单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第7章 复杂控制系统,比值控制系统,2,前馈控制系统,串级控制系统,3,1,均匀控制系统,4,分程控制系统,5,多冲量控制系统,7,选择性控制系统,6,3,2,第7章 复杂控制系统,复杂控制系统,凡是结构上比单回路控制系统复杂或控制目的较特殊的控制系统，都称为复杂控制系统。,特点：,通常包含有两个以上的变送器、控制器或者执行器，构成的回路数也多于一个，所以，复杂控制系统又称为多回路控制系统。,3,7-1,串级控制系统,一、串级控制系统的结构,管式加热炉是石化工业中的重要装置之一，工艺上要求被加热油料炉出口温度的波动范围应控制,2,内。,4,主要扰动：,（1）原料方面的扰动,（,包括物料的流量和入口温度的变化）；,（2）燃料方面的扰动,（,包括燃料的流量、热值及压力的波动）；,（3）燃烧条件方面的扰动,（,包括供风量和炉膛漏风量的变化、燃料的雾化状态的影响等）。,传热的滞后性，以及调节通道的时间常数过大（,15min,左右），控制作用不及时。,5,方案：,将炉膛温度作为被控变量，组成如图7-2 所示的控制系统。,方案的优点,:,调节通道的时间常数缩短为3分钟左右。,缺点：,原料的流量或,原料,入口温度波动使炉出口温度变化时，系统无法使炉出口温度再调回到给定值上，所以该,方案仍不能达到生产工艺要求。,6,方案：,构成炉出口温度为被控变量，炉膛温度为辅助变量，由炉膛温度控制器的输出去操纵燃料量的控制方案,.,这就是炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统。,7,串级控制系统中常见的专用名词介绍：,主变量,串级控制系统中起主导作用的被控变量，是,过程中主要控制的工艺指标。,副变量,串级控制系统中为了稳定主变量而引入的辅,助变量。,炉出口温度,炉膛温度,8,主对象,由主变量表征其主要特征的工艺设备或过,程，,其输入量为副变量，输出量为主变量。,副对象,由副变量表征其特性的工艺生产设备或过,程，,其输入量为系统的操纵变量，输出量为副变量。,炉出口温度对象,炉膛温度对象,9,主控制器,按主变量的,测量值与给定值,的偏差进行,工作的控制器，其,输出作为副控制器的,给定值。,副控制器,按副变量的,测量值与主控制器的输出信,号的偏差,进行工作的控制器，其输出直,接控制执行器的动作。,炉出口温度控制器,炉膛温度控制器,10,主回路,由主测量变送器、主控制器、副回路等效,环节和主对象组成的闭合回路，又称外环,或主环。,副回路,由副测量变送器、副控制器、执行器和副,对象所组成的闭合回路，又称内环或副环。,11,方块图：,工艺控制流程图：,12,串级控制系统通用方块图:,13,串级控制系统,在结构上,具有如下特点：,在串级控制系统中，有两个闭环负反馈回路，每个回路都有自己的控制器、测量变送器和对象，但只有一个执行器。,两个控制器采用串联控制方式，主控制器的输出作为副控制器的给定值，而由副控制器的输出来控制执行器的动作。,主回路是一个,定值控制系统,，副回路则是一个,随动控制系统,。,14,二,、主、副控制器正、反作用的确定,主、副控制器确定顺序：,“,先副后主,”,的原则,副控制器的选择原则：,副控制器的正、反作用只与副回路中的各个环节有关，而与主回路无关。,在简单控制系统中介绍的各环节规定符号“乘积为负”的判别准则，同样适用于串级控制系统副控制器正、反作用的选择。,（副控制器）（执行器）（副对象）（副变送器）,=,（一）,15,主控制器的选择原则：,主控制器的正、反作用只与主对象有关，而与副回路无关。,分析：,副回路是一个随动系统，它的最终控制结果总是要使副变量（副回路的输出）跟随主控制器,的输出（副回路的输入）而变化，也就是说，当副同路的输入增加时，副回路的输出也要增加，由此可见，副回路也是一个“,+,”环节。,主测量变送是,一个,“,+,”,环节。,所以，,主控制器的正、反作用就只取决于主对象的符号。为了保证回路中各环节总的符号乘积为负，当主对象的符号为,“,+,”时，主控制器必须是“”号，即选择反作用；而当主对象的符号为“”时，主控制器必须,是,“,+,”,号，,选择正作用。,16,【例题】,如,图所示的精馏塔提馏段温度与加热蒸汽流量串级控制系统中，执行器选为气关式，试确定主、副控制器的正、反作用。,17,副回路：,执行器 气关式，符号为“,-,”；,副对象 执行器的阀门开度增大时，副变量蒸汽 流量也增大，故副对象的符号为“,+,”。,副变送器 符号也为“,+,”。,根据回路各环节符号“乘积为负”的判别公式，副控制器的符号必须取“,+,，即应选择正作用。,“,先副后主,”,的原则,18,主回路：,当蒸汽流量增大时，主变量提馏段的温度将上升，故主对象的符号为,“,+,”,。,所以，主控制器应选择,“,-,”,，反作用。,19,【,练习题,】,如图的串级控制系统，执行器选为气开阀，试确定主、副控制器的正、反作用。,-,+,+,+,+,-,20,三、串级控制系统的工作过程,工艺要求执行器选为气开式，炉出口温度控制器,T,C,和炉膛温度控制器,T,C,均采用反作用工作方式，分析系统的工作过程。,21,干扰作用于副回路：当燃料管网压力增大，,-,+,+,+,+,-,炉膛T2，,炉膛T2,阀门开度，,T,2,C,，,T,2,T,，,导致燃料量,22,干扰作用于主回路：当原料流量增加，,-,+,+,+,+,-,导致出料温度T1,，,T1,副环随动+，T2，,T1C,，,T1T,，,副环为随动控制系统+,23,干扰同时作用于主、副回路：,-,+,+,+,+,-,当原料温度升高，导致出料温度T1,；当燃料管网压力增大，炉膛T2；,副回路：T2T，偏差，T2C,，阀开度，T1,T1C,，,主回路：T1T,，,24,四、串级控制系统的特点及应用场合,串级控制系统与简单控制系统相比，由于在结构上多了一个副回路，因而，在相同的干扰作用下，其控制质量是单回路控制系统无法比拟的。,串级控制系统在工作性能上的主要特点：,1,对于进入副回路的干扰具有极强的克服能力。,2,改善了控制系统的动态特性，提高了工作频率。,3.,对负荷和操作条件的变化具有一定的适应能力。,串级控制系统的适应场合：,主要适合于,被控对象的容量滞后或纯滞后时间较大，干扰作用强而且频繁，或者生产负荷经常大范围波动，简单控制系统无法满足生产工艺要求的场合,。,25,五、串级控制系统设计中的几个问题,1,副回路的确定,（1）,应将生产中的主要干扰纳入到副回路中。,（2）,在可能前提下，应将尽可能多的干扰纳入副回路中。,（3）,应使主、副回路的时间常数适当匹配,。,选择使副回路时间常数小一些，有利加快控制。,主、副对象时间常数相近，可能发生,“,共振,”,现象。通常，主、副对象时间常数之比在,3,10,倍之间。,26,2主、副控制器控制规律的选择,(1)主变量是生产工艺的重要指标，副回路不要求,为了保证过渡过程没有余差，主控制器至少应选择比例积分（,Pl）,控制规律。主对象的容量滞后较大，必要时也可引入微分作用，即,PID,控制规律。,若副控制器要求不高，可选用比例（,P,）作用。,(2)工艺对主变量要求较高，对副变量也有一定的要求。,保证主变量的控制精度，主控制器需选择,PI,作用。,副变量在干扰作用下需达到一定的控制质量，副控制器也应该选择,PI,作用。,27,练习题,锅炉供水控制系统如图所示，1，从锅炉安全考虑，防止因断水导致锅炉烧爆，选择气开，气关阀？选择控制器+-，构成负反馈系统。,2，若锅炉给水流量波动频繁且为主要干扰，原来的液位控制系统很难满足控制要求，试问应采取何种措施来提高控制精度？设计控制方案？画出系统方块图？,28,执行器,从锅炉安全考虑，防止因断水导致锅炉烧爆，应选择,气关式，,“,-,”,。,对象,当流入量增加，液位是增加的，符号取为,“,+,”,。,变送器,输出信号随液位的升高增加，符号为,“,+,”,。,控制器,必须选择正作用,“,+,”,，才能构成负反馈控制系统。,答：,问题1：,29,答：问题2：,采用锅炉液位与给水流量串级控制系统来提高控制精度。,串级控制设计方案如图所示。,串级控制系统方块图如图：,30,液位控制器,流量控制器,流量变送,液位变送,液位对象,流量对象,锅炉液位,给水流量,答：问题2：,31,1,、两步整定法,工况稳定,主副回路均闭合,衰减曲线法求得,d,）按先副后主,先比例后积分，再微分的次序投入运行，观察修改到满意。,1,）逐步逼近法；2）两步整定法；3）一步整定法。,六、串级控制系统参数的整定,32,课程小结,串级控制系统,掌握串级控制系统的工艺控制流程图，会画串级控制系统的方块图；,了解串级控制系统的工作过程及应用场合；,掌握串级控制的特点；,掌握串级控制主、副控制器正反作用的确定。,