過(guò)程控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)

第一章

緒論第二章

單回路控制系統(tǒng)第三章

串級(jí)控制系統(tǒng)1精品PPT|借鑒參考第一頁(yè)，共六十四頁(yè)。過(guò)程控制的目的：保持過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)為一定值或按一定規(guī)律變化。過(guò)程控制的特點(diǎn)：

1、被空對(duì)象的多樣性

2、普遍存在滯后

3、特性往往具有非線(xiàn)性

4、控制系統(tǒng)比較復(fù)雜

凡是采用數(shù)字或模擬控制方式對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的某一或某些物理參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)控制通稱(chēng)為過(guò)程控制。

1、過(guò)程控制的概念第一章緒論2、過(guò)程控制的特點(diǎn)2精品PPT|借鑒參考第二頁(yè)，共六十四頁(yè)。1-1典型單回路控制系統(tǒng)3、系統(tǒng)組成1、控制原理(如下圖)以液體儲(chǔ)槽的水位控制為例進(jìn)行說(shuō)明。液位變送器液位控制器執(zhí)行器2、系統(tǒng)方塊圖3精品PPT|借鑒參考第三頁(yè)，共六十四頁(yè)。3、主要組成部分

(1)、被控對(duì)象：生產(chǎn)過(guò)程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。

(2)、檢測(cè)變送單元：

(3)、控制器：實(shí)時(shí)地對(duì)被控系統(tǒng)施加控制作用。

(4)、執(zhí)行器：將控制信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)控制閥。常見(jiàn)的有氣動(dòng)和電動(dòng)兩種。

(5)、控制閥：控制進(jìn)料量。有氣開(kāi)式和氣關(guān)式之別。

1、被控對(duì)象

(簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)象或過(guò)程)：

2、被控參數(shù)：按照生產(chǎn)過(guò)程要求，某些變量應(yīng)該維持在穩(wěn)定的變化范圍內(nèi)，如果對(duì)其施加控制作用，就稱(chēng)其為被控參數(shù)。如溫度、壓力、流量、液位、成分等。4、常用術(shù)語(yǔ)4精品PPT|借鑒參考第四頁(yè)，共六十四頁(yè)。

：

凡是影響被控量的各種作用均叫做干擾或擾動(dòng)。分內(nèi)干擾和外干擾。(內(nèi)干擾如原料成分變化等。)

4、控制參數(shù)：即調(diào)節(jié)介質(zhì)。如儲(chǔ)水槽液位控制系統(tǒng)的給水量。

5、測(cè)量值：被控變量經(jīng)檢測(cè)變送后即是測(cè)量值。

6、給定值：即被控變量的設(shè)定值。

7、偏差值：準(zhǔn)確地說(shuō)，應(yīng)是被控量的給定值與實(shí)際值之差。但能夠直接得到的信號(hào)是被控量的測(cè)量值，故通常把給定值與測(cè)量值之差稱(chēng)作為偏差。

8、調(diào)節(jié)器輸出：根據(jù)偏差值、經(jīng)一定算法得到的輸出值。調(diào)節(jié)器輸出亦稱(chēng)控制作用。3、干擾:

5精品PPT|借鑒參考第五頁(yè)，共六十四頁(yè)。有常規(guī)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。一、一般分類(lèi)1、按工藝參數(shù)分類(lèi)：

有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、成分控制系統(tǒng)、物位控制系統(tǒng)等。2、按系統(tǒng)的任務(wù)分類(lèi)：有比例控制、均勻控制、前饋控制等。3、按自動(dòng)化裝置的不同分類(lèi)：5

過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)6精品PPT|借鑒參考第六頁(yè)，共六十四頁(yè)。5、按是否形成閉合回路分類(lèi)：是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最大的一種過(guò)程控制系統(tǒng)。在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)被控量的給定值是不變的。有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，被控量的給定值保持在規(guī)定的小范圍附近波動(dòng)。

二、按設(shè)定值形式分類(lèi)4、按控制器的動(dòng)作分類(lèi)：有1、定值控制系統(tǒng)PPIPID位式開(kāi)環(huán)閉環(huán)、。7精品PPT|借鑒參考第七頁(yè)，共六十四頁(yè)。2、隨動(dòng)控制系統(tǒng)其給定值按預(yù)定的時(shí)間程序來(lái)變化。如機(jī)械工業(yè)中的退火爐的溫度控制系統(tǒng)，其給定值是按升溫、保溫、逐次降溫等程序變化的。家用電器中應(yīng)用定值控制系統(tǒng)的也很多，如電腦控制的洗衣機(jī)、電飯煲等。是一種被控量的給定值隨時(shí)間任意變化的控制系統(tǒng)。它的主要作用是克服一切擾動(dòng)，使被控量隨時(shí)跟蹤給定值。3、程序控制系統(tǒng)8精品PPT|借鑒參考第八頁(yè)，共六十四頁(yè)。1.衰減比n：衰減比（Subsidenceratio）是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。它是相鄰?fù)较騼蓚€(gè)波峰的幅值之比。即：n=B1/B2

n=1等幅振蕩n>1衰減振蕩n無(wú)窮大為非周期過(guò)程一般認(rèn)為，n=4:1時(shí)穩(wěn)定性好，但溫度等慢變化過(guò)程約取10:1為好，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活處理。衰減率ψ:

是衡量過(guò)度過(guò)程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)(于遞減比含義相同).一般取=0.75～0.9。用于表示控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它是每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，波動(dòng)幅度衰減的百分?jǐn)?shù)，即：

6控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)9精品PPT|借鑒參考第九頁(yè)，共六十四頁(yè)。2．超調(diào)量和最大動(dòng)態(tài)偏差：

隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，超調(diào)量（Overshoot）σ定義為：

定值控制系統(tǒng)采用最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù)表示超調(diào)程度。即：

3．余差：

它是控制系統(tǒng)的最終穩(wěn)態(tài)偏差e(∞)。在階躍輸入作用下，余差（Steady-stateerror）為：定值控制系統(tǒng)中，r=0，因此有：e(∞)=-C。余差是控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。10精品PPT|借鑒參考第十頁(yè)，共六十四頁(yè)。4．回復(fù)時(shí)間和振蕩頻率：

被控變量從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值±5%或±2%范圍內(nèi)的時(shí)間作為過(guò)渡過(guò)程的回復(fù)時(shí)間Ts（Settlingtime）。回復(fù)時(shí)間是控制系統(tǒng)的快速性指標(biāo)。振蕩頻率ω與振蕩周期T的關(guān)系是

在相同衰減比n下，振蕩頻率越高，回復(fù)時(shí)間越短；在相同振蕩頻率下，衰減比越大，回復(fù)時(shí)間越短。5．偏離度：

控制系統(tǒng)偏離度是被控變量統(tǒng)計(jì)特性的描述。在相同干擾作用下，定值控制系統(tǒng)輸出的最大偏差越大，系統(tǒng)的偏離度越大；在相同的衰減比下，系統(tǒng)輸出的周期越大，系統(tǒng)的偏離度越大。11精品PPT|借鑒參考第十一頁(yè)，共六十四頁(yè)。12精品PPT|借鑒參考第十二頁(yè)，共六十四頁(yè)?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)行的重要準(zhǔn)則13精品PPT|借鑒參考第十三頁(yè)，共六十四頁(yè)。第二章單回路控制系統(tǒng)

1、典型例子：見(jiàn)下圖一、系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

單回路控制系統(tǒng)又稱(chēng)為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。雖然簡(jiǎn)單，但應(yīng)用較廣；過(guò)程控制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章內(nèi)容無(wú)疑是重點(diǎn)之一?！?-1概述液位變送器液位控制器執(zhí)行器14精品PPT|借鑒參考第十四頁(yè)，共六十四頁(yè)。

2、系統(tǒng)方框圖3、特點(diǎn)最簡(jiǎn)單、最基本；應(yīng)用最廣泛、最成熟。是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)整定的基礎(chǔ)。適用于被控對(duì)象滯后時(shí)間較小，負(fù)載和干擾不大，控制質(zhì)量要求不很高的場(chǎng)合。15精品PPT|借鑒參考第十五頁(yè)，共六十四頁(yè)。一、被控參數(shù)(即被控量)的選擇1.選擇的意義§2-2被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇2.選擇方法(1).選直接參數(shù)

即能直接發(fā)映生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，以及安全運(yùn)行的參數(shù)。(如鍋爐鍋筒的水位控制。)

(2).選間接參數(shù)

當(dāng)選直接參數(shù)有困難時(shí)采用。(如用反應(yīng)釜的溫度控制間接實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量控制。)16精品PPT|借鑒參考第十六頁(yè)，共六十四頁(yè)。3.選間接參數(shù)的原則

必須考慮工藝生產(chǎn)的合理性和儀表的現(xiàn)狀。

間接參數(shù)應(yīng)與直接參數(shù)有某種單值函數(shù)關(guān)系。

間接參數(shù)要有足夠的靈敏度。

二、控制參數(shù)(即控制量)的選擇

當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中有多個(gè)因素能影響被控參數(shù)(量)變化時(shí)，應(yīng)分析過(guò)程擾動(dòng)通道特性與控制通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響，正確地選擇可控性良好的變量作為操縱(控制)量。一般希望控制通道克服擾動(dòng)的應(yīng)使擾動(dòng)作用點(diǎn)位置遠(yuǎn)離被控量能力要強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)應(yīng)比擾動(dòng)通道快,要突出干擾作用,應(yīng)使擾動(dòng)作用點(diǎn)位置遠(yuǎn)離被控量。17精品PPT|借鑒參考第十七頁(yè)，共六十四頁(yè)。(三).實(shí)例討論

例1：噴霧式乳粉干燥設(shè)備的控制。

1.控制要求：干燥后的產(chǎn)品含水量波動(dòng)要小。

2.被控參數(shù)選擇：干燥器里的溫度

3.控制參數(shù)的選擇

(三種方案如圖所示)

18精品PPT|借鑒參考第十八頁(yè)，共六十四頁(yè)。分析可知，以風(fēng)量作控制參數(shù)為最佳選擇。19精品PPT|借鑒參考第十九頁(yè)，共六十四頁(yè)。

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，接受調(diào)節(jié)器的指令；

經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線(xiàn)位移；

去操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變被控對(duì)象進(jìn)、出的能量或物料。0、概述

1.作用2.組成§2-3執(zhí)行器選擇20精品PPT|借鑒參考第二十頁(yè)，共六十四頁(yè)。3.類(lèi)型

21精品PPT|借鑒參考第二十一頁(yè)，共六十四頁(yè)。由兩部分組成，如右圖所示。一、氣動(dòng)薄膜控制閥的工作原理22精品PPT|借鑒參考第二十二頁(yè)，共六十四頁(yè)。(一)、氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1、組成：由膜片、推桿、彈簧等組成。2、作用方式正作用—控制氣壓增加時(shí)，其開(kāi)度增加。反作用--控制氣壓增加時(shí)，其開(kāi)度減小。3、作用原理

PPAe=kll=AeP/k

(二)、控制閥體

1、作用：是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。

當(dāng)口徑A和差壓(P1-P2)一定時(shí)，流量Q僅隨阻尼的變化而變化。改變閥門(mén)的開(kāi)啟程度，可改變流通阻力而控制介質(zhì)流量。

2、調(diào)節(jié)原理23精品PPT|借鑒參考第二十三頁(yè)，共六十四頁(yè)。二、控制閥的流量特性

1、概念

理想(固有)流量特性--假定閥前后差壓不變。工作(實(shí)際)流量特性.2、類(lèi)型24精品PPT|借鑒參考第二十四頁(yè)，共六十四頁(yè)。(一)、理想流量特性

取決于閥芯曲面的形狀。

1、直線(xiàn)流量特性

(1)、定義：控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線(xiàn)關(guān)系，即(2)、特性方程25精品PPT|借鑒參考第二十五頁(yè)，共六十四頁(yè)。

2、其他流量特性

(3)、特點(diǎn)：適于在較大開(kāi)度下使用。(注：國(guó)產(chǎn)閥，可控比R=30)

對(duì)數(shù)特性：小流量時(shí)，控制作用平緩；大流量時(shí)，控制作用靈敏有效，克服了直流特性的不足?？扉_(kāi)特性：適于要求快速開(kāi)、閉的控制系統(tǒng)。拋物線(xiàn)特性：介于直線(xiàn)特性與對(duì)數(shù)特性之間，彌補(bǔ)了直線(xiàn)特性小開(kāi)度時(shí)控制性能差的缺點(diǎn)。26精品PPT|借鑒參考第二十六頁(yè)，共六十四頁(yè)。三、控制閥作用方式的選擇

選氣開(kāi)還是氣關(guān)式，由生產(chǎn)工藝的要求決定。1、從生產(chǎn)的安全出發(fā)2、從保證產(chǎn)品質(zhì)量考慮3、從降低原料和動(dòng)力的損耗考慮4、從介質(zhì)特點(diǎn)考

(一)、氣開(kāi)氣關(guān)方式的選擇

先選氣開(kāi)、氣關(guān)方式，再選執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

(二)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)正、反作用方式的選擇27精品PPT|借鑒參考第二十七頁(yè)，共六十四頁(yè)。

§2-4控制器的選型

積分控制作用能消除余差，但降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

TI愈小，穩(wěn)定性愈差。

信號(hào)通道在被控參數(shù)和控制參數(shù)確定之后就定下來(lái)了。

根據(jù)對(duì)象特性和控制質(zhì)量要求選擇控制器的控制作用確定控制器的類(lèi)型。

隨著控制器放大系數(shù)Kc的增大，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。

隨著Kc的增大，余差將減少，但不能消除。二、積分控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響一、比例控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響28精品PPT|借鑒參考第二十八頁(yè)，共六十四頁(yè)。三、微分控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響

(1)、特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，但有余差。

(2)、適用：控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大，允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。

引入微分控制作用后，控制質(zhì)量將全面提高。微分作用太強(qiáng)，會(huì)引起控制閥時(shí)而全開(kāi)、時(shí)而全關(guān)。四、控制器的選型應(yīng)由對(duì)象的特性和工藝要求確定

1、P控制器的選擇29精品PPT|借鑒參考第二十九頁(yè)，共六十四頁(yè)。

2、PI控制器的選擇

(1)、特點(diǎn)：對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有顯著的效果。 (2)、適用：負(fù)荷變化大，容量滯后大，控制質(zhì)量要求很高的系統(tǒng)。

(1)、特點(diǎn)：過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)無(wú)余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。(2)、適用：滯后較小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)。

負(fù)荷變化大，純滯后大，采用PID達(dá)不到要求時(shí)采用。

4、復(fù)雜控制系統(tǒng)3、PID控制器的選擇30精品PPT|借鑒參考第三十頁(yè)，共六十四頁(yè)。五、控制器正、反作用的選擇

原則：使整個(gè)單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)---乘積為負(fù)。1、控制閥：氣開(kāi)式為“＋”，氣關(guān)式為“-”；

2、控制器：正作用為“＋”，反作用為“-”；3、被控對(duì)象：物料或能量增加時(shí)，被控參數(shù)隨之增加為“＋”，隨之減少為“-”；4、變送器：一般為“＋”；

控制器正、反作用選擇的判別式：

(控制器“±”)(控制閥“±”)(對(duì)象“±”)=“-”31精品PPT|借鑒參考第三十一頁(yè)，共六十四頁(yè)?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)行的重要準(zhǔn)則32精品PPT|借鑒參考第三十二頁(yè)，共六十四頁(yè)。控制系統(tǒng)框圖的幾點(diǎn)說(shuō)明33精品PPT|借鑒參考第三十三頁(yè)，共六十四頁(yè)。說(shuō)明幾點(diǎn)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)有兩個(gè)通道：控制通道和擾動(dòng)通道?？驁D中的各個(gè)信號(hào)都是增量。圖中的箭頭表示信號(hào)的流向，并非物流或能流的方向。各環(huán)節(jié)的增益有正、有負(fù)。當(dāng)該環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，其輸出增加，則該環(huán)節(jié)的增益為正，反之，如果輸出減小則增益為負(fù)。對(duì)象的增益有正、有負(fù)例如：加熱系統(tǒng)的增益為正、冷卻系統(tǒng)的增益為負(fù)；氣開(kāi)閥的增益為正、氣關(guān)閥的增益為負(fù)；正作用控制器的增益為負(fù)，反作用控制器的增益為正；檢測(cè)變送器的增益一般為正。通過(guò)調(diào)整控制器的正反作用來(lái)保證系統(tǒng)為負(fù)反饋。34精品PPT|借鑒參考第三十四頁(yè)，共六十四頁(yè)。

如果控制方案已經(jīng)確定，則過(guò)程各通道的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性就已確定，系統(tǒng)的控制質(zhì)量就取決于控制器各個(gè)參數(shù)值的設(shè)置。控制器的參數(shù)整定，就是確定最佳過(guò)渡過(guò)程中控制器的比例度δ、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD的具體數(shù)值。所謂最佳過(guò)渡過(guò)程，就是在某種質(zhì)量指標(biāo)下，系統(tǒng)達(dá)到最佳調(diào)整狀態(tài)。4：1遞減比為最佳參數(shù)整定的常用依據(jù)。4:1參數(shù)整定的方法:1、概述§2-5控制器的參數(shù)整定35精品PPT|借鑒參考第三十五頁(yè)，共六十四頁(yè)。：對(duì)數(shù)頻率特性法、根軌跡法等。(2)、工程整定法：經(jīng)驗(yàn)湊試法、衰減曲線(xiàn)法、臨界比例度法、響應(yīng)曲線(xiàn)法等。

(1)、理論整定法

對(duì)于單元組合儀表

比例度的概念：對(duì)于比例作用大小，工業(yè)控制器常用δ表示，其義為：36精品PPT|借鑒參考第三十六頁(yè)，共六十四頁(yè)。一、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)湊試法二、穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）

是目前工程上應(yīng)用較廣泛的一種控制器參數(shù)的整定方法。三、阻尼振蕩法（衰減曲線(xiàn)法）

是在總結(jié)穩(wěn)定邊界法的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)提出來(lái)的。四、響應(yīng)曲線(xiàn)法（動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法）

依據(jù)對(duì)象的響應(yīng)曲線(xiàn)---飛升特性整定參數(shù)，精度更高。37精品PPT|借鑒參考第三十七頁(yè)，共六十四頁(yè)。第三章串級(jí)控制系統(tǒng)§3-1概述

單回路控制系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但難于適應(yīng)工藝參數(shù)間關(guān)系比較復(fù)雜的控制，特別是現(xiàn)代大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

復(fù)雜控制系統(tǒng)：具有兩個(gè)以上的檢測(cè)變送單元、或控制器、或執(zhí)行器，能完成一些復(fù)雜或特殊的任務(wù)

串級(jí)控制系統(tǒng)：對(duì)改善控制品質(zhì)有獨(dú)到之處，故而在過(guò)程控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。38精品PPT|借鑒參考第三十八頁(yè)，共六十四頁(yè)。一.串級(jí)控制系統(tǒng)的組成

以煉油廠(chǎng)管式加熱爐的出口溫度控制為例。(1)、采用直接控制方案：如圖4-1所示。優(yōu)點(diǎn)：所有對(duì)溫度的干擾都包括在控制回路之中。缺點(diǎn)：對(duì)燃油流量變化等干擾控制不及時(shí)，總滯后較大。(2)、采用間接控制方案：如圖4-2所示。優(yōu)點(diǎn)：能及時(shí)而有效地克服來(lái)自燃料油壓力方面的干擾。缺點(diǎn)：燃料油控制只起輔助作用；放棄爐出口溫度控制將無(wú)法克服來(lái)自原料流量和溫度、爐膛壓力變化等方面的干擾。1、問(wèn)題的提出39精品PPT|借鑒參考第三十九頁(yè)，共六十四頁(yè)。

加熱溫度測(cè)量返回40精品PPT|借鑒參考第四十頁(yè)，共六十四頁(yè)。

加熱流量測(cè)量返回41精品PPT|借鑒參考第四十一頁(yè)，共六十四頁(yè)。PPT內(nèi)容概述過(guò)程控制系統(tǒng)。1、被控對(duì)象(簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)象或過(guò)程)：。7、偏差值：準(zhǔn)確地說(shuō)，應(yīng)是被控量的給定值與實(shí)際值之差。1.衰減比n：衰減比（Subsidenceratio）是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。最簡(jiǎn)單、最基本。應(yīng)用最廣泛、最成熟。一、被控參數(shù)(即被控量)的選擇?！?-2被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇。間接參數(shù)應(yīng)與直接參數(shù)有某種單值函數(shù)關(guān)系。正作用—控制氣壓增加時(shí)，其開(kāi)度增加。PPAe=kll=AeP/k。當(dāng)口徑A和差壓(P1-P2)一定時(shí)，流量Q僅隨阻尼的變化而變化。改變閥門(mén)的開(kāi)啟程度，可改變流通阻力而控制介質(zhì)流量。拋物線(xiàn)特性：介于直線(xiàn)特性與對(duì)數(shù)特性之間，彌補(bǔ)了直線(xiàn)特性小開(kāi)度時(shí)控制性能差的缺點(diǎn)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)有兩個(gè)通道：控制通道和擾動(dòng)通道。三、阻尼振蕩法（衰減曲線(xiàn)法）。四、響應(yīng)曲線(xiàn)法（動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法）。(2)、采用間接控制方案：如圖4-2所示?！?-3串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用。逐步逼近法是先副后主，逐步逼近。63第四十二頁(yè)，共六十四頁(yè)。

(1)、結(jié)構(gòu)圖：將圖4-1、圖4-2方案綜合起來(lái)，即得串級(jí)控制系統(tǒng)如圖4-4所示。

2、系統(tǒng)組成

加熱流量測(cè)量溫度測(cè)量43精品PPT|借鑒參考第四十三頁(yè)，共六十四頁(yè)。(2)、方框圖：如圖4-3所示。(3)、特征：兩臺(tái)控制器串聯(lián)在一起，控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥。44精品PPT|借鑒參考第四十四頁(yè)，共六十四頁(yè)。(4)、另一實(shí)例45精品PPT|借鑒參考第四十五頁(yè)，共六十四頁(yè)。(5)、常見(jiàn)名詞術(shù)語(yǔ):主、副變量，主、副控制器，主、副對(duì)象，主、副變送器，主、副回路等，如圖4-5.4-546精品PPT|借鑒參考第四十六頁(yè)，共六十四頁(yè)。二、二次干擾作用在主、副對(duì)象上的干擾分別為一、二次干擾。圖4-5為串級(jí)控制系統(tǒng)的通用方框圖。三、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程仍以管式加熱爐出口溫度控制為例，分析克服干擾的過(guò)程。1、干擾來(lái)自燃料油流量初始階段，出口溫度不變，溫度控制器的輸出不變。出口溫度變化時(shí)，溫度控制器不斷改變著流量控制器的設(shè)定值。47精品PPT|借鑒參考第四十七頁(yè)，共六十四頁(yè)。2、干擾來(lái)自原料油(1)、使主、副變量同向變化(2)、使主、副變量反向變化

分析可知：副控制器具有“粗調(diào)”作用，主控制器具有“細(xì)調(diào)”作用；兩者配合，控制質(zhì)量必高于單回路控制系統(tǒng)。

出口溫度溫度控制器輸出流量控制器設(shè)定值3、一、二次干擾同時(shí)出現(xiàn)燃料油流量為適應(yīng)溫度控制的需要而不斷變化。48精品PPT|借鑒參考第四十八頁(yè)，共六十四頁(yè)?！?-2串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)一、時(shí)間常數(shù)

串級(jí)控制系統(tǒng)能使等效副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)變小，放大系數(shù)增大，從而顯著提高控制質(zhì)量。二、工作頻率

由于等效副回路時(shí)間常數(shù)的縮短，系統(tǒng)的工作頻率提高了三、抗干擾能力串級(jí)比單回路抗干擾能力差。四、有一定的自適應(yīng)能力

單回路控制系統(tǒng)只有一個(gè)控制器，設(shè)定值一般不變，難以適應(yīng)負(fù)荷非線(xiàn)性的變化。串級(jí)控制系統(tǒng)中，副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)定值隨主控制器的輸出而變化，適應(yīng)負(fù)荷變化的能力較強(qiáng)。49精品PPT|借鑒參考第四十九頁(yè)，共六十四頁(yè)?！?-3串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用

當(dāng)被控對(duì)象純滯后時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，在離控制閥較近、純滯后時(shí)間較小的地方選擇一個(gè)副變量，把干擾拉入副回路。利用副回路的超前作用來(lái)克服對(duì)象的純滯后僅僅是對(duì)二次干擾而言的，一次干擾不直接影響副變量。例如下圖所示：

原則：凡是用單回路控制系統(tǒng)能滿(mǎn)足控制要求的，就不再用串級(jí)控制系統(tǒng)。一、用于克服對(duì)象的純滯后50精品PPT|借鑒參考第五十頁(yè)，共六十四頁(yè)。副變量：過(guò)熱蒸汽溫度，位于滯后較小的B點(diǎn)。被控參數(shù)：A點(diǎn)溫度控制參數(shù)：減溫水流量主要干擾：減溫水壓力波動(dòng)。51精品PPT|借鑒參考第五十一頁(yè)，共六十四頁(yè)。二、用于克服對(duì)象的容量滯后 容量滯后會(huì)使被控對(duì)象反應(yīng)遲鈍，超調(diào)大，過(guò)渡過(guò)程長(zhǎng)。 以溫度或質(zhì)量作為被控量的控制對(duì)象，其容量滯后往往比較大，致使控制質(zhì)量變差。 對(duì)象容量滯后大、干擾復(fù)雜的情況下，串級(jí)控制系統(tǒng)的使用最為普遍，效果較好。 此時(shí)應(yīng)選擇一個(gè)滯后較小的輔助變量組成副回路。 副環(huán)的時(shí)間常數(shù)不能過(guò)大，以防共振；也不能過(guò)小，力求多包含一些干擾。

例如下張圖：52精品PPT|借鑒參考第五十二頁(yè)，共六十四頁(yè)。燃料油熱值變化后，爐膛反應(yīng)滯后3分鐘，而出口溫度則需15分鐘。53精品PPT|借鑒參考第五十三頁(yè)，共六十四頁(yè)。三、用于克服變化劇烈和幅值大的干擾

串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把變化劇烈、幅值大的干擾包含在副回路中。

副回路放大系數(shù)應(yīng)大些，會(huì)使抗干擾能力大大提高。

例如下圖4-13，脫氣塔的壓力對(duì)主控指標(biāo)(液位)影響很大，甚至造成溢出或打干的事故，是主干擾，串級(jí)控制后效果很好。54精品PPT|借鑒參考第五十四頁(yè)，共六十四頁(yè)。四、用于克服對(duì)象的非線(xiàn)性負(fù)荷變化會(huì)引起工作點(diǎn)的移動(dòng)。當(dāng)負(fù)荷變化大且頻繁時(shí)，只有高級(jí)控制系統(tǒng)才有重整參數(shù)以適應(yīng)控制要求的能力。

一般控制系統(tǒng)中，有效辦法是采用串級(jí)控制。

例在圖4-14中，其中部溫度要嚴(yán)控，則將具有非線(xiàn)性特性的換熱器包含在副回路。55精品PPT|借鑒參考第五十五頁(yè)，共六十四頁(yè)?！?-4串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

主變量(操縱量)的選擇原則主要有：(1)、條件允許時(shí)選質(zhì)量指標(biāo)作為主變量。

正確合理地設(shè)計(jì)，才能使串級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)揮其特點(diǎn)。設(shè)計(jì)包括主、副回路選擇，主、副控制器控制規(guī)律選型和正、反作用的確定。一、主、副回路的選擇(一)、主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，可以按單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。

(2)、其次考慮選擇與質(zhì)量有單值關(guān)系的參數(shù)作為主變量。(3)、所選主變量應(yīng)有足夠的靈敏度，且工藝合理、易實(shí)現(xiàn)。56精品PPT|借鑒參考第五十六頁(yè)，共六十四頁(yè)。(二)、副回路應(yīng)包括盡可能多的擾動(dòng)。

應(yīng)將變化最劇烈、幅度最大、最頻繁的擾動(dòng)包括在副回路中。研究系統(tǒng)的干擾來(lái)源是十分重要的。如前述的管式加熱爐，主擾動(dòng)為然油壓力還是然油熱值，則副回路的選擇大不相同。

并非包括的干擾越大越好。干擾包括得越大，副變量的位置會(huì)越靠近主變量，靈敏度會(huì)降低。(三)、主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)要匹配。(四)、選副回路應(yīng)考慮工藝上的合理性(五)、副回路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性原則57精品PPT|借鑒參考第五十七頁(yè)，共六十四頁(yè)。

1、對(duì)主變量控制質(zhì)量要求高主變量宜采用PI規(guī)律；欲克服容量滯后，應(yīng)引進(jìn)微分作用，采用PID規(guī)律。副變量一般采用P規(guī)律就可以了。2、對(duì)副變量控制要求也較高主、副變量均采用PI控制規(guī)律。3、對(duì)主變量控制要求不高，甚至允許小波動(dòng)主變量采用P規(guī)律，副回路對(duì)主回路的跟隨要求快而準(zhǔn)時(shí)采用PI控制規(guī)律。二、主、副控制器的選擇

(一)、控制規(guī)律的選擇58精品PPT|借鑒參考第五十八頁(yè)，共六十四頁(yè)。副控制器按單回路方式選擇。

主控制器按下式確定:(二)、正、反作用方式的選擇

4、對(duì)主、副變量控制要求均不高

可均采用P規(guī)律；必要時(shí)對(duì)主變量控制引進(jìn)微分作用。

(主控制器+/-)(副對(duì)象+/-)(主對(duì)象+/-)=(-)

主、副控制器正、反作用方式的確定是否正確，可進(jìn)行驗(yàn)證。59精品PPT|借鑒參考第五十九頁(yè)，共六十四頁(yè)。§3-5串級(jí)控制系統(tǒng)

控制器參數(shù)的整定

所謂投運(yùn)，就是通過(guò)適當(dāng)?shù)牟襟E，使主、副