热工控制系统-第五章.ppt

1、第二篇 复杂控制系统,第五章 串级控制系统,第六章 前馈控制系统,第七章 比值控制系统,第八章 大迟延控制系统,第九章 解耦控制系统,第五章 串级控制系统,第一节 串级控制系统的基本原理和结构 第二节 串级控制系统的分析 第三节 串级控制系统的设计和调节器的选型 第四节 串级控制系统的整定,第一节 串级控制系统的基本原理和结构,电厂锅炉过热汽温控制系统分析 被控量：主汽温2 控制手段：减温器的喷水 主汽温对象特点：滞后和惯性较大 采用单回路控制品质不好,导前信号,锅炉过热汽温串级控制系统原理图,副回路（内回路）：粗调 主回路（外回路）：细调 主参数（主变量）： 1 副参数（副变量）： 2,主调

2、,副调,导前区,惰性区,第二节 串级控制系统的分析,（1）由于副回路具有快速作用，因此，串级控制系统对进入副回路的扰动有很强的克服能力。,Y1,当干扰f经干扰通道WOf进入副回路后，首先影响副参数y2，于是副调节器立即动作，力图消弱干扰对y2的影响。 显然，干扰经过副回路的抑止后再进入主回路，对y1的影响将有较大的减弱。,串级与单回路相比,动态增益明显减小(证明),可减小到原来的0.010.1,（2）由于副回路的存在，改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率。,将整个副回路看成是一个等效对象WO2*(s) 等效对象的时间常数缩小了，而且随着副调节器比例增益的增大而减小,从而加快了副回路的响应

3、速度，提高了系统的工作频率。(证明) 可见，当扰动在副回路以外（例如外扰）时，由于副回路减小了对象的时间常数，提高了整个系统的工作频率，因此也能改善系统的工作品质。,（3）由于副回路的存在，使串级系统有一定的自适应能力。,负荷变化引起副回路内各环节参数的变化，可以较少影响或不影响系统的控制质量。 一般 KT2KZKKO2Km21,由于副回路通常是一个随动系统，当负荷变化时，主调节器将改变其输出值，副调节器能快速跟踪，及时而又精确地控制副参数，从而保证系统的控制品质。,第三节 串级控制系统的设计和调节器的选型,一、主、副回路的设计原则 （1）参数的选择应使副回路的时间常数小， 控制通道短，反应灵

4、敏。 （2）副回路应包含被控对象所受到的主要干扰 一般应使副回路的频率比主回路的频率高得多，当副回路的时间常数加在一起超过了主回路时，采用串级控制就没有什么效果。 （3）主、副回路工作频率应适当匹配 为确保串级系统不受共振现象的威胁，一般取 式中：Td1为主回路的振荡周期；Td2为副回路的振荡周期。,二、主、副调节器的选型,1副调节器的选型 副调节器的任务是要快速动作以迅速消除进入副回路内的扰动、而且副参数并不要求无差，所以一般都选P调节器. 如果主、副回路频率相差很大，也可考虑采用PI调节器。 2主调节器的选型 主调节器的任务是准确保持被调量符合生产要求，不允许被调量存在静差。 因此主调节器

5、一般都采用PI调节器，如果控制对象惰性区的容积数目较多，同时有主要扰动落在副回路以外的话，就可以考虑采用PID调节器。,第四节 串级控制系统的整定,整定方法:逐次逼近法,两步整定法,补偿法,一. 逐次逼近法,（1） 先整定副调节器WT2(s) 。在第一次整定副调节器时，断开主环，即按副回路单独工作时的单回路系统来整定副调节器WT2(s)的参数，记作WT2(s)1 。 （2） 根据WT2(s)1，整定主调节器WT1(s)。按单回路系统整定方法求出主调节器的参数，记作WT1(s)1 。 （3）据（2）得到的WT1(s)1，再整定副调节器WT2(s)。然后根据单回路系统的整定方法求出副调节器的参数，

6、记为WT2(s)2 。 （4） 如果WT2(s)2的参数值与第（1）步得到的WT2(s)1的参数值基本相同，那么整定就告完成。两个调节器的整定参数分别为步骤（1）和（2）中求得的参数。否则应根据WT2(s)2重复步骤（2）、（3），直到出现两次整定结果基本相同时为止。,二. 两步整定法,1先整定副调节器 当副回路受到阶跃扰动时，在较短时间内副回路控制过程就告结束；在此期间，主回路基本上不参加动作。可断开主回路,按单回路系统的整定方法整定副调节器WT2(s)的参数。 2整定主调节器 在主回路中副回路可看作一个比例环节，可按单回路系统的整定方法整定主调节器WT1(s)的参数。,三. 补偿法,（1） 适当选择主调节器WT1(s)的参数，以造成一个动态特性较好的等效控制对象WO*(s)。等效控制对象WO*(s)只能在控制对象的原有基础上WO1(s) 、WO2(s), 通过选择WT1(s)的参数使它比较地有利