演示文稿串級控制系統(tǒng)

演示文稿串級控制系統(tǒng)當前第1頁\共有56頁\編于星期二\10點（優(yōu)選）串級控制系統(tǒng)當前第2頁\共有56頁\編于星期二\10點單回路PID控制系統(tǒng)回顧什么是單回路控制系統(tǒng)？被控變量的選擇原則？操縱變量的選擇選擇？執(zhí)行器的選擇需要考慮哪些因素？測量變送裝置的選擇需要考慮哪些因素？控制器的選擇需要考慮哪些因素？比例度、積分時間、微分時間分別對過渡過程有什么樣的影響？當前第3頁\共有56頁\編于星期二\10點課堂提問采用PI控制，Ti調(diào)小時為保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，比例度應(yīng)該怎樣變化？工程整定方法有哪幾種？主要步驟是什么？系統(tǒng)的投運是使執(zhí)行器從手動平穩(wěn)過渡到自動狀態(tài)，該說法對不對？調(diào)大×當前第4頁\共有56頁\編于星期二\10點當前第5頁\共有56頁\編于星期二\10點當前第6頁\共有56頁\編于星期二\10點主要內(nèi)容了解串級控制系統(tǒng)的概念與特點；掌握串級控制系統(tǒng)的方框圖表示法；結(jié)合控制原理，掌握串級系統(tǒng)的分析方法；了解串級控制系統(tǒng)的設(shè)計原則；掌握串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法；當前第7頁\共有56頁\編于星期二\10點反應(yīng)釜溫度單回路控制系統(tǒng)操縱變量：被控變量：控制規(guī)律：冷卻劑流量反應(yīng)溫度PID夾套槽壁當前第8頁\共有56頁\編于星期二\10點系統(tǒng)控制與擾動的分析干擾變量的影響：冷卻水入口溫度變化→夾套內(nèi)冷卻水溫度變化→槽壁溫度變化→反應(yīng)槽溫度變化控制變量的影響：冷卻水調(diào)節(jié)閥開度變化→冷卻水流量變化→夾套內(nèi)冷卻水溫度變化→槽壁溫度變化→反應(yīng)槽溫度變化問題：從擾動開始至調(diào)節(jié)器動作，滯后較大，特別對于大容量的反應(yīng)槽，滯后更大。當前第9頁\共有56頁\編于星期二\10點解決方法夾套冷卻水溫度T2比反應(yīng)槽溫度T1能更快地感受到來自干擾（冷卻水入口溫度）以及來自控制的影響。因而可設(shè)計夾套水溫單回路控制系統(tǒng)TC2以盡快地克服冷卻水方面的擾動。但TC2的設(shè)定值應(yīng)根據(jù)T1的控制要求作相應(yīng)的變化（這一要求可用反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)器TC1來自動實現(xiàn)）?！按壙刂啤碑斍暗?0頁\共有56頁\編于星期二\10點反應(yīng)器溫度的串級控制方案特點：兩個調(diào)節(jié)器串在一起工作，調(diào)節(jié)器TC2通過調(diào)節(jié)冷卻劑量以克服冷卻水方面的擾動；調(diào)節(jié)器TC1通過調(diào)節(jié)夾套內(nèi)水溫的設(shè)定值以保證反應(yīng)溫度維持在工藝所希望的某一給定值。當前第11頁\共有56頁\編于星期二\10點反應(yīng)器溫度串級控制框圖當前第12頁\共有56頁\編于星期二\10點串級控制系統(tǒng)的框圖通用的串級控制系統(tǒng)主控制器調(diào)節(jié)閥副對象主對象主測量變送二次擾動一次擾動副控制器副測量變送－－主設(shè)定值主被控變量副被控變量副回路隨動控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)

主回路副設(shè)定值當前第13頁\共有56頁\編于星期二\10點定義:兩個控制器串聯(lián)，兩個被控對象，兩個測量變送裝置，一個執(zhí)行器，兩個回路主控制器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，從而對主被控變量具有更好的控制效果串級控制系統(tǒng)當前第14頁\共有56頁\編于星期二\10點串級控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語主被控變量：生產(chǎn)過程中的工藝控制指標。副被控變量：為了穩(wěn)定主被控變量而引入的中間輔助變量。主被控對象：生產(chǎn)過程中要控制的生產(chǎn)設(shè)備、裝置。副被控對象：表征副被控變量特性的設(shè)備（輸入量為操縱變量，輸出量為副被控變量）。反應(yīng)槽內(nèi)的溫度夾套內(nèi)的溫度反應(yīng)槽夾套當前第15頁\共有56頁\編于星期二\10點主控制器：按主被控變量的測量值與設(shè)定值的偏差而工作，其輸出為副被控變量的設(shè)定值。副控制器：設(shè)定值是主控制器的輸出。主設(shè)定值副設(shè)定值主測量值副測量值串級控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語TC1TC2當前第16頁\共有56頁\編于星期二\10點副回路:串級控制系統(tǒng)內(nèi)部。包含：副控制器、執(zhí)行器、副被控對象、副測量變送器。主回路：主控制器、副回路、主被控對象、主測量變送器。一次擾動二次擾動串級控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語當前第17頁\共有56頁\編于星期二\10點串級控制系統(tǒng)主回路為定值控制系統(tǒng)

設(shè)定值固定副回路為隨動控制系統(tǒng)

設(shè)定值由主控制器的輸出提供，隨主控制器輸出的變化而變化。當前第18頁\共有56頁\編于星期二\10點串級控制系統(tǒng)的控制過程分析一次擾動二次擾動當前第19頁\共有56頁\編于星期二\10點串級與單回路控制simulink仿真當前第20頁\共有56頁\編于星期二\10點串級與單回路控制simulink仿真調(diào)節(jié)時間 180 60余差 0 0當前第21頁\共有56頁\編于星期二\10點串級與單回路控制simulink仿真二次擾動最大偏差 0.27 0.013當前第22頁\共有56頁\編于星期二\10點串級控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用范圍1、兩個串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，

其中主回路是定值控制，副回路是隨動控制2、副回路的引入，大大克服了二次擾動對系統(tǒng)被調(diào)量的影響3、迅速克服進入副回路擾動的影響，提高系統(tǒng)的抗擾動能力4、對負荷變化有一定的自適應(yīng)能力（適應(yīng)操作條件的變化）特點副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點；主回路具有后調(diào)、細調(diào)、慢調(diào)的特點，并對于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。當前第23頁\共有56頁\編于星期二\10點應(yīng)用范圍1、純滯后大2、容量滯后大3、擾動變化劇烈、幅值大4、具有非線性特性的過程容量滯后：物料或能量的傳遞需要通過一定阻力

而引起的滯后。純滯后：介質(zhì)的輸送由于有一段距離需要一段時間

而引起的滯后。當前第24頁\共有56頁\編于星期二\10點污水處理加藥控制系統(tǒng)污水處理混凝加藥單回路控制系統(tǒng)溶液池混合池反應(yīng)池沉淀池污水圖

混凝加藥單回路控制方案濁度控制器濁度計當前第25頁\共有56頁\編于星期二\10點污水處理混凝加藥串級控制系統(tǒng)溶液池混合池反應(yīng)池沉淀池污水圖

混凝加藥串級控制方案FTFC濁度控制器濁度計當前第26頁\共有56頁\編于星期二\10點串級控制系統(tǒng)的設(shè)計主、副被控變量主、副控制器執(zhí)行器主、副測量變送裝置投運與參數(shù)整定當前第27頁\共有56頁\編于星期二\10點主被控變量的選擇主被控變量（簡稱主變量）的選擇與簡單控制系統(tǒng)被控變量的選擇原則相同。①被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標或能反映工藝操作狀態(tài)，一般是工藝過程中較重要的變量。②被控變量在工藝操作過程中經(jīng)常要受到一些干擾影響而變化。為維持其恒定，需要較頻繁的調(diào)節(jié)。當前第28頁\共有56頁\編于星期二\10點主被控變量的選擇③盡量采用直接指標作為被控變量。當無法獲得直接指標信號，或其測量和變送信號滯后很大時，可選擇與直接指標有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標作為被控變量。④被控變量應(yīng)能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。⑤選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。⑥被控變量應(yīng)是獨立可控的。

當前第29頁\共有56頁\編于星期二\10點副被控變量的選擇1、使副回路包含主要擾動，并包含盡可能多的擾動。

主要擾動：對主變量影響最嚴重、最劇烈、最頻繁的擾動。

擾動較多、難分主次：盡可能多的包含擾動。2、副回路的時間常數(shù)要合適，保證副回路的快速性，避免發(fā)生“共振”。一般要求主、副回路的時間常數(shù)之比為3~10。

當前第30頁\共有56頁\編于星期二\10點副變量越靠近主變量，副回路包含的擾動越多，

同時通道變長，滯后增加，控制速度變慢；

副變量越靠近操縱變量，副回路包含的擾動越少，通道越短，控制速度越快。副被控變量的選擇3、要求副變量的變化對主變量影響作用明顯，主、副變量要有一定的內(nèi)在聯(lián)系。a、與主變量有一定關(guān)系的中間變量b、選操縱變量作為副變量當前第31頁\共有56頁\編于星期二\10點副被控變量的選擇4、主要的非線性環(huán)節(jié)納入副回路。使非線性對主變量影響小。5、副回路盡量少包含或不包含純滯后。6、考慮工藝合理性和經(jīng)濟性。當前第32頁\共有56頁\編于星期二\10點串級系統(tǒng)副參數(shù)的選擇分析副回路的快速性與副回路所能包括的擾動范圍之間的矛盾當前第33頁\共有56頁\編于星期二\10點（1）副參數(shù)為加熱蒸汽（作用線1）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測量QrQ－－控制方案1方框圖分析：可保持加熱量穩(wěn)定，它只能快速消除因蒸汽汽源壓力變化引起的擾動。由于蒸汽流量對象的滯后非常小，當用流量作副變量時，并不能使串級系統(tǒng)的頻率有多少提高，對克服其它擾動不明顯。當前第34頁\共有56頁\編于星期二\10點（2）副參數(shù)為調(diào)節(jié)閥后的蒸汽壓力（作用線2）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測量Qr－－控制方案2方框圖P分析：把加熱蒸汽側(cè)的擾動完全包括在副環(huán)之內(nèi)，與1相比，副環(huán)中包括了更大的時間常數(shù)，有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能。當前第35頁\共有56頁\編于星期二\10點（3）副參數(shù)為再沸器的蒸發(fā)量（作用線3）分析：把再沸器側(cè)的擾動包括在副環(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)克服蒸汽方面的擾動要慢些。主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測量QrQ－－控制方案3方框圖當前第36頁\共有56頁\編于星期二\10點方案1、溫度-壓力串級控制出口溫度為主變量燃油壓力為副變量能克服燃油壓力波動的影響串級控制副變量選擇練習(xí)如果燃油波動較大，主要擾動就是燃油壓力的波動，可采用此串級控制系統(tǒng)，以快速克服燃油壓力波動帶來的擾動。加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)燃料油擾動：燃料油壓力的波動燃料油成分變化，導(dǎo)致燃油熱值不同當前第37頁\共有56頁\編于星期二\10點方案2、溫度-溫度串級控制出口溫度為主變量爐膛溫度為副變量能克服燃油熱值等問題的影響燃油壓力較穩(wěn)定的情況下，主要擾動是燃油熱值的變化，使用該串級控制系統(tǒng)可以得到更好的控制效果。加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)當前第38頁\共有56頁\編于星期二\10點精餾塔溫度串級控制系統(tǒng)分析：溫度控制對象滯后較大，加熱蒸汽壓力波動大，控制不及時，控制質(zhì)量不夠理想。解決方法：溫度-流量串級控制系統(tǒng)精餾塔塔釜溫度為主變量蒸汽流量為副變量使蒸汽流量穩(wěn)定，大大減少這種擾動對主變量的影響。當前第39頁\共有56頁\編于星期二\10點主、副控制器控制規(guī)律的選擇出發(fā)點：主回路為定值控制系統(tǒng)主控制器：PI或PID要求：主變量，工藝要求嚴格，允許波動的范圍較小，一般不允許有余差。主控制器當前第40頁\共有56頁\編于星期二\10點出發(fā)點：副回路為隨動控制系統(tǒng)副控制器：P或PI要求：副變量無嚴格要求，副回路要具有快速性，最好不帶積分作用。但是，選流量參數(shù)為副變量

時，加入較弱的積分作用，增強控制作用。副控制器主、副控制器控制規(guī)律的選擇當前第41頁\共有56頁\編于星期二\10點舉例加熱爐溫度-壓力串級控制加熱爐溫度-溫度串級控制主控制器：副控制器：PIDP主控制器：副控制器：PIDP如果換成流量，又該如何選擇？主控制器：副控制器：PIDPI當前第42頁\共有56頁\編于星期二\10點主、副控制器正、反作用的選擇主、副回路都必須是負反饋副控制器這時不考慮主控制器的作用方式。與單回路控制系統(tǒng)中控制器正、反作用方式選擇相同。(副控制器)×(執(zhí)行器)×(副對象)×(副測量變送)=‘－’當前第43頁\共有56頁\編于星期二\10點主控制器主、副控制器正、反作用的選擇主控制器調(diào)節(jié)閥副對象主對象主測量變送二次擾動一次擾動副控制器副測量變送－－主設(shè)定值主被控變量副被控變量副回路主回路副設(shè)定值當前第44頁\共有56頁\編于星期二\10點主、副控制器正、反作用的選擇主控制器副環(huán)主對象主測量變送－主設(shè)定值主被控變量主回路副環(huán)始終為正作用‘＋’。主測量變送為正作用‘＋’。(主控制器)×(主對象)=‘－’當前第45頁\共有56頁\編于星期二\10點主、副控制器正反作用的選擇原則主、副控制器正、反作用的選擇順序應(yīng)是先副后主。（1）副控制器的正、反作用與主回路無關(guān)。副環(huán)可以按照單回路控制系統(tǒng)確定正、反作用的方法來確定副控制器的正、反作用。（2）主控制器的正、反作用根據(jù)主回路所包括的各環(huán)節(jié)來確定。副回路視為“正”，因變送器一般為“正”，這樣主控制器的正負特性與主對象的正負特性相反。當前第46頁\共有56頁\編于星期二\10點例題例1.確定下圖所示加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級控制系統(tǒng)主、副控制器的正反作用?？刂崎y：副對象：副測量變送:“＋”“＋”“＋”副控制器：“－”主對象：“＋”主控制器：“－”當前第47頁\共有56頁\編于星期二\10點例2.確定下圖所示加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)主、副控制器的正反作用。例題控制閥：副對象：副測量變送:“＋”“＋”“＋”副控制器：“－”主對象：“＋”主控制器：“－”當前第48頁\共有56頁\編于星期二\10點

串級控制系統(tǒng)的實施選擇實施方案時，需考慮的問題：方案應(yīng)滿足操作要求。實施方案應(yīng)力求實用，簡單可靠，少花錢多辦事。儀表信號必須互相匹配。不同類型儀表需配信號轉(zhuǎn)換器。副控制器必須具有外給定輸入接口。接收主控制器的外給定信號。實施方案應(yīng)便于操作。當前第49頁\共有56頁\編于星期二\10點串級控制一般方案：4-20mA20-100kPa當前第50頁\共有56頁\編于星期二\10點主控-串級切換的串級控制方案結(jié)論：只有當副控制器為反作用時才能由串級與主控之間直接切換。如果副控制器為正作用，必須在向主控切換的同時改變主控制器的正反作用。注意：串級與主控直接切換的條件:組成的控制系統(tǒng)必須是負反饋控制系統(tǒng)當前第51頁\共有56頁\編于星期二\10點先副后主保證無擾動切換串級系統(tǒng)的投運原則具體步驟閱讀教材當前第52頁\共有56頁\編于星期二\10點將主、副控制器的切換開關(guān)都置于手動；使生產(chǎn)處于要求