自动控制串级控制系统

复习：简单控制系统被控对象执行器控制器检测元件及变送器＋－被控对象执行器控制器检测元件及变送器＋－被控变量y给定值xz测量值操纵变量q控制信号p偏差e干扰

ƒ1、结构和特性单回路、负反馈。适用于时间常数较小，负荷变化小的对象2、常用术语被控变量、操纵变量、控制信号、测量值、给定值复杂控制系统概述由于生产上的更高要求及某些特殊需要，单回路控制系统无法满足。常见类型：串级、均匀、比值、分程、前馈、取代、三冲程等控制系统——复杂控制系统如加热炉温度控制原料（入口）原料（出口）空气燃料被控变量：原料出口温度tt操纵变量：燃料流量qTC测量给定u构成的简单控制系统，；理论上是合理的，可行的方案。实际控制质量很差！！t/45分钟9分钟TC给定第一节串级控制系统对象对象1对象2执行器控制器检测、变送－＋控制器检测、变送－原料（入口）原料（出口）空气燃料tTC测量给定ut/TC给定1、结构分析T2CT1C对象1执行器＋控制器1检测、变送1－干扰

ƒ1＋控制器2－ySym1对象2检测、变送2干扰

ƒ2t1muym2e副回路（内环）主回路（外环）由两套检测变送器、两个控制器、两个被控对象、和一个控制阀组成，利用主、副两个控制器串联在一起，来稳定一个主变量的系统。主控制器的输出作为副控制器的给定，副控制器的输出去操纵控制阀。t2干扰小：由副回路迅速克服，主回路不动作。干扰大：副回路随动，主回路定值，且同向调节2、工作过程（1）干扰进入副回路副回路随动，可即时改变副参数以达到稳定主参数的目的。（2）干扰进入主回路（3）干扰同时进入主、副回路干扰同向：调节方向相同，调节作用强，偏差小干扰反向：调节作用相反，互相抵消，偏差小副回路：先调、粗调、快调主回路：后调、细调、慢调可见，副回路不仅能迅速克服作用于副回路的干扰；也能迅速克服作用于主回路的干扰。2、常用术语主变量：主要目标，起主导作用的被控参数副变量：为稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量副对象：副变量与操纵变量之间的通道特性主对象：主变量与副变量之间的通道特性副控制器：接受副变量的偏差，其输出控制阀门主控制器：接受主变量的偏差，其输出作为副控制器的设定值副回路（内环）：由副变量检测变送器、副控制器、控制阀、副对象组成的回路。处在串级控制系统内部的，在控制过程中起着“粗调”的作用；是一个随动控制系统。主回路（外环）：由副回路、主控制器、主对象、主变量检测变送器组成的回路，在控制系统中起着“细调”的作用。是一个定值控制系统。一次干扰：进入主回路的干扰二次干扰：进入副回路的干扰3、主要特点及其应用场合具有两个回路，两个变量。设置副回路来提高对主变量的控制质量；副回路的作用是把一些主要干扰在没有进入主对象以前，立即加以克服。具有超前、克服滞后的作用。对负荷改变时有一定的自适应能力。（1）特点（2）应用场合（2）干扰作用强而频繁；（3）负荷变化大；（4）给定值经常变化。（1）对象的滞后和时间常数较大（过渡时间长）；4、控制规律及正、反作用的选择（1）控制规律主变量要求稳定，不允许有余差，故主控制器选择PI控制，如对象滞后较大，可加微分作用。副变量随主控制器输出变化，一般用P控制，必要时加I作用。（2）控制器正、反作用选择副控制器与简单控制系统的选择方法相同。主控制器的作用方向取决于主对象的特性。如主对象为“正”，则：主控制器选“反”作用，如主对象为“反”，则：主控制器选“正”作用。对象1执行器＋控制器1检测、变送1－干扰

ƒ1＋控制器2－ySym1对象2检测、变送2干扰

ƒ2t1mu2ym2t2燃料压力↑→t2

↑→e2

↑→u2↓→阀门关小u1e1e2t2或进料量温度↑→t1↑→e1

↑→

u1↓→e2

↑→u2↓→阀门关小同向干扰：反向干扰：进料量↑→t1

↓→e1

↓→

u1↑→e2↓→u2↑如果增加量=减少量，阀门不需动作。（1）“先副后主”，先将主回路比例度放100%，积分时间为最大，微分时间为零，用4：1衰减曲线法整定副控制器参数，记下比例度δ2及振荡周期T2。（2）将副控制器比例度放在δ2，积分时间为最大，微分时间为零，用同样的方法得主控制器的δ1及T1。（3）用前经验数据求出主副控制器的比例度、积分时间、微分时间。5、控制器参数的整定步骤：第二节均匀控制系统

1、目的与特点

目的：是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量（一般是指液位和流量）之间能够相互兼顾和协调操作。特点：不是为了使被控变量保持不变，而是使两个相互联系的变量都在允许的范围内缓慢的变化。2、控制方案（1）简单均匀控制：形式与液位控制相同，但目的不同，通过控制器参数整定来实现，采用纯比例作用，且比例度很大。（2）串级均匀控制：与液位-流量串级控制相同，参数整定方法是比例度和积分时间从小到大，且数值都较大，主副控制器一般都采用纯比例，要求较高时才引入积分。第三节比值控制系统

定义：保证两种物料量比值为一定的控制。

1、概述主动信号：生产中的主要物料量的信号或不可控物料。从动信号：可控物料的信号，按主要物料来配比。2、控制方案（1）开环比值控制主物料量的流量值Q1从物料量的流量值Q2比值K=Q2／Q1可作为比例度设定Q1Q2FC适用于Q2较平稳且比值要求不高的场所。很少采用（2）单闭环比值控制

形式象串级控制，但主回路不闭合，主控制器只起比值设定作用，用比例控制，副控制器接受主控制器的输出为给定，同时稳定Q2的流量，用比例积分控制。特点是比值精确，容易实现，应用广，但总流量不固定。有两个闭合回路，分别控制主副流量，当主流量发生变化时，通过比值控制器K改变

F2C的给定值，使副流量按一定的比值随主流量变化。适用于主流量干扰频繁、经常需要提降负荷或负荷不能有较大波动的场合。（3）双闭环比值控制第四节前馈控制系统一、前馈控制系统的原理和特点按扰动变化大小进行控制。前馈控制：1、基本原理：测取进入过程的扰动量(包括外界扰动和设定值变化)，并按照其信号产生合适的控制作用直接去改变控制量。