熱工自動控制系統(tǒng)3

三復(fù)雜控制系統(tǒng)任務(wù)一串級控制系統(tǒng)任務(wù)一串級控制系統(tǒng)一、基本概念二、串級控制系統(tǒng)的組成三、串級控制系統(tǒng)的工作原理四、串級控制系統(tǒng)的整定一、基本概念1、定義：系統(tǒng)中有兩個相互串聯(lián)的調(diào)節(jié)器，兩個反饋通道分別將測量信號送入兩個調(diào)節(jié)器，并以此形成的雙回路控制系統(tǒng)。2、理解：

1）有兩個調(diào)節(jié)器相互串聯(lián)，主調(diào)的輸出作為給定值送入副調(diào)；

2）有兩個反饋回路，內(nèi)（副）回路嵌套于外（主）回路中；

3）有兩個測量反饋信號，分別反饋回主、副調(diào)節(jié)器。3.串級控制系統(tǒng)實例——主汽溫度控制系統(tǒng)主汽溫分段控制，過熱器的高溫段和低溫段之間設(shè)置噴水減溫器。因氣溫對象有很大的惰性，調(diào)節(jié)反映較慢，采用單回路控制效果不理想，故采用串級控制系統(tǒng)。二、串級控制系統(tǒng)的組成相關(guān)術(shù)語：主參數(shù)：主要被控參數(shù)（過熱汽溫θ1）副參數(shù)：提前反映主參數(shù)變化趨勢的中間參數(shù)（高過入口汽溫θ2）主調(diào)節(jié)器：輸入是主參數(shù)的偏差，輸出是副調(diào)節(jié)器的給定值。副調(diào)節(jié)器：輸入是主調(diào)輸出與副參數(shù)的偏差，輸出調(diào)節(jié)信號給執(zhí)行器。主回路：即斷開副參數(shù)反饋通道的外回路；副回路：即內(nèi)回路，包括副調(diào)、執(zhí)行器、噴水調(diào)節(jié)法、減溫器和副參數(shù)的溫度測量變送器。三、工作原理1、內(nèi)回路：副參數(shù)θ2超前于主參數(shù)θ1

變化，且與其變化方向相同，對擾動響應(yīng)很快。對副參數(shù)進行調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)對主參數(shù)的超前調(diào)節(jié)，改善了動態(tài)特性。應(yīng)把擾動盡量納入內(nèi)回路，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。副調(diào)常采用P或PD調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)對擾動的快速響應(yīng)。故內(nèi)回路可以看做一個快速隨動系統(tǒng)，分析系統(tǒng)時可以用一個比例環(huán)節(jié)等效代替。2、外回路：是一個定值系統(tǒng)，承擔主參數(shù)的定值調(diào)節(jié)作用，故主調(diào)一般采用PI或PID調(diào)節(jié)器。但因?qū)ο髴T性遲延的存在，擾動發(fā)生時外回路的動作滯后于內(nèi)回路，在其粗調(diào)的基礎(chǔ)上進行細調(diào)，使系統(tǒng)的整體調(diào)節(jié)作用變強。最終使系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，主參數(shù)穩(wěn)定在給定值（θ1=θ0）。四、整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定順序：先整定內(nèi)回路，再整定外回路。按照“先內(nèi)后外”的順序進行。任務(wù)二前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)一、前饋控制系統(tǒng)二、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)三、前饋控制器的設(shè)計一、前饋控制系統(tǒng)1、前饋控制：控制器根據(jù)擾動信號的大小和方向?qū)Ρ豢亓窟M行調(diào)節(jié)。故又稱擾動補償控制。2、概念的理解：1）測量信號是擾動信號，不是被控量；2）前饋控制器只是補償擾動對被調(diào)量的影響，無給定值輸入，故控制效果未知。3）一個前饋控制器僅對某一擾動信號進行補償，無法克服所有擾動。3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擾動是冷水流量，調(diào)節(jié)量是熱水流量，混合水溫是被調(diào)量。4、控制特點：1）調(diào)節(jié)及時，系統(tǒng)的快速性好；2）一個前饋通道只能對某一擾動信號進行補償；3）前饋控制的控制效果未知。5、前饋控制器傳遞函數(shù)的確定完全補償性原理：使擾動信號通過擾動通道和調(diào)節(jié)通道對被調(diào)量的影響正好相互抵消。完全補償性條件：WD(s)+WB(s)Wob(s)=0

前饋控制器傳遞函數(shù)：二、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)反饋控制能克服所有擾動信號對被控量產(chǎn)生的影響，保證被調(diào)量等于給定值，但調(diào)節(jié)滯后于擾動，不及時；前饋控制根據(jù)擾動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)及時，但一個前饋只能補償一種擾動，無法克服所有擾動，且調(diào)節(jié)效果未知。

1、基本概念：在反饋的基礎(chǔ)上，加上主要擾動的前饋控制，構(gòu)成前饋－反饋控制系統(tǒng)。綜合了開環(huán)和閉環(huán)控制各自的優(yōu)點。當外界擾動作用時，在輸出量還沒有反映之前，先按開環(huán)進行粗調(diào)，盡量使控制作用在一開始就抵消擾動對控制對象的大部分影響，然后通過反饋進行細調(diào)，使被調(diào)量等于給定值。這樣系統(tǒng)既有補償主要擾動信號的前饋控制，又有克服所有擾動的被控量反饋控制。2、概念的理解：1）復(fù)合控制是指系統(tǒng)采取了前饋和反饋兩種不同的控制方式；2）前饋控制的作用是對主要信號進行完全補償；3）引入反饋是為了克服所有擾動對被控量產(chǎn)生的影響。4）測量信號既有被控量，又有擾動信號。3、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)實例分析——混合水溫控制系統(tǒng)。4、系統(tǒng)構(gòu)成1）擾動信號測量變送器；2）被控量測量變送器；3）前饋控制器；4）反饋調(diào)節(jié)器；5）執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機構(gòu)；6）擾動通道對象；7）控制通道對象。5、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)特點1）系統(tǒng)綜合了反饋控制和前饋控制的優(yōu)點，彌補了二者的缺點，故應(yīng)用廣泛。2）引入前饋補償不影響反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3）引入反饋調(diào)節(jié)不影響前饋控制的完全補償條件。三、前饋控制器的設(shè)計完全補償條件：任務(wù)三導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)一、基本概念二、導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成三、導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)工作原理一、基本概念1、定義：包含導(dǎo)前信號微分內(nèi)回路和主參數(shù)反饋調(diào)節(jié)外回路的雙回路控制統(tǒng)。2、概念的理解：1）雖是雙回路，但只有一個調(diào)節(jié)器；2）兩個反饋回路，導(dǎo)前微分回路是嵌套在主參數(shù)反饋調(diào)節(jié)回路內(nèi)的內(nèi)回路。3）被控對象由遲延和慣性小的導(dǎo)前區(qū)和遲延和慣性大的慣性區(qū)組成。4）內(nèi)回路反饋通道由微分器和測量變送器組成，承擔對導(dǎo)前信號運算的作用。3、實例——汽包爐主汽溫度導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)。二、導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的組成元件構(gòu)成：調(diào)節(jié)器、兩個測量變送器、微分器、執(zhí)行器、噴水調(diào)節(jié)閥和被控對象。主參數(shù)：最主要的被控參數(shù)（θ1）；副參數(shù)：能提前反映主參數(shù)變化趨勢的中間參數(shù)（θ2）。主回路：斷開微分器的測量反饋通道后的閉合回路。導(dǎo)前微分回路：包括調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、噴水調(diào)節(jié)閥、導(dǎo)前區(qū)對象、副參數(shù)測量變送器和微分器。導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)三、導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)工作原理1、導(dǎo)前微分回路微分器能直接反映副參數(shù)隨時間的變化趨勢，間接反映主信號的變化方向，且超前主信號的變化，對擾動響應(yīng)很快。通過內(nèi)回路對副參數(shù)的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對主參數(shù)的超前調(diào)節(jié)，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性。因內(nèi)回路是根據(jù)副參數(shù)隨時間的變化率進行調(diào)節(jié)的，故系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，微分器的輸出信號為零，此時系統(tǒng)為一單回路控制系統(tǒng)。2、主回路導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的主回路是一個定值系統(tǒng)，承擔主參數(shù)的定值調(diào)節(jié)任務(wù)。其作用滯后于導(dǎo)前微分回路，在其粗調(diào)的基礎(chǔ)上進行細調(diào)。