,( )ccmmGsKT sGsKGsKGs10201102011/110cmK K K KT sT s(2)(2)提高了系统的工作频率提高了系统的工作频率2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmc

9、vmK K KT sGsK K KKT sK K KK K KKKTT ssK K KK2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmK K KT sGsK K K KT sK K KK K K KKTT ssK K K KBeijing University of Posts and Telecommunications20102120110102010210ccmTTK KK KssT TT T01020010221020110010221cmTTT TKKKKT T220020ss串级控制系统的工作频率为：串级控制系统的工作频率

10、为：02100201220211TTTT串Beijing University of Posts and Telecommunications02100201220211TTTT串用同样的分析方法，可得：用同样的分析方法，可得：020102012 2 0211TTTT 单 sGsGsGsGsGsGsGsGsGsXsYmvcvc101020102111 sGsGsGsGsGsGsGsGsGsXsYmvcvc101020102111 串级控制系统：串级控制系统：Beijing University of Posts and Telecommunications若两种方案的阻尼系数相同，则有：若两种

11、方案的阻尼系数相同，则有：02010201020102010201020111TTTTTTTTTTTT单串02010201TTTT单串副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；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；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。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。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。结论：结论：20202022202

12、02202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT sKK KKK KKKTT ssKK KK2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmK K KT sGsK K KKT sK K KK K KKKTT ssK K KKBeijing University of Posts and Telecommunications3 3 能适应负荷和操作条件的剧烈变化能适应负荷和操作条件的剧烈变化副回路的等效放大系数为：副回路的等效放大系数为：2020220221cvcvmKK

13、KKKK KK2022021cvmK k K KK几乎不变2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT sKK KKK KKKTTssKK KK2020202220202202220202020222021( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KT sGsKK KKT sKK KKK KKKTT ssKK KKBeijing University of Posts and Telecommunications2 2）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；）能改善控制通道的动态特性

14、，提高系统的快速反应能力；3 3）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。综上所述，串级控制系统的主要特点有：综上所述，串级控制系统的主要特点有：1 1）对进入副回路的干扰有很强的抑制能力；）对进入副回路的干扰有很强的抑制能力； 调节效果比较调节效果比较串级控制串级控制单回路控制单回路控制tyBeijing University of Posts and Telecommunications6.1.3 6.1.3 串级控制系统的适用范围串级控制系统的适用范围1. 1. 适用于容量滞后较大的过适用于容量滞后较大的过程：选容量滞

15、后较小的辅助变程：选容量滞后较小的辅助变量，减小时常，提高频率。量，减小时常，提高频率。适用于纯滞后较大的过程适用于纯滞后较大的过程 工艺要求：过滤前的压力稳工艺要求：过滤前的压力稳定在定在250KPa;250KPa;特点：距离长，特点：距离长，纯滞后时间长。仿丝胶液压纯滞后时间长。仿丝胶液压力与压力串级控制。力与压力串级控制。Beijing University of Posts and Telecommunications适用于干扰变化剧烈、幅度大适用于干扰变化剧烈、幅度大的过程的过程 4. 4. 适用于非线性过程适用于非线性过程特点：负荷或操作条件改变导致特点：负荷或操作条件改变导致过程

16、特性改变。过程特性改变。若：单回路控制，需随时改变调若：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节器整定参数以保证系统的衰减率不变率不变换热器呈非线性特性换热器呈非线性特性工艺要求：汽包液位控制，工艺要求：汽包液位控制，特点：快装锅炉容量小，蒸特点：快装锅炉容量小，蒸汽流量与水压变化频繁、激汽流量与水压变化频繁、激烈烈三冲量液位串级控制。三冲量液位串级控制。Beijing University of Posts and Telecommunications1. 1. 副回路的设计与副参数的选择副回路的设计与副参数的选择选择原则：选择原则：（1 1）副参数要物理可测、副对象的时）副参

17、数要物理可测、副对象的时间常数要小、纯滞后时间要尽可能短。间常数要小、纯滞后时间要尽可能短。Beijing University of Posts and Telecommunicationsa a）：燃料油压力为主要干扰；）：燃料油压力为主要干扰；b b）：燃料油粘度、成分、热值、处理）：燃料油粘度、成分、热值、处理量为主要干扰量为主要干扰（2 2） 副回路要尽可能多地包含变化频繁、幅度大的干扰，但也不是越多越好。副回路要尽可能多地包含变化频繁、幅度大的干扰，但也不是越多越好。Beijing University of Posts and Telecommunications假设假设 202

18、21cvmK K K K为常量为常量主、副被控过程时常不能太大主、副被控过程时常不能太大也不能太小也不能太小频率的比值大于频率的比值大于3 3，时常的比值在，时常的比值在3 31010范围内选择范围内选择（3 3）主、副过程的时间常数要适当匹配）主、副过程的时间常数要适当匹配. .2022010201020102010211/1/1/1/cvmK K K KTTTTTTTT串单当串级控制与单回路控制的当串级控制与单回路控制的阻尼系数相等时，有阻尼系数相等时，有2022010201020102010211/1/1/1/cvmK K K KTTTTTTTT串单Beijing University of Posts and Telecommunications（4 4）应综合考虑控制质量和经济性要求）应综合考虑控制质量和经济性要求b) b) 冷剂蒸发压力为副参数，投资多，冷剂蒸发压力为副参数，投资多，控制质量较高。选择应视具体情况而控制质量较高。选择应视具体情况而定。定。a) a) 冷剂液位为副参数，投资少，冷剂液位为副参数，投资少，控制质量不高；控制质量不高；Beijing University of Posts and Telecommunications2 2 主、副调节器调节规律的选择主、副调节器调节规律的选择主调：定值控制；主调：定值控制；主被控参数要无静差主被控参数要无静