04-复杂控制系统

复杂控制系统李丽娟自动化与电气工程学院串级控制系统Cascadecontrol均匀控制系统Uniformcontrol比值控制系统Ratiocontrol串级控制系统TCTT被加热原料燃料出口温度TmCTmT被加热原料燃料出口温度TsCTsT反作用PID气开组成原理TmCTmT被加热原料燃料出口温度TsCTsTTmTmCTsC调节阀炉膛

TsT加热炉出口TmT__出口温度TsQPTm给定值RsRmZmZsf1f2串级控制系统基本概念主给定值主调节器副调节器调节阀副对象

副检测变送主对象主检测变送__主被控变量副被控变量调节变量副给定值副测量值f1f2主测量值主回路副回路串级控制系统定义:由两个测量变送器、两个控制器其中一个控制器的输出是另一个控制器的给定、一个控制阀组成的双闭环定值系统.

串级控制系统的组成

主被控变量（Yl)：是工艺控制指标或与工艺控制指标有直接关系，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。

副被控变量（Y2）：大多为影响主被控变量的重要参数。主控制器：在系统中起主导作用，按主被控变量和其设定值之差进行控制运算，并将其输出作为副控制器给定值。

副控制器：在系统中起辅助作用，按所测得的副被控变量和主控输出之差来进行控制运算，其输出直接作用于控制阀的控制器，简称为“副控”。术语主变送器：测量并转换主被控变量的变送器。副变送器：测量并转换副被控变量的变送器。主对象：大多为工业过程中所要控制的、由主被控变量表征其主要特性的生产设备或过程。副对象：大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程。副回路:由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的闭环回路,又称为“副环”或“内环”。主回路：由主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象所构成的闭环回路，又称为“主环”或“外环”。 调节过程1．干扰作用于副对象

由于副环的出现，使调节作用变得更快、更强。使干扰在进入主环时大大减小。调节过程TmCTmT被加热原料燃料出口温度TsCTsT如燃料的性质发生改变2．干扰作用于主对象

串级控制也能有效地去克服干扰TmCTmT被加热原料燃料出口温度TsCTsT调节过程如被加热原料的性质改变3．干扰同时作用于主、副对象

（1）受干扰作用，主、副变量变化方向相同

由于有副回路的存在，系统能更早、更快、更强地克服干扰。

调节过程TmCTmT被加热原料燃料出口温度TsCTsT如燃料压力升高，同时被加热原料流量下降3．干扰同时作用于主、副对象（2）受干扰作用，主、副变量变化方向相反

主、副变量变化方向相反的情况下，串级系统比较稳定。调节过程TmCTmT被加热原料燃料出口温度TsCTsT如燃料压力升高，同时被加热原料流量上升在串级控制系统中，由于从对象提取出副变量并增加一个副环，整个系统克服干扰的能力更强，克服干扰的作用更及时，控制性能明显提高。调节过程主给定值主调节器副调节器调节阀副对象

副检测变送主对象主检测变送__主被控变量副被控变量调节变量副给定值副测量值f1f2副调节系统或副环主测量值1．分级控制思想将一个调节通道较长的对象分为两级2．串级系统结构组成3．系统工作方式副环：随动；主环：定值4．控制性能引入副环，系统对于干扰反应更及时，克服干扰的速度更快，能有效地克服系统滞后，改善控制精度和提高控制质量。

串级系统特点1．主、副被控变量的选择串级系统设计主、副被控变量的选择（1）使主要干扰作用在副对象。（2）使副对象包含适当多的干扰。（3）主、副对象的时间常数不能太接近，通常使副对象的时间常数Ts明显小于主对象的时间常数TＭ。

主、副被控变量的选择

调节器调节规律的选择调节器作用方向的选择例：调节阀选气开阀调节器作用方向的选择主被控变量：副被控变量：主被控对象：副被控对象：调节器作用方向的选择LC+FC-调节阀-+FT++LT+__出口温度TsQPTm给定值RsRmZmZsf1f2正作用＋反作用4.2均匀控制LCFC在理想状态不能实现的情况下，只有冲突的双方各自降低要求，以求共存。均匀控制思想就是在这样的应用背景下提出来的。为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使前后供求矛盾的两个变量在一定范围内变化，为此组成的系统称为均匀控制系统。

4.2均匀控制

均匀控制

均匀控制⑤控制目标不同：简单控制系统控制目标更严格；⑥系统结构相同：

均匀控制

均匀控制杜绝微分作用

均匀控制

均匀控制

均匀控制

4.3比值控制Ratecontrolsystem

实现两个或两个以上物料符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统.K=F2/F1式中K为从动流量与主动流量的工艺流量比值。F1---主动流量(其物料处于主导地位即主物料

)F2---从动流量(其物料在控制过程中随主物料而变化

)

燃料与空气成比例,什么是主动物料?什么是从动物料?氢氧化钠浓溶液与水成比例,什么是主动物料?什么是从动物料?一.比值控制系统的类型

1.开环比值控制系统这种方案的优点是结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值要求来设定。

缺点是如主物料Fl稳定不变，从物料的流量F2将受控制阀前后压差变化影响而改变。F1F2FTFCF1F2FTFCFTFC2.单闭环比值控制系统

当主动流量F1变化时，经变送器送至比值控制器FC。FC按预先设置好的比值使输出成比例地变化，也就是成比例地改变从动流量控制器FC的给定值.

此时从动流量控制系统为一个随动控制系统，从而F2跟随F1变化，使流量比值K保持不变。

单闭环比值控制系统方块图F1F2FTFCFTFC3.双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统的优点是提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主动流量控制