串級控制系統(tǒng)課件

1、串級控制系統(tǒng)Cascade Control System第1頁，共16頁。本講基本要求了解串級控制系統(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)的設計原則；第2頁，共16頁。反應釜溫度單回路控制系統(tǒng)控制變量：冷卻劑量被控變量：反應溫度控 制 閥：氣關閥控制規(guī)律：PID第3頁，共16頁。單回路控制系統(tǒng)擾動分析問題：從擾動開始至調(diào)節(jié)器動作，調(diào)節(jié)滯后較大，特別對于大容量的反應槽，調(diào)節(jié)滯后更大。冷卻水入口溫度 夾套內(nèi)冷卻水溫度 T2 （經(jīng)對流傳熱）槽壁溫度 反應槽溫度T1 （經(jīng)反饋回路）冷卻水量第4頁，共16頁。對調(diào)節(jié)滯后的解決方法之一對于冷卻

2、水方面的擾動，如冷卻水的入口溫度、閥前壓力等擾動，夾套冷卻水溫度T2比反應槽溫度T1能更快地感受到。因而可設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的設定值應根據(jù)T1的控制要求作相應的變化（這一要求可用反應溫度調(diào)節(jié)器TC1來自動實現(xiàn)）?！按壙刂啤?第5頁，共16頁。反應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)水溫的設定值以保證反應溫度維持在工藝所希望的某一給定值。 第6頁，共16頁。反應器溫度串級控制方框圖TC1稱為“主調(diào)節(jié)器”，TC2稱為“副調(diào)節(jié)器”。第7頁，共16頁。串級控

3、制系統(tǒng)典型方框圖第8頁，共16頁。串級系統(tǒng)的設計原則副參數(shù)的選擇應使副對象的時間常數(shù)比主對象的時間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應靈敏；副回路應包含被控對象所受到的主要干擾；盡可能將帶有非線性或時變特性的環(huán)節(jié)包含于副回路中。常用的串級控制系統(tǒng)：溫度+流量、溫度+壓力、液位+流量、溫度+溫度等。第9頁，共16頁。串級方案設計舉例討論：副回路所能包括的擾動越多，副對象與主對象的動態(tài)特性的差別越小，越容易引起內(nèi)外回路之間的“共振”（系統(tǒng)穩(wěn)定性越差）。第10頁，共16頁。串級系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器選型副調(diào)節(jié)器常選擇PI控制律原因：副回路為隨動系統(tǒng)，其設定值變化頻繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服內(nèi)

4、環(huán)中的各種擾動，為加大副回路的調(diào)節(jié)能力，理想上不用加積分作用。但實際運行中，串級系統(tǒng)有時會斷開主回路，因而，通常需要加入積分作用。但積分作用要求較弱以保證副回路較強的抗干擾能力。第11頁，共16頁。串級系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器選型主調(diào)節(jié)器常選擇PI或PID控制律原因：主回路的任務是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而對于主參數(shù)為溫度的串級系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強的積分作用（除主參數(shù)為液位的串級均勻控制系統(tǒng)以外）。當主對象的調(diào)節(jié)滯后較大，而主參數(shù)變化較平緩時，可加入通常大小的微分作用。第12頁，共16頁。結 論介紹了串級控制系統(tǒng)的概念與特點；結合控制原理，具體分析了串級系統(tǒng)的抗干擾性能；討論了串級控制系統(tǒng)的設計

5、原則；第13頁，共16頁。練習題 1精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)如圖所示，圖中，Pv為調(diào)節(jié)閥閥前壓力。（1）為保證再沸器的安全，蒸汽調(diào)節(jié)閥應選用氣關閥還是氣開閥？為什么？（2）確定調(diào)節(jié)器TC、PC的正反作用，并畫出該系統(tǒng)完整的方框圖（盡可能在圖上表明相應的信號）。第14頁，共16頁。PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。這個理論和應用自動控制的關鍵是，做出正確的測量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。第15頁，共16頁。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e 與輸出p的關