串級(jí)控制系統(tǒng)浙江大學(xué)VIP

課堂測(cè)試控制器TC25的正反作用？并說明過程。選擇哪種控制作用？圖示為針對(duì)反應(yīng)器采用繼電器型PID自整定方法得到的曲線，試確定PID控制器的參數(shù)。課堂提問描述閉環(huán)整定方法整定控制器參數(shù)描述開環(huán)整定方法整定控制器參數(shù)主要內(nèi)容數(shù)字PID控制器概念串級(jí)控制系統(tǒng)的概念串級(jí)控制的特性分析串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則串級(jí)控制器的參數(shù)整定數(shù)字PID位置式理論P(yáng)ID模擬算式數(shù)字PID位置式：數(shù)字PID增量式數(shù)字PID位置式：數(shù)字PID增量式：反應(yīng)釜溫度單回路控制系統(tǒng)MV：CV：DVs：正作用？反作用？冷卻劑流量Qc反應(yīng)溫度θ冷卻劑以及工藝介質(zhì)的溫度與流量控制規(guī)律？參數(shù)整定？θc反應(yīng)釜溫度單回路控制響應(yīng)曲線系統(tǒng)控制與擾動(dòng)的分析干擾變量的影響：冷劑入口溫度變化→夾套內(nèi)冷劑溫度變化

→槽壁溫度變化→反應(yīng)槽溫度變化控制變量的影響：冷劑控制閥開度變化→冷劑流量變化→夾套內(nèi)冷劑溫度變化→槽壁溫度變化→反應(yīng)槽溫度變化夾套冷劑溫度比反應(yīng)槽溫度能更快地感受到冷劑溫度變化的影響?？稍O(shè)計(jì)夾套內(nèi)溫度單回路控制系統(tǒng)，以克服冷劑溫度擾動(dòng)。解決方法1對(duì)其它干擾，如工藝介質(zhì)流量干擾無能為力！解決方法2設(shè)計(jì)夾套內(nèi)溫度單回路控制系統(tǒng)，以盡快地克服冷劑方面的擾動(dòng)。但TC22的設(shè)定值應(yīng)根據(jù)反應(yīng)槽溫度的控制要求作相應(yīng)的變化（這一要求可用溫度控制器TC21來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)）。“串級(jí)控制”反應(yīng)器溫度的串級(jí)控制響應(yīng)反應(yīng)器溫度的串級(jí)控制方案特點(diǎn)：兩個(gè)控制器串在一起工作。由兩個(gè)傳感變送器、兩個(gè)控制器和一個(gè)控制閥組成。有兩個(gè)控制回路，其中一個(gè)用于控制

θ，而一個(gè)用于控制

θC控制器TC22通過控制冷卻劑量以克服冷劑方面的擾動(dòng)；控制器TC21通過控制夾套內(nèi)溫度的設(shè)定值以保證反應(yīng)溫度維持在工藝希望的給定值。試畫出上述串級(jí)控制系統(tǒng)的方塊圖?反應(yīng)器溫度串級(jí)控制方框圖討論:1）主副控制器所對(duì)應(yīng)的“廣義對(duì)象”；2）主副控制器的“正反作用”選擇。（+）（—）（—）（—）（+）（+）（+）（+）（—）串級(jí)控制系統(tǒng)常用術(shù)語以傳遞函數(shù)形式表示的

串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖注：D1

反映了各種外回路干擾對(duì)主參數(shù)的綜合影響，D2

反映了各種內(nèi)回路干擾對(duì)副參數(shù)的綜合影響。串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1副回路通常具有快速調(diào)節(jié)作用，它能有效地克服二次擾動(dòng)的影響為什么?串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1副回路具有快速調(diào)節(jié)作用，它能有效地克服二次擾動(dòng)的影響；由于假設(shè)副回路的動(dòng)態(tài)滯后較小，對(duì)于低頻干擾，有反應(yīng)器溫度的串級(jí)控制響應(yīng)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)2能自動(dòng)地克服副對(duì)象增益或控制閥特性的非線性對(duì)控制性能的影響為什么?串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)2能自動(dòng)地克服副對(duì)象增益或控制閥特性的非線性對(duì)控制性能的影響。對(duì)于內(nèi)環(huán)等效對(duì)象的穩(wěn)態(tài)增益：串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則單回路控制不能滿足性能要求；有反映系統(tǒng)主要干擾的可測(cè)副參數(shù)；控制閥與副參數(shù)之間具有因果關(guān)系；副參數(shù)的選擇應(yīng)使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏；盡可能將帶有非線性或時(shí)變特性的環(huán)節(jié)包含于副回路中。串級(jí)控制中副參數(shù)的選擇原則副參數(shù)需同時(shí)滿足： （1）能較快地感覺部分干擾，（2）直接受控制器輸出的控制，（3）對(duì)主參數(shù)有明確且較大的影響副回路應(yīng)盡可能多地包含主要干擾，而且“越多越好”如果可能，副回路應(yīng)包含一些非線性對(duì)象。常見的串級(jí)回路：溫度-流量、溫度-壓力、濃度-流量、濃度-溫度、液位-流量、溫度-溫度等。串級(jí)控制副參數(shù)選擇練習(xí)假設(shè)反應(yīng)器的主要干擾為加熱蒸汽的溫度變化串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇分析分析問題：副回路的快速性與副回路所能包括的擾動(dòng)范圍之間的矛盾。串級(jí)控制副參數(shù)選擇舉例討論副回路的響應(yīng)速度與包含的內(nèi)回路干擾?方案#1方案#2串級(jí)系統(tǒng)控制器選型副控制器常選擇PI控制律

原因：需要對(duì)內(nèi)回路干擾具有快速調(diào)節(jié)能力

（強(qiáng)比例作用+弱積分作用，為什么？）主控制器通常選用PID控制律（液位串級(jí)控制除外）

通常主對(duì)象的響應(yīng)速度緩慢，并帶有較顯著的純滯后，主控制器經(jīng)常引入微分作用。

常見的串級(jí)回路：溫度-流量、溫度-壓力、濃度-流量、濃度-溫度、液位-流量、溫度-溫度等。串級(jí)PID參數(shù)的整定方法#1設(shè)置主控制器至“手動(dòng)”方式，參照單回路整定方式整定副控制器PID參數(shù)。具體步驟討論？串級(jí)PID參數(shù)的整定方法#2將副控制器切換至“自動(dòng)”，并以階躍方式手動(dòng)改變主控制器的輸出（即副控制器的設(shè)定值），記錄主回路“廣義對(duì)象”的輸出輸出數(shù)據(jù)；并獲取主對(duì)象對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。串級(jí)PID參數(shù)的整定方法#3參照單回路動(dòng)態(tài)響應(yīng)方法整定主控制器PID參數(shù)，并將主控制器切換至“自動(dòng)”。結(jié)合主控制器給定值階躍響應(yīng)，適當(dāng)調(diào)整主控制器增益，直至滿意。仿真舉例串級(jí)控制方案單回路控制方案被控過程仿真模型的建立線性與非線性動(dòng)態(tài)模型的描述方法爐出口溫度單回路控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型參數(shù)確定初始條件 Kgas=0.4，u0=60%，Pgas0=0.25MPa，F(xiàn)gas0

=12T/hr，T0=300℃，Ti0=120℃

測(cè)量?jī)x表量程（即測(cè)量范圍）

燃料氣流量：0~40T/hr， 工藝介質(zhì)爐出口溫度：200~400℃

動(dòng)態(tài)參數(shù)

Tf1=2min，K1=5，T1=10min，τ1=5min，K2=1，T2=1min，Tm1=2min，Tm2=0.2min

爐出口溫度單回路控制仿真爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)爐出口溫度

串級(jí)控制系統(tǒng)仿真模型1建立相應(yīng)的SimuLink模型，并討論參數(shù)整定問題爐出口溫度串級(jí)與單回路控制

仿真結(jié)果比較串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)將主、副控制器的切換開關(guān)都置于手動(dòng)；用副手操器操縱調(diào)節(jié)閥使生產(chǎn)處于要求的工況；修改主手操器使副偏差為0，將副控制器切換到自動(dòng)；修改主控制器的設(shè)定值使主控制器的偏差為0，然后將主控制器切換到自動(dòng)。多層串級(jí)控制系統(tǒng)舉例換熱器出口溫度串級(jí)控制方案方案#1方案