串級(jí)控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)ppt課件

1、組成：組成：一個(gè)調(diào)節(jié)器，一個(gè)控制閥，一個(gè)被控制對(duì)象，一個(gè)一個(gè)調(diào)節(jié)器，一個(gè)控制閥，一個(gè)被控制對(duì)象，一個(gè)測(cè)量變送器測(cè)量變送器Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)Y(s)單回路控制系統(tǒng)方框圖定義定義:就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對(duì)主被控變量具有更輸出去操縱控制閥，從而對(duì)主被控變量具有更好的控制效果。好的控制效果。 在多回路控制系統(tǒng)中在多回路控制系統(tǒng)中,有兩個(gè)被控過(guò)程有兩個(gè)被控過(guò)程,兩套兩套測(cè)量變送裝置測(cè)量變送裝置, 兩臺(tái)控制器和一個(gè)調(diào)節(jié)閥構(gòu)成兩臺(tái)

2、控制器和一個(gè)調(diào)節(jié)閥構(gòu)成的系統(tǒng)的系統(tǒng)3-1 串級(jí)控制系統(tǒng)的概念串級(jí)控制系統(tǒng)的概念圖3.1反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)夾套槽壁例例3-1 連續(xù)槽反應(yīng)器溫度控制連續(xù)槽反應(yīng)器溫度控制1) 采用單回路控制采用單回路控制分析：當(dāng)冷卻水方面發(fā)生擾動(dòng)，需分析：當(dāng)冷卻水方面發(fā)生擾動(dòng)，需相繼通過(guò)相繼通過(guò)3個(gè)容積后，個(gè)容積后，1才升高，才升高，調(diào)節(jié)器才動(dòng)作。調(diào)節(jié)器才動(dòng)作。物料方面擾動(dòng)物料方面擾動(dòng)D1: 流量流量,入口溫度入口溫度,化學(xué)成分化學(xué)成分冷卻水?dāng)_動(dòng)冷卻水?dāng)_動(dòng)D2: 入口溫度入口溫度, 閥前壓力閥前壓力圖圖3.2反應(yīng)器單回路控制系統(tǒng)反應(yīng)器單回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥夾套夾套槽壁槽壁反應(yīng)槽反應(yīng)槽溫度測(cè)量溫度測(cè)量

3、D2D11r12對(duì)象有三個(gè)熱容積：夾套、槽對(duì)象有三個(gè)熱容積：夾套、槽壁、槽中的物料。壁、槽中的物料。2采用串級(jí)控制采用串級(jí)控制特點(diǎn)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器串在一特點(diǎn)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器串在一 起工作，調(diào)節(jié)器起工作，調(diào)節(jié)器C2通過(guò)通過(guò) 調(diào)節(jié)冷卻劑量以克服冷卻調(diào)節(jié)冷卻劑量以克服冷卻 水方面的擾動(dòng)；調(diào)節(jié)器水方面的擾動(dòng)；調(diào)節(jié)器C1 通過(guò)調(diào)節(jié)夾套內(nèi)水溫的設(shè)定通過(guò)調(diào)節(jié)夾套內(nèi)水溫的設(shè)定 值以保證反應(yīng)溫值以保證反應(yīng)溫度維持在工度維持在工 藝所希望的某一給定值。藝所希望的某一給定值。1溫度測(cè)量溫度測(cè)量主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥夾套夾套槽壁槽壁反應(yīng)槽反應(yīng)槽D2D11r2副調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器溫度測(cè)量溫度測(cè)量 反應(yīng)器的溫度串級(jí)控制方框圖反

4、應(yīng)器的溫度串級(jí)控制方框圖例例3-2 精餾塔提餾段的溫度控制精餾塔提餾段的溫度控制1、 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥蒸汽管路蒸汽管路再沸器再沸器塔底塔底溫度測(cè)量溫度測(cè)量D2(蒸汽壓力)rD1Q被調(diào)量：提餾段溫度被調(diào)量：提餾段溫度擾動(dòng)擾動(dòng)D2D2：加熱蒸汽壓力：加熱蒸汽壓力擾動(dòng)擾動(dòng)D1D1：加料方面的擾動(dòng)，：加料方面的擾動(dòng)，如溫度、流量、組分等如溫度、流量、組分等缺陷：從調(diào)節(jié)閥動(dòng)作到溫度缺陷：從調(diào)節(jié)閥動(dòng)作到溫度變化，需通過(guò)很多熱容積。變化，需通過(guò)很多熱容積。調(diào)節(jié)滯后。調(diào)節(jié)滯后。2、兩種改進(jìn)方案：、兩種改進(jìn)方案：(1) 附加蒸汽壓力控制方案附加蒸汽壓力控制方案圖圖3.6附

5、加蒸汽壓力控制方案附加蒸汽壓力控制方案把蒸汽壓力的干擾把蒸汽壓力的干擾克服在入塔前，提克服在入塔前，提高了溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)，高了溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)，但需增加一個(gè)調(diào)節(jié)但需增加一個(gè)調(diào)節(jié)閥，且增加了蒸汽閥，且增加了蒸汽管路的壓力損失，管路的壓力損失，經(jīng)濟(jì)上不合理。經(jīng)濟(jì)上不合理。(2) 串級(jí)控制方案好）串級(jí)控制方案好）主調(diào)主調(diào)節(jié)器節(jié)器調(diào)理調(diào)理閥閥蒸汽管蒸汽管路系統(tǒng)路系統(tǒng)再沸再沸器器塔底塔底溫度測(cè)量溫度測(cè)量D2rD1副調(diào)副調(diào)節(jié)器節(jié)器流量測(cè)量流量測(cè)量QrQ圖圖3.8提餾段溫度串級(jí)控制系統(tǒng)提餾段溫度串級(jí)控制系統(tǒng)QC2QC1優(yōu)點(diǎn)：有效地克服蒸汽優(yōu)點(diǎn)：有效地克服蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)溫度壓力波動(dòng)對(duì)溫度的影的影響。響。C2控制流量

6、穩(wěn)定，控制流量穩(wěn)定， C1控制溫度穩(wěn)定。控制溫度穩(wěn)定。通用的串級(jí)控制系統(tǒng)通用的串級(jí)控制系統(tǒng)主調(diào)主調(diào)節(jié)器節(jié)器調(diào)理調(diào)理閥閥副對(duì)象副對(duì)象主對(duì)象主對(duì)象主變送器主變送器二次擾動(dòng)二次擾動(dòng)一次擾動(dòng)一次擾動(dòng)副調(diào)副調(diào)節(jié)器節(jié)器副變送器副變送器主參數(shù)設(shè)定主參數(shù)設(shè)定主參數(shù)主參數(shù)副參數(shù)副參數(shù)副回路副回路1) 在結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)由兩個(gè)閉環(huán)組成副回路在結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)由兩個(gè)閉環(huán)組成副回路起起“粗調(diào)作用，主回路起粗調(diào)作用，主回路起“細(xì)調(diào)作用。細(xì)調(diào)作用。2) 每個(gè)閉環(huán)都有各自的調(diào)節(jié)對(duì)象，調(diào)節(jié)器和變送器每個(gè)閉環(huán)都有各自的調(diào)節(jié)對(duì)象，調(diào)節(jié)器和變送器3) 調(diào)節(jié)閥由副調(diào)節(jié)器直接控制調(diào)節(jié)閥由副調(diào)節(jié)器直接控制隨動(dòng)控隨動(dòng)控制系統(tǒng)制系統(tǒng)

7、定值控定值控制系統(tǒng)制系統(tǒng) 主回路主回路主、副回路主、副回路在外面的閉合回路稱為主回路在外面的閉合回路稱為主回路(主環(huán)主環(huán))， 在里面的閉合回路稱為副回路在里面的閉合回路稱為副回路(副環(huán)副環(huán))。主、副控制器主、副控制器處于主回路中的控制器稱為主控制器；處于主回路中的控制器稱為主控制器； 處于副回路中的控制器稱為副控制器。處于副回路中的控制器稱為副控制器。主、副變量主、副變量主回路的被控變量稱為主被控變量，也稱為主變量或主回路的被控變量稱為主被控變量，也稱為主變量或主參數(shù)；主參數(shù)； 副回路的被控變量稱為副被控變量，也稱為副變量或副回路的被控變量稱為副被控變量，也稱為副變量或副參數(shù)副參數(shù)串級(jí)控制系統(tǒng)

8、中的名詞：串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：主、副對(duì)象主、副對(duì)象主回路所包括的對(duì)象稱為主對(duì)象；主回路所包括的對(duì)象稱為主對(duì)象； 副回路所包括的對(duì)象稱為副對(duì)象。副回路所包括的對(duì)象稱為副對(duì)象。主、副變送器主、副變送器檢測(cè)和變送主變量的稱為主檢測(cè)變送器；檢測(cè)和變送主變量的稱為主檢測(cè)變送器； 檢測(cè)和變送副變量的稱為副檢測(cè)變送器。檢測(cè)和變送副變量的稱為副檢測(cè)變送器。一、二次干擾一、二次干擾進(jìn)入主回路的干擾稱為一次干擾；進(jìn)入主回路的干擾稱為一次干擾； 進(jìn)入副回路的干擾稱為二次干擾。進(jìn)入副回路的干擾稱為二次干擾。 串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖Gm2y1,spy2,spy

9、2ym2y1ym1Gm1Gc1Gc2GvGp2D2D1Gp1副回路主回路Gp2(s)串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gm2ym2Gc2GvGp2D2y2y2,sp22211mpvcGGGG+222221mpvcpvcGGGGGGG+D2(s)(2sDy2(s)y2,spGp2(s)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1副回路內(nèi)環(huán)具有快速調(diào)節(jié)作用，副回路內(nèi)環(huán)具有快速調(diào)節(jié)作用， 它能有效地克服二次擾動(dòng)的影響；它能有效地克服二次擾動(dòng)的影響；由于由于2222211)()(mpvcGGGGsDsD+而對(duì)于動(dòng)態(tài)滯后較小的副回路，有而對(duì)于動(dòng)態(tài)滯后較小的副回路，有1222mpvcGGGG22DD （2由于內(nèi)環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的作用，

10、因此可以由于內(nèi)環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的作用，因此可以加大主調(diào)節(jié)器的增益，提高系統(tǒng)的工作頻率。加大主調(diào)節(jié)器的增益，提高系統(tǒng)的工作頻率。設(shè)副回路中各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為設(shè)副回路中各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為STKKSGKSGKSGSTKSGPPVVCCPPP1)KKKK1ST1KKKK1KKK (S)GSGSGSG1SGSGSGSRSYSG)(;)(;)(;1)(22P2m2VC2P2M2P2VC2P2VC2m2P2VC2P2VC222P22m2m22222+（）（）（）（）（）（）（）（）（）（則1KC2KVKP2Km21TP2TP2等效對(duì)象的時(shí)間常數(shù)縮小了，加快了副環(huán)的響應(yīng)速度，等效對(duì)象的時(shí)間常數(shù)縮小了，加快了

11、副環(huán)的響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)的工作頻率。提高了系統(tǒng)的工作頻率。（3對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力對(duì)于內(nèi)環(huán)等效對(duì)象的增益對(duì)于內(nèi)環(huán)等效對(duì)象的增益2222221mpvcpvcpKKKKKKKK+當(dāng)1222mpvcKKKK221mpKK結(jié)論：當(dāng)副回路增益足夠大時(shí)，使主回路的特性基本上結(jié)論：當(dāng)副回路增益足夠大時(shí)，使主回路的特性基本上 和副對(duì)象、調(diào)節(jié)閥的增益無(wú)關(guān)系統(tǒng)的和副對(duì)象、調(diào)節(jié)閥的增益無(wú)關(guān)系統(tǒng)的“魯棒性強(qiáng)）。魯棒性強(qiáng)）。串級(jí)控制特點(diǎn)總結(jié)：串級(jí)控制特點(diǎn)總結(jié)：1) 在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上, 它是由兩個(gè)串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)它是由兩個(gè)串接工作的控制

12、器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng). 其中主回路是定值控制，副回路是隨動(dòng)控制其中主回路是定值控制，副回路是隨動(dòng)控制2) 副回路的引入，大大克服了二次擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)被調(diào)量的影副回路的引入，大大克服了二次擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)被調(diào)量的影響響3) 副回路的引入副回路的引入, 提高了整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度提高了整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度,使其快速性得使其快速性得到了提高到了提高4) 串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力力串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大、干串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高

13、的場(chǎng)合。擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中的幾個(gè)問題串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中的幾個(gè)問題考慮的問題考慮的問題: 副回路的設(shè)計(jì)副回路的設(shè)計(jì), 副參數(shù)的選擇副參數(shù)的選擇. 主副回路之間的主副回路之間的關(guān)系關(guān)系, 兩個(gè)調(diào)節(jié)器可能產(chǎn)生的問題兩個(gè)調(diào)節(jié)器可能產(chǎn)生的問題.副回路的設(shè)計(jì)主要是如何選擇副參數(shù)其設(shè)計(jì)原則為：副回路的設(shè)計(jì)主要是如何選擇副參數(shù)其設(shè)計(jì)原則為：n副參數(shù)的選擇應(yīng)使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比主對(duì)副參數(shù)的選擇應(yīng)使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏；象的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏； n副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾；副回路應(yīng)包含

14、被控對(duì)象所受到的主要干擾； n盡可能將帶有非線性或時(shí)變特性的環(huán)節(jié)包含盡可能將帶有非線性或時(shí)變特性的環(huán)節(jié)包含于副回路中。于副回路中。選擇夾套溫度作為副參數(shù)選擇夾套溫度作為副參數(shù),可迅速反映冷水側(cè)的干擾，然后可迅速反映冷水側(cè)的干擾，然后加以克服。加以克服。主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥夾套夾套槽壁槽壁反應(yīng)槽反應(yīng)槽溫度測(cè)量溫度測(cè)量D2D11r副調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器溫度測(cè)量溫度測(cè)量2r21串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例精餾塔提餾段溫度控制的不同串級(jí)方案精餾塔提餾段溫度控制的不同串級(jí)方案串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例（1副參數(shù)為加熱蒸汽作用線副參數(shù)為加熱蒸汽作用線1）主調(diào)主調(diào)

15、節(jié)器節(jié)器調(diào)理調(diào)理閥閥蒸汽管蒸汽管路系統(tǒng)路系統(tǒng)再沸再沸器器塔底塔底溫度測(cè)量溫度測(cè)量D2rD1副調(diào)副調(diào)節(jié)器節(jié)器流量測(cè)量流量測(cè)量QrQ控制方案控制方案1方框圖方框圖分析：可保持加熱量穩(wěn)定，它分析：可保持加熱量穩(wěn)定，它只能快速消除因蒸汽汽源壓力只能快速消除因蒸汽汽源壓力或冷凝壓力變化引起的擾動(dòng)?；蚶淠龎毫ψ兓鸬臄_動(dòng)。由于蒸汽流量對(duì)象的滯后非常由于蒸汽流量對(duì)象的滯后非常小，當(dāng)用流量作副變量時(shí)，并小，當(dāng)用流量作副變量時(shí)，并不能使串級(jí)系統(tǒng)的頻率有多少不能使串級(jí)系統(tǒng)的頻率有多少提高，對(duì)克服其它擾動(dòng)不明顯。提高，對(duì)克服其它擾動(dòng)不明顯。主調(diào)主調(diào)節(jié)器節(jié)器調(diào)理調(diào)理閥閥蒸汽管蒸汽管路系統(tǒng)路系統(tǒng)再沸再沸器器塔底塔底溫

16、度測(cè)量溫度測(cè)量D2rD1副調(diào)副調(diào)節(jié)器節(jié)器流量測(cè)量流量測(cè)量QrQ控制方案控制方案2方框圖方框圖P（2副參數(shù)為調(diào)節(jié)閥后的蒸汽壓力副參數(shù)為調(diào)節(jié)閥后的蒸汽壓力作用線作用線2）：）：分析：把加熱蒸汽側(cè)的擾動(dòng)完分析：把加熱蒸汽側(cè)的擾動(dòng)完全包括在副環(huán)之內(nèi)，與全包括在副環(huán)之內(nèi)，與1相比，相比，副環(huán)中包括了更大的時(shí)間常數(shù)，副環(huán)中包括了更大的時(shí)間常數(shù)，有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能。有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能。（3副參數(shù)為再沸器的蒸發(fā)量作用線副參數(shù)為再沸器的蒸發(fā)量作用線3）：）：把再沸器側(cè)的擾動(dòng)包括在副環(huán)內(nèi)再沸器液位、塔釜溫度把再沸器側(cè)的擾動(dòng)包括在副環(huán)內(nèi)再沸器液位、塔釜溫度等），有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能，但副環(huán)克服蒸汽方

17、面的等），有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能，但副環(huán)克服蒸汽方面的擾動(dòng)要慢些。擾動(dòng)要慢些。目的：避免副環(huán)進(jìn)入高增益區(qū)，避免產(chǎn)生串級(jí)共振目的：避免副環(huán)進(jìn)入高增益區(qū)，避免產(chǎn)生串級(jí)共振現(xiàn)象現(xiàn)象.共振現(xiàn)象：如果主回路的工作頻率接近副回路的諧共振現(xiàn)象：如果主回路的工作頻率接近副回路的諧振頻率，則副回路將呈現(xiàn)出很高的增益和較大的相振頻率，則副回路將呈現(xiàn)出很高的增益和較大的相位滯后，這時(shí)反過(guò)來(lái)將嚴(yán)重影響主回路的穩(wěn)定性，位滯后，這時(shí)反過(guò)來(lái)將嚴(yán)重影響主回路的穩(wěn)定性，從而使主副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間地大幅度地波動(dòng)的現(xiàn)象。從而使主副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間地大幅度地波動(dòng)的現(xiàn)象。結(jié)論：結(jié)論：211233ddddTT或一般?。阂话闳。?2(3 10)10

18、ddTTd2d1或=(3)Td1為主回路時(shí)間常數(shù)，為主回路時(shí)間常數(shù)，Td2為副回路時(shí)間常數(shù)為副回路時(shí)間常數(shù)y1sp(t)uKCe(t)11+sTAsTDDD11+sTI串級(jí)系統(tǒng)主控制器防積分飽和連接方法ym2(t)ym1(t)串級(jí)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇串級(jí)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇1) 根據(jù)工藝安全要求，選擇調(diào)節(jié)閥的氣開，氣關(guān)形式根據(jù)工藝安全要求，選擇調(diào)節(jié)閥的氣開，氣關(guān)形式2) 將副回路當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的閉回路，按照使副環(huán)形成一個(gè)負(fù)反饋的原將副回路當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的閉回路，按照使副環(huán)形成一個(gè)負(fù)反饋的原則確定副調(diào)節(jié)器的正反作用方式則確定副調(diào)節(jié)器的正反作用方式3) 將整個(gè)副回路當(dāng)作主回路的一個(gè)

19、環(huán)節(jié)將整個(gè)副回路當(dāng)作主回路的一個(gè)環(huán)節(jié), 其作用方式總為正其作用方式總為正. 再來(lái)確定再來(lái)確定主調(diào)節(jié)器的作用方式主調(diào)節(jié)器的作用方式.y主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥副對(duì)象副對(duì)象主對(duì)象主對(duì)象主變送器主變送器r副調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器副變送器副變送器總為總為調(diào)節(jié)器的選型和整定方法調(diào)節(jié)器的選型和整定方法副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器常選擇副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器常選擇P或或PI控制律控制律 緣由：消除副回路內(nèi)的二次擾動(dòng)，快速性，不要求無(wú)差緣由：消除副回路內(nèi)的二次擾動(dòng)，快速性，不要求無(wú)差一般選一般選P調(diào)節(jié)器，當(dāng)主副環(huán)頻率相差很大，可選調(diào)節(jié)器，當(dāng)主副環(huán)頻率相差很大，可選PI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。主調(diào)節(jié)器：一般采用主調(diào)節(jié)器：一般采用PI或或

20、PID控制規(guī)律控制規(guī)律緣由：主回路的任務(wù)是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而緣由：主回路的任務(wù)是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而對(duì)于主參數(shù)為溫度的串級(jí)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強(qiáng)的對(duì)于主參數(shù)為溫度的串級(jí)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強(qiáng)的積分作用除主參數(shù)為液位的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)以外）。積分作用除主參數(shù)為液位的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)以外）。當(dāng)主對(duì)象的調(diào)節(jié)滯后較大，而主參數(shù)變化較平緩時(shí)，可加當(dāng)主對(duì)象的調(diào)節(jié)滯后較大，而主參數(shù)變化較平緩時(shí)，可加入通常大小的微分作用。入通常大小的微分作用。 1、 逐步逼近法逐步逼近法(比較費(fèi)時(shí)比較費(fèi)時(shí))它是一種依次整定副環(huán)，主環(huán)，然后循環(huán)進(jìn)行，逐步接近主，副環(huán)的最它是一種依次整定副環(huán)，主環(huán)，

21、然后循環(huán)進(jìn)行，逐步接近主，副環(huán)的最佳整定的一種方法其步驟為：佳整定的一種方法其步驟為： 首先整定副環(huán)首先整定副環(huán). 斷開主環(huán)斷開主環(huán),按單回路整定副環(huán)按單回路整定副環(huán),求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù). 整定主環(huán)整定好的副環(huán)作為主環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路方法整定整定主環(huán)整定好的副環(huán)作為主環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路方法整定 主環(huán)，得到主調(diào)節(jié)器整定參數(shù)主環(huán)，得到主調(diào)節(jié)器整定參數(shù) 再次整定副環(huán)。在主調(diào)節(jié)器已經(jīng)整定一次的條件下再次整定副環(huán)。在主調(diào)節(jié)器已經(jīng)整定一次的條件下,按單回路整定方法按單回路整定方法,重新求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)重新求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù).此時(shí)主副回路都已經(jīng)閉合此時(shí)主副回路

22、都已經(jīng)閉合 重新整定主環(huán)在兩個(gè)環(huán)都閉合，副調(diào)節(jié)器第二次整定情況下重新整重新整定主環(huán)在兩個(gè)環(huán)都閉合，副調(diào)節(jié)器第二次整定情況下重新整 定主調(diào)節(jié)器定主調(diào)節(jié)器 如果調(diào)節(jié)過(guò)程還未達(dá)到品質(zhì)要求，按如果調(diào)節(jié)過(guò)程還未達(dá)到品質(zhì)要求，按步繼續(xù)進(jìn)行，直到控制效果步繼續(xù)進(jìn)行，直到控制效果 滿意為止?jié)M意為止如果在第步甚至第步就已經(jīng)滿足品質(zhì)要求，整定無(wú)需繼續(xù)進(jìn)行2、 兩步整定法兩步整定法先整定副環(huán)，再整定主環(huán)具體步驟為：先整定副環(huán)，再整定主環(huán)具體步驟為：（1先整定副環(huán)。主副環(huán)均閉合，得副調(diào)節(jié)器先整定副環(huán)。主副環(huán)均閉合，得副調(diào)節(jié)器的衰減率為的衰減率為0.75時(shí)的比例帶時(shí)的比例帶2S和振蕩周期和振蕩周期T20（2整定主環(huán)。主

23、副環(huán)仍閉合，副調(diào)節(jié)器置于整定主環(huán)。主副環(huán)仍閉合，副調(diào)節(jié)器置于2S，得主調(diào)節(jié)器在衰減率為，得主調(diào)節(jié)器在衰減率為0.75時(shí)的比例帶時(shí)的比例帶1S和振蕩周期和振蕩周期T10（3由衰減曲線法的計(jì)算公式，查表求出各調(diào)由衰減曲線法的計(jì)算公式，查表求出各調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。節(jié)器的整定參數(shù)。3-2 3-2 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)定義定義: 用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或以上物料之間保持一定比值關(guān)系用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或以上物料之間保持一定比值關(guān)系的過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng) .主物料主物料-處于主導(dǎo)地位的物料，表征該物料的參數(shù)為主動(dòng)量處于主導(dǎo)地位的物料，表征該物料的參數(shù)為主動(dòng)量F1 (主流量主流量)從物料從物料-隨主物料的變化呈比例

24、變化的另一種物料隨主物料的變化呈比例變化的另一種物料 表征該物料的參數(shù)從動(dòng)量表征該物料的參數(shù)從動(dòng)量F2 (副流量副流量)21FKF流量比值流量比值副流量副流量主流量主流量流量比值流量比值-副流量與主流量的比值副流量與主流量的比值K主物料和從物料主物料和從物料: 例例 3-6 合成塔比值控制系統(tǒng)合成塔比值控制系統(tǒng)工藝要求：工藝要求：A, B兩種物料的流量保持一定比例，物料兩種物料的流量保持一定比例，物料B的流量的流量QB不可控不可控兩種流量的比值通過(guò)設(shè)定比值器兩種流量的比值通過(guò)設(shè)定比值器R實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)壓差變送器壓差變送器比值器比值器決定流量比值決定流量比值調(diào)節(jié)器給定值調(diào)節(jié)器給定值IB*: 主流量的主

25、流量的K倍倍實(shí)現(xiàn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)目標(biāo): 副流量隨主流量而變化副流量隨主流量而變化, 其流量是主流量的其流量是主流量的K倍倍QB-主流量主流量(不可控不可控)QA副流量副流量(被控量被控量)變送器變送器比值器比值器R調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥管路管路變送器變送器QBIBIB*QAIA合成爐比值控制系統(tǒng)方框圖合成爐比值控制系統(tǒng)方框圖主流量主流量副流量副流量實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)K倍倍調(diào)節(jié)副流量調(diào)節(jié)副流量合成爐比值控制系統(tǒng)方框圖合成爐比值控制系統(tǒng)方框圖工藝要求兩個(gè)物料流量之比為工藝要求兩個(gè)物料流量之比為KQA/QB, 可可通過(guò)設(shè)置比值器的輸出輸入信號(hào)之比來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)設(shè)置比值器的輸出輸入信號(hào)之比來(lái)實(shí)現(xiàn).即即比值系數(shù)比值系數(shù)壓差

26、變送器壓差變送器比值器比值器實(shí)現(xiàn)流量比實(shí)現(xiàn)流量比K線性環(huán)節(jié)的增益線性環(huán)節(jié)的增益: K=輸出范圍輸出范圍/輸入范圍輸入范圍=輸出增量輸入輸出增量輸入增量增量溫度變送器量程為溫度變送器量程為0100, 為為DDZ-III型儀表，則其增益型儀表，則其增益(轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù))為為 K=(20-4)/(100-0)=0.16mA/ 比值系數(shù)比值系數(shù) 比值器比值器R輸出增量比值器輸出增量比值器R輸入增量輸入增量輸入輸入輸出輸出儀表類型：儀表類型：DDZ-II: 010mADDZ-III, DDZ-S: 420mA壓差變送器壓差變送器DT將壓差信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)采用將壓差信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)采用DDZ

27、-III型有型有maxmax4(204)4(204)AAABBBpIPpIP+maxmax416416AAABBBpIPpIP增量增量對(duì)于節(jié)流元件，壓差與流量的平方成正比，那對(duì)于節(jié)流元件，壓差與流量的平方成正比，那么么22AAABBBpK QpK Q2maxmax2maxmaxAAABBBpK QpK Q22maxmax22maxmaxAAAABBBBpQpQpQpQKA, KB-節(jié)流元件放大系數(shù)節(jié)流元件放大系數(shù)1. 流量與測(cè)量信號(hào)之間是非線性關(guān)系流量與測(cè)量信號(hào)之間是非線性關(guān)系B物料的流量信號(hào)物料的流量信號(hào)IB經(jīng)比值器經(jīng)比值器R后變?yōu)楹笞優(yōu)镮B*, 為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，穩(wěn)定后為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，穩(wěn)

28、定后與實(shí)際值與實(shí)際值IA相等，即相等，即IB*=IA, 則比值系數(shù)則比值系數(shù)為為*22222maxmaxmax22maxmaxmax444416()()16BoutBABinBBAABBABBBAAIIIIIIQQQQQKQQQQQ雖然流量與其測(cè)量信號(hào)成非線性關(guān)系，但是比值系數(shù)卻是常數(shù)雖然流量與其測(cè)量信號(hào)成非線性關(guān)系，但是比值系數(shù)卻是常數(shù)壓差變送壓差變送器器比值器比值器實(shí)現(xiàn)流量比實(shí)現(xiàn)流量比K2) 流量與其測(cè)量信號(hào)之間呈線性關(guān)系流量與其測(cè)量信號(hào)之間呈線性關(guān)系在有些系統(tǒng)中在有些系統(tǒng)中, 在變送器后加上開方器在變送器后加上開方器,使流量與測(cè)量信號(hào)間不再是非線性關(guān)系使流量與測(cè)量信號(hào)間不再是非線性關(guān)系4

29、444AABBIIII+maxmax4444AAABBBQIQQIQ+*maxmaxmaxmax444444BAABABBBBAQQQIIKIIQQQ開方器開方器比值器比值器結(jié)論：結(jié)論： 流量比值流量比值K與比值系數(shù)與比值系數(shù)是兩個(gè)不同的概念是兩個(gè)不同的概念 比值系數(shù)比值系數(shù)的大小與流量比的大小與流量比K, 最大流量有關(guān)最大流量有關(guān) 線性測(cè)量與非線性測(cè)量情況下比值系數(shù)關(guān)系：線性測(cè)量與非線性測(cè)量情況下比值系數(shù)關(guān)系： 非非=(線線)2 3) 主流量與副流量的選擇主流量與副流量的選擇 主要物料作為主流量主要物料作為主流量, 其他物料為副流量其他物料為副流量.以副流量的變化跟以副流量的變化跟隨主流量的

30、變化隨主流量的變化. 如果兩種物料中如果兩種物料中, 一種是可控的一種是可控的, 另一種是不可控的另一種是不可控的,選不可控選不可控物料為主流量物料為主流量,可控物料為副流量可控物料為副流量 如果兩種物料中一種供應(yīng)不成問題如果兩種物料中一種供應(yīng)不成問題, 另一種可能出現(xiàn)供應(yīng)不另一種可能出現(xiàn)供應(yīng)不足足, 應(yīng)選可能供應(yīng)不足的物料為主流量應(yīng)選可能供應(yīng)不足的物料為主流量. 二二 比值系統(tǒng)中的非線性特性比值系統(tǒng)中的非線性特性非線性非線性:系統(tǒng)的靜態(tài)增益不是一個(gè)定值而是隨負(fù)荷變化的系統(tǒng)的靜態(tài)增益不是一個(gè)定值而是隨負(fù)荷變化的.比值系數(shù)與負(fù)荷無(wú)關(guān)比值系數(shù)與負(fù)荷無(wú)關(guān): 由比值系數(shù)的計(jì)算可得結(jié)論由比值系數(shù)的計(jì)算可

31、得結(jié)論, 在流量和在流量和其測(cè)量信號(hào)之間呈線性或非線性關(guān)系兩種情況下其測(cè)量信號(hào)之間呈線性或非線性關(guān)系兩種情況下,比值系數(shù)均比值系數(shù)均為常數(shù)為常數(shù),與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)與負(fù)荷大小無(wú)關(guān). 即負(fù)荷變化時(shí)有無(wú)開方器對(duì)系統(tǒng)靜即負(fù)荷變化時(shí)有無(wú)開方器對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)比值無(wú)影響態(tài)比值無(wú)影響.壓差變送器壓差變送器比值器比值器2max4 16 ()AAAQIQ+2max32ApAAAdIKQdQQ流量測(cè)量中的非線性對(duì)系統(tǒng)的流量測(cè)量中的非線性對(duì)系統(tǒng)的影響影響為了保持系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，需要使系統(tǒng)的總增益接近常為了保持系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，需要使系統(tǒng)的總增益接近常數(shù)在變送器后加入開方器后，其增益為：數(shù)在變送器后加入開方器后，其增益為：ma

32、x4ApAAdIKdQQ加入開方器后，使進(jìn)入到比值器和調(diào)節(jié)器的表示流量的電流加入開方器后，使進(jìn)入到比值器和調(diào)節(jié)器的表示流量的電流信號(hào)與流量的靜態(tài)增益為常數(shù)，消除了非線性影響信號(hào)與流量的靜態(tài)增益為常數(shù)，消除了非線性影響Kp對(duì)系統(tǒng)性能的影響：系統(tǒng)在較小負(fù)荷下整定好調(diào)節(jié)器參對(duì)系統(tǒng)性能的影響：系統(tǒng)在較小負(fù)荷下整定好調(diào)節(jié)器參數(shù)數(shù),可以保證一定控制品質(zhì)可以保證一定控制品質(zhì).當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)當(dāng)負(fù)荷增大時(shí), 由于測(cè)量變送部由于測(cè)量變送部分的靜態(tài)增益增加很多分的靜態(tài)增益增加很多,而調(diào)節(jié)器參數(shù)未變，使控制品質(zhì)惡而調(diào)節(jié)器參數(shù)未變，使控制品質(zhì)惡化化三三 比值系統(tǒng)的整定比值系統(tǒng)的整定按單回路系統(tǒng)整定按單回路系統(tǒng)整定, 需滿

33、足要求需滿足要求: 要求系統(tǒng)響應(yīng)速度快要求系統(tǒng)響應(yīng)速度快,能對(duì)主流量的變化作出快速跟蹤能對(duì)主流量的變化作出快速跟蹤 要求衰減率要求衰減率較大較大,使被調(diào)量盡快穩(wěn)定使被調(diào)量盡快穩(wěn)定,波動(dòng)小波動(dòng)小.整定過(guò)程整定過(guò)程1) 將調(diào)節(jié)器將調(diào)節(jié)器QAC的積分時(shí)間的積分時(shí)間TI設(shè)為最大設(shè)為最大,從大到小逐漸減小比例帶從大到小逐漸減小比例帶, 直到被調(diào)流量直到被調(diào)流量在主流量階躍擾動(dòng)下的過(guò)渡過(guò)程處于振蕩在主流量階躍擾動(dòng)下的過(guò)渡過(guò)程處于振蕩與不振蕩的臨界情況如右圖曲線與不振蕩的臨界情況如右圖曲線b2) 確定了比例帶后確定了比例帶后, 逐步減小積分時(shí)間常逐步減小積分時(shí)間常數(shù)數(shù)TI, 直到被調(diào)量稍有一點(diǎn)過(guò)調(diào)如曲線直到

34、被調(diào)量稍有一點(diǎn)過(guò)調(diào)如曲線c四四 常見比值控制系統(tǒng)常見比值控制系統(tǒng)變送器變送器比值器比值器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥管路管路變送器變送器QBIBIB*QAIA 單環(huán)比值控制系統(tǒng)單環(huán)比值控制系統(tǒng)單環(huán)比值控制系統(tǒng)單環(huán)比值控制系統(tǒng): 用一個(gè)調(diào)節(jié)器控制副流量用一個(gè)調(diào)節(jié)器控制副流量,使它按比例跟隨主流量使它按比例跟隨主流量.特點(diǎn)特點(diǎn): 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,能夠克服單環(huán)內(nèi)的各種干擾對(duì)比值系統(tǒng)的影響能夠克服單環(huán)內(nèi)的各種干擾對(duì)比值系統(tǒng)的影響.不足之處不足之處: 一般只用于負(fù)荷變化不大的場(chǎng)合一般只用于負(fù)荷變化不大的場(chǎng)合.1、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)2. 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)使用場(chǎng)合：在比值控制精度要求較高，主流量允許控制的情況下使用場(chǎng)合：在比值控制精度要求較高，主流量允許控制的情況下特點(diǎn)特點(diǎn): 增加了主流量控制回路增加了主流量控制回路, 實(shí)現(xiàn)了主實(shí)現(xiàn)了主流量的定值控制流量的定值控制, 使主流量變化平穩(wěn)使主流量變