串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程

串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程1§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定231.串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程

以管式加熱爐為例，來說明串級(jí)控制系統(tǒng)是如何有效地克服滯后提高控制質(zhì)量的。假定執(zhí)行器采用氣開形式，斷氣時(shí)關(guān)閉控制閥，以防止?fàn)t管燒壞而釀成事故，溫度控制器T1C和T2C都采用反作用方向。1.串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程—干擾進(jìn)入副回路§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程F2引起θ2變化，控制器T2C及時(shí)進(jìn)行控制，使其很快穩(wěn)定下來如果干擾量小，經(jīng)過副回路控制后，F(xiàn)2一般影響不到溫度θ1；如果干擾量大，其大部分影響為副回路所克服，波及到被控變量溫度θ1再由主回路進(jìn)一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復(fù)到給定值。1.串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程—干擾進(jìn)入副回路§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程

由于副回路控制通道短，時(shí)間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進(jìn)入回路時(shí)，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服燃料油壓力或熱值變化對(duì)原料油出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。

小結(jié)1.串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程—干擾作用于主對(duì)象§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程F1變化→θ1

↑→T1C輸出↓→T2C設(shè)定值↓→T2C輸出↓→恢復(fù)給定值

所以，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，如果干擾作用于主對(duì)象，由于副回路的存在，可以及時(shí)改變副變量的數(shù)值，以達(dá)到穩(wěn)定主變量的目的。在干擾作用下，主、副變量的變化方向相同。1.串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程—干擾作用于副回路和主對(duì)象§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程主、副變量的變化方向相反，一個(gè)增加，另一個(gè)減小。1.串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程—干擾作用于副回路和主對(duì)象§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入一個(gè)閉合的副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對(duì)作用于主對(duì)象上的干擾也能加速克服過程。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并對(duì)于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。小結(jié)1.串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程—干擾作用于副回路和主對(duì)象§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程2.串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程（1）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：主回路和副回路；有兩個(gè)控制器；主控制器和副控制器；有兩個(gè)測(cè)量變送器，分別測(cè)量主變量和副變量。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主回路是個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路是個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。

（2）在串級(jí)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)變量：主變量和副變量。主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝變量。2.串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程適用范圍：當(dāng)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，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)滿足不了控制質(zhì)量的要求時(shí)，采用串級(jí)控制系統(tǒng)是適宜的。（4）串級(jí)控制系統(tǒng)由于增加了副回路，因此具有一定的自適應(yīng)能力，可用于負(fù)荷和操作條件有較大變化的場(chǎng)合。（3）在系統(tǒng)特性上，串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對(duì)象的特性，使控制過程加快，具有超前控制作用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體情況，選擇一個(gè)合適的副變量，從而構(gòu)成一個(gè)以副變量為被控變量的副回路。

副回路的確定確定的原則（1）主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程

選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中間變量作為副變量；選擇的副變量就是操縱變量本身，這樣能及時(shí)克服它的波動(dòng)，減少對(duì)主變量的影響。選擇副變量的兩類情況3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程舉例精餾塔塔釜溫度串級(jí)控制系統(tǒng)1—精餾塔；2—再沸器

通過這套串級(jí)控制系統(tǒng)，能夠在塔釜溫度穩(wěn)定不變時(shí)，蒸汽流量能保持恒定值，而當(dāng)溫度在外來干擾作用下偏離給定值時(shí)，又要求蒸汽流量能作相應(yīng)的變化，以使能量的需要與供給之間得到平衡，從而保持釜溫在要求的數(shù)值上。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程

在上例中，選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）本身。這樣，當(dāng)干擾來自蒸汽壓力或流量的波動(dòng)時(shí)，副回路能及時(shí)加以克服，以大大減少這種干擾對(duì)主變量的影響，使塔釜溫度的控制質(zhì)量得以提高。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程（2）要使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回路內(nèi)加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級(jí)控制系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中，由于選擇了燃料油壓力作為副變量，副對(duì)象的控制通道很短，時(shí)間常數(shù)很小，因此控制作用非常及時(shí)，比起圖7-2所示的控制方案，能更及時(shí)有效地克服由于燃料油壓力波動(dòng)對(duì)原料油出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程注意

如果管式加熱爐的主要干擾來自燃料油組分（或熱值）波動(dòng)時(shí)，就不宜采用上圖所示的控制方案，因?yàn)檫@時(shí)主要干擾并沒有被包圍在副環(huán)內(nèi)，所以不能充分發(fā)揮副環(huán)抗干擾能力強(qiáng)的這一優(yōu)點(diǎn)。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程（3）

在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾

如果在生產(chǎn)過程中，除了主要干擾外，還有較多的次要干擾，或者系統(tǒng)的干擾較多且難于分出主要干擾與次要干擾，在這種情況下，選擇副變量應(yīng)考慮使副環(huán)盡量多包圍一些干擾，這樣可以充分發(fā)揮副環(huán)的快速抗干擾能力，以提高串級(jí)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。注意在考慮到使副環(huán)包圍更多干擾時(shí)，也應(yīng)同時(shí)考慮到副環(huán)的靈敏度。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程

隨著副回路包圍干擾的增多，副環(huán)將隨之?dāng)U大，副變量離主變量也就越近。這樣一來，副對(duì)象的控制通道就變長，滯后也就增大，從而會(huì)削弱副回路的快速、有力控制的特性。

在選擇副變量時(shí)，既要考慮到使副環(huán)包圍較多的干擾，又要考慮到使副變量不要離主變量太近。結(jié)論3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程（4）副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生

是為了保證副回路具有快速的抗干擾性能；是由于串級(jí)系統(tǒng)中主、副回路之間是密切相關(guān)的，副變量的變化會(huì)影響到主變量，而主變量的變化通過反饋回路又會(huì)影響到副變量。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)不能太接近。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程小結(jié)

在選擇副變量時(shí)，應(yīng)注意使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)之比為3～10，以減少主、副回路的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，避免“共振”。當(dāng)然，也不能盲目追求減小副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，否則可能使副回路包圍的干擾太少，使系統(tǒng)抗干擾能力反而減弱了。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程（5）當(dāng)對(duì)象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時(shí)，在選擇副變量時(shí)應(yīng)使副環(huán)盡量少包含純滯后或不包含純滯后

對(duì)于含有大純滯后的對(duì)象，可采用串級(jí)控制系統(tǒng)，并通過合理選擇副變量將純滯后部分放到主對(duì)象中去，以提高副回路的快速抗干擾功能，及時(shí)克服干擾的影響，將其抑制在最小限度內(nèi)，從而可以使主變量的控制質(zhì)量得到提高。3.串級(jí)控制系統(tǒng)副回路的確定§串級(jí)控制系統(tǒng)工作過程舉例某化纖廠膠液壓力的控制問題壓力與壓力串級(jí)控制系統(tǒng)1—計(jì)量泵