復(fù)雜規(guī)律計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、第八章第八章 復(fù)雜規(guī)律計(jì)算機(jī)控制系復(fù)雜規(guī)律計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級控制，串級控制，前饋控制，前饋控制，純滯后補(bǔ)償控制純滯后補(bǔ)償控制 ，解耦控制解耦控制8.1 串級控制串級控制 在串級控制中，有在串級控制中，有主、副回路主、副回路之分。主之分。主回路一般只有一個(gè)，而副回路可以是一個(gè)回路一般只有一個(gè)，而副回路可以是一個(gè)或幾個(gè)?；驇讉€(gè)。 主回路的輸出主回路的輸出是修正是修正副回路給定值副回路給定值的依的依據(jù)，副回路的輸出作為控制量作用于對象據(jù)，副回路的輸出作為控制量作用于對象 以煤氣為燃料的加熱爐爐溫控制系統(tǒng)。以煤氣為燃料的加熱爐爐溫控制系統(tǒng)。 控制的目的是保持爐溫恒定控制的目的是保持爐溫恒

2、定。如果采用單回路控制，如果采用單回路控制，煤氣壓力煤氣壓力的變化會引起其的變化會引起其流流量量的變化，隨之會引起的變化，隨之會引起爐溫爐溫的變化。的變化。 壓力波動經(jīng)過測量、調(diào)節(jié)、改變閥位，控制通道的純滯后很小，壓力波動經(jīng)過測量、調(diào)節(jié)、改變閥位，控制通道的純滯后很小，慣性不大，因此控制作用能夠及時(shí)有效的控制壓力慣性不大，因此控制作用能夠及時(shí)有效的控制壓力y y2 2(t)(t)的波動。的波動。 但是壓力控制不能保證出口原料氣溫恒定，燃料油熱值的變化，但是壓力控制不能保證出口原料氣溫恒定，燃料油熱值的變化，原料氣入口流量、溫度、成分都影響原料氣入口流量、溫度、成分都影響y y1 1（t t）壓

3、力調(diào)節(jié)器壓力調(diào)節(jié)器用來克服燃料油壓力用來克服燃料油壓力y y2 2(t)(t)對出口原料氣溫對出口原料氣溫度的波動。度的波動。溫度調(diào)節(jié)器溫度調(diào)節(jié)器用來克服燃料油熱值的變化，原用來克服燃料油熱值的變化，原料氣入口流量、溫度、成分對料氣入口流量、溫度、成分對y y1 1（t t）的）的影響影響采用采用主、副回路主、副回路相配合，將獲得較好的控制品質(zhì)。相配合，將獲得較好的控制品質(zhì)。溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為壓力調(diào)節(jié)器的輸入，溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為壓力調(diào)節(jié)器的輸入，壓力調(diào)節(jié)器的輸出控制調(diào)節(jié)閥門的動作。壓力調(diào)節(jié)器的輸出控制調(diào)節(jié)閥門的動作。 1. 減小副控對象的等效時(shí)間常數(shù)減小副控對象的等效時(shí)間常數(shù) 串級控制系統(tǒng)

4、中副控回路對象的等效時(shí)間常數(shù)串級控制系統(tǒng)中副控回路對象的等效時(shí)間常數(shù)T T2 2副控對象的時(shí)間常副控對象的時(shí)間常數(shù)數(shù)T T2 2，使得系統(tǒng)的使得系統(tǒng)的動作靈敏動作靈敏，反應(yīng)速度加快反應(yīng)速度加快，調(diào)節(jié)更及時(shí)調(diào)節(jié)更及時(shí)，有利于提高控，有利于提高控制性能。制性能。T T2 2 隨著隨著K Kp2p2的增大減小，所以的增大減小，所以K Kp2p2越大，副控對象特性的改善愈明越大，副控對象特性的改善愈明顯。顯。 由于副控對象的等效放大倍數(shù)由于副控對象的等效放大倍數(shù)K K2 2縮小了所以串級控制系統(tǒng)的主控調(diào)節(jié)器縮小了所以串級控制系統(tǒng)的主控調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)的放大倍數(shù)K Kp1 p1 比單回路調(diào)節(jié)比單回路調(diào)節(jié)

5、更大更大，這樣可，這樣可有利于抑制一次擾動有利于抑制一次擾動。2 2。提高系統(tǒng)的工作頻率。提高系統(tǒng)的工作頻率串級控制的工作頻率串級控制的工作頻率高于高于單回路控制的控制的工單回路控制的控制的工作頻率，作頻率，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性改善系統(tǒng)的動態(tài)特性3 3。提高了抑制二次擾動的能力。提高了抑制二次擾動的能力通常通常AsrAsg，串級控制系統(tǒng)較單回路控制系統(tǒng)有，串級控制系統(tǒng)較單回路控制系統(tǒng)有更強(qiáng)的抑制擾動的能力，高出十倍甚至百倍更強(qiáng)的抑制擾動的能力，高出十倍甚至百倍 4 對負(fù)荷變化的適應(yīng)能力提高對負(fù)荷變化的適應(yīng)能力提高 串級控制由于副控回路串級控制由于副控回路減小減小了等效副控對象的放大系了等效副控對

6、象的放大系數(shù)。從而也數(shù)。從而也減小了負(fù)荷變化的影響減小了負(fù)荷變化的影響。 主控回路時(shí)定值控制系統(tǒng)，副控回路是主控回路時(shí)定值控制系統(tǒng)，副控回路是隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)，保，保證在負(fù)荷和操作條件發(fā)生變化的情況下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍然有證在負(fù)荷和操作條件發(fā)生變化的情況下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍然有好品質(zhì)。好品質(zhì)。1。用來抑制控制系統(tǒng)的擾動用來抑制控制系統(tǒng)的擾動副控回路動作迅速，抑制擾動能力強(qiáng)副控回路動作迅速，抑制擾動能力強(qiáng)把主要的擾動包含在副控回路中把主要的擾動包含在副控回路中2。用來克服對象的純滯后。用來克服對象的純滯后副控回路減小了等效時(shí)間常數(shù)，提高了工作效率，所以控制系統(tǒng)的過渡過程比副控回路減小了等效時(shí)間常數(shù)，提高了工

7、作效率，所以控制系統(tǒng)的過渡過程比較短，超調(diào)量比較小較短，超調(diào)量比較小3 。用來減小對象的非線性影響。用來減小對象的非線性影響把非線性對象包含在副控回路中，由于副控回路是隨動系統(tǒng)，能夠適應(yīng)把非線性對象包含在副控回路中，由于副控回路是隨動系統(tǒng)，能夠適應(yīng)操作條件和負(fù)荷條件的變化操作條件和負(fù)荷條件的變化1。主控和副控回路采樣周期相同（同步采樣）。主控和副控回路采樣周期相同（同步采樣） (1)計(jì)算主控回路的偏差計(jì)算主控回路的偏差（2）計(jì)算主控調(diào)節(jié)器的增量輸出）計(jì)算主控調(diào)節(jié)器的增量輸出（3）計(jì)算主控調(diào)節(jié)器的位置輸出）計(jì)算主控調(diào)節(jié)器的位置輸出（4）計(jì)算副控回路的偏差）計(jì)算副控回路的偏差（5）計(jì)算副控調(diào)節(jié)器的

8、增量輸出）計(jì)算副控調(diào)節(jié)器的增量輸出（6）計(jì)算副控調(diào)節(jié)器的位置輸出）計(jì)算副控調(diào)節(jié)器的位置輸出2。主控和副控回路采樣周期不同（異步采樣）。主控和副控回路采樣周期不同（異步采樣） 當(dāng)主控對象和副控對象的特性相差懸殊，按快的流量對象當(dāng)主控對象和副控對象的特性相差懸殊，按快的流量對象選采樣周期計(jì)算機(jī)采樣頻繁，工作量大，降低其使用效率選采樣周期計(jì)算機(jī)采樣頻繁，工作量大，降低其使用效率 按慢的選，降低快速對象回路的控制性能，消弱抑制擾動按慢的選，降低快速對象回路的控制性能，消弱抑制擾動的能力。所以的能力。所以根據(jù)對象特性選擇相應(yīng)的采樣周期根據(jù)對象特性選擇相應(yīng)的采樣周期異步采樣異步采樣 1。系統(tǒng)中主要的擾動應(yīng)

9、該包含在副控回路中。系統(tǒng)中主要的擾動應(yīng)該包含在副控回路中 2。副控回路應(yīng)該盡量包含積分環(huán)節(jié)。副控回路應(yīng)該盡量包含積分環(huán)節(jié) 3。必須用一個(gè)可以測量的中間變量作為副控被。必須用一個(gè)可以測量的中間變量作為副控被調(diào)參數(shù)，或者通過觀測分析，由下游狀態(tài)推斷上調(diào)參數(shù)，或者通過觀測分析，由下游狀態(tài)推斷上游狀態(tài)的中間變量游狀態(tài)的中間變量 4。主控、副控回路的采樣周期。主控、副控回路的采樣周期T T 。應(yīng)選擇應(yīng)選擇T 3T 或或3T T ，即即T 與與T 之間相差之間相差3倍以上，以避倍以上，以避免主控回路和副控回路之間發(fā)生相互的干擾和共免主控回路和副控回路之間發(fā)生相互的干擾和共振。振。 主回路主回路PID，副回

10、路，副回路PI例例8.1 8.2當(dāng)對象為一階慣性時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間可選為一個(gè)采樣周當(dāng)對象為一階慣性時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間可選為一個(gè)采樣周期，當(dāng)對象為二階慣性使，選兩個(gè)周期期，當(dāng)對象為二階慣性使，選兩個(gè)周期 為了防止主控調(diào)節(jié)器輸出變化過大引起副控回路的不穩(wěn)定，為了防止主控調(diào)節(jié)器輸出變化過大引起副控回路的不穩(wěn)定，也為了克服副控對象慣性較大而引起的調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化，在也為了克服副控對象慣性較大而引起的調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化，在副控反饋回路加入微分環(huán)節(jié)，副控反饋回路加入微分環(huán)節(jié)，副控回路微分先行副控回路微分先行副控回路微分先行串級控制系統(tǒng)的算法步驟副控回路微分先行串級控制系統(tǒng)的算法步驟 (1)計(jì)算主控回路的偏差計(jì)算主控回路的偏差 （2）計(jì)算主控調(diào)節(jié)器的增量輸出）計(jì)算主控調(diào)節(jié)器的增量輸出 （