提高控制品质的控制系统学习教案.pptx

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1、会计学1提高提高(t go)控制品质的控制系统控制品质的控制系统第一页，共138页。第第8章章 提高提高(t go)控制控制质量的控制系统质量的控制系统q8.1 串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)q8.2 前馈控制系统前馈控制系统(kn zh x tn)q8.3 大时延控制系统大时延控制系统(kn zh x tn)动态动态(dngti)特性比特性比较复杂较复杂第第9章章 满足满足特定要求特定要求的的过程控制系统过程控制系统q9.1 比值比值控制系统控制系统q9.2 均匀均匀控制系统控制系统q9.3 分程分程控制系统控制系统q9.4 选择选择控制系统控制系统控制任务控制任务比较特殊

2、比较特殊第2页/共138页第二页，共138页。qq8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn(kn zh x t zh x t n n)qq8.2 8.2 前馈控制系统前馈控制系统前馈控制系统前馈控制系统(kn(kn zh x t zh x t n n)qq8.3 8.3 大时延控制系统大时延控制系统大时延控制系统大时延控制系统(kn(kn zh x t zh x t n n)第第第第8 8章章章章 提高控制品质提高控制品质提高控制品质提高控制品质(p(p nzh)nzh)的控制的控制的控制的控制系统系统系统系统第3页/共138页第三页，共138页。第第8章章 提高

3、控制品质提高控制品质(pnzh)的的控制系统控制系统qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)生产过程中有很多容量滞后比较大（生产过程中有很多容量滞后比较大（T0T0）的对象，由于控）的对象，由于控制制(kngzh)(kngzh)变量的变化要经过一个较长的时间才能对被控变变量的变化要经过一个较长的时间才能对被控变量起作用，这样明显造成控制量起作用，这样明显造成控制(kngzh)(kngzh)作用不及时，使系统作用不及时，使系统控制控制(kngzh)(kngzh)变差。当对象的容量滞后较大，负荷或干扰变变差。当对象的容量

4、滞后较大，负荷或干扰变化比较剧烈、比较频繁，或是工艺对产品质量提出的要求很高，化比较剧烈、比较频繁，或是工艺对产品质量提出的要求很高，此时，采用简单控制此时，采用简单控制(kngzh)(kngzh)系统无法满足要求，可以采用系统无法满足要求，可以采用串级控制串级控制(kngzh)(kngzh)系统。系统。第4页/共138页第四页，共138页。n n8.1.1 8.1.1 基本概念基本概念基本概念基本概念n n 1.1.串级控制系统结构串级控制系统结构串级控制系统结构串级控制系统结构n n 炼油厂常用的设备中有一种叫管式加热炉炼油厂常用的设备中有一种叫管式加热炉炼油厂常用的设备中有一种叫管式加热

5、炉炼油厂常用的设备中有一种叫管式加热炉,工艺要求被工艺要求被工艺要求被工艺要求被加热原料在炉的出口温度保持加热原料在炉的出口温度保持加热原料在炉的出口温度保持加热原料在炉的出口温度保持(b(b och)och)恒定。恒定。恒定。恒定。第第8章章 提高控制提高控制(kngzh)品质的品质的控制控制(kngzh)系统系统q 8.1 串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)影响物料影响物料出口温度出口温度的干扰的干扰：（1）原料油流量与初温）原料油流量与初温f1(t)（2）燃油压力、流量、热值）燃油压力、流量、热值f2(t)（3）烟囱抽力变化）烟囱抽力变化f3(t)（4）环境温度等）环境温度

6、等f4(t)空气空气第5页/共138页第五页，共138页。单回路设计方案单回路设计方案单回路设计方案单回路设计方案1 1：出口温度为被控参数出口温度为被控参数出口温度为被控参数出口温度为被控参数(cnsh)(cnsh)，燃料量为控，燃料量为控，燃料量为控，燃料量为控制参数制参数制参数制参数(cnsh)(cnsh)。T1CT1T第第8章章 提高提高(t go)控制质量的控制质量的控制系统控制系统q 8.1 串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)8.1.1 基本概念基本概念 1.串级控制系统结构串级控制系统结构9分钟分钟45分钟分钟结论结论：1.结构上结构上合理合理；2.实际控制质量实际

7、控制质量 很差很差。炉第6页/共138页第六页，共138页。第第8章章 提高提高(t go)控制质量的控控制质量的控制系统制系统qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)8.1.1 基本概念基本概念 1.串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)结构结构单回路单回路单回路单回路设计方案设计方案设计方案设计方案2 2：炉膛温度炉膛温度炉膛温度炉膛温度为被控参数，为被控参数，为被控参数，为被控参数，燃料量燃料量燃料量燃料量为控制参数。为控制参数。为控制参数。为控制参数。T1CT1T结论结论：1.能及时克服能及时克服

8、f2(t)、f3(t)；2.不能克服不能克服f1(t)、f4(t)。炉第7页/共138页第七页，共138页。第第8章章 提高控制质量提高控制质量(zhling)的控的控制系统制系统q 8.1 串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)8.1.1 基本概念基本概念 1.串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)结构结构复杂复杂设计方案设计方案3：出口温度出口温度Y1(s)为主被控参数，为主被控参数，炉膛温度炉膛温度Y2(s)为副被控参数，为副被控参数，燃料量燃料量为控制参数。为控制参数。串级串级控控制系统制系统第8页/共138页第八页，共138页。第第8章章 提高控制质量提高控制质量

9、(zhling)的的控制系统控制系统q 8.1 串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)8.1.1 基本概念基本概念 1.串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)结构结构主被控参数主被控参数Y1(s)：主要：主要控制目标控制目标，工艺要求，工艺要求副被控参数副被控参数Y2(s)：被控对象引出的：被控对象引出的中间变量中间变量副对象：副被控参数与控制参数之间的副对象：副被控参数与控制参数之间的通道特性通道特性主对象：主被控参数与副被控参数之间的主对象：主被控参数与副被控参数之间的通道特性通道特性副控制器：接受副控制器：接受副变量副变量的偏差，其输出控制的偏差，其输出控制阀门阀门主

10、控制器：接受主控制器：接受主变量主变量的偏差，其输出是副控制器的的偏差，其输出是副控制器的给定值给定值所以，主回路所以，主回路是一个是一个定值控制定值控制系统系统，副回路则，副回路则是一个是一个随动控随动控制系统制系统。第9页/共138页第九页，共138页。第第8章章 提高控制提高控制(kngzh)质量的质量的控制控制(kngzh)系统系统qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)8.1.1 基本概念基本概念 1.串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)结构结构副回路（副环）：由副变量检测变送器、副控制器、调节

11、阀、副对象组成副回路（副环）：由副变量检测变送器、副控制器、调节阀、副对象组成 的回路。处在串级控制系统的回路。处在串级控制系统内部内部的，在控制过程中起着的，在控制过程中起着 “粗调粗调”的作用。的作用。主回路（主环）：由主回路（主环）：由副回路副回路、主控制器、主对象、主变量检测变送器组成、主控制器、主对象、主变量检测变送器组成 的回路，在控制系统中起着的回路，在控制系统中起着“细调细调”的作用。的作用。一次干扰：进入一次干扰：进入主回路主回路的干扰的干扰 二次干扰：进入二次干扰：进入副回路副回路的干扰的干扰第10页/共138页第十页，共138页。控制阀控制阀出口温度出口温度燃料油燃料油原

12、料油原料油温度测量值温度测量值温度变送器温度变送器温度设定值温度设定值流量测量值流量测量值流量变送器流量变送器控制量控制量第第8章章 提高提高(t go)控制质量的控控制质量的控制系统制系统qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)8.1.1 基本概念基本概念 1.串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)结构结构另一种方案另一种方案第12页/共138页第十二页，共138页。第第8章章 提高控制质量提高控制质量(zhling)的控制系统的控制系统qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系

13、统(kn zh x tn)(kn zh x tn)8.1.1 基本概念基本概念 2.串级控制系统的工作串级控制系统的工作(gngzu)过程过程+-+-1）只有二次扰动）只有二次扰动2）只有一次扰动）只有一次扰动3）一、二次扰动均有）一、二次扰动均有使主副参数使主副参数同向同向变化变化使主副参数使主副参数异向异向变化变化第13页/共138页第十三页，共138页。第第8章章 提高控制提高控制(kngzh)质量的质量的控制控制(kngzh)系统系统qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)8.1.2 串级控制系统的特点串级控

14、制系统的特点 1.改善过程动态改善过程动态(dngti)特性特性第16页/共138页第十六页，共138页。静态静态(jngti)放大放大系数系数时间常数时间常数(sh jin chn sh)1.改善过程改善过程(guchng)动态特性动态特性qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点式中：式中：设上式中：设上式中：代入，得：代入，得：第17页/共138页第十七页，共138页。其等效系统与单回路其等效系统与单回路(hul)系统相比：系统相比：取代取代(qdi)1.改善过程改善过程(guchng)动态特性动态特性qq 8.

15、1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点从理论上可以证明，由于副回路从理论上可以证明，由于副回路的存在，可以使等效对象的时间的存在，可以使等效对象的时间常数常数大大减小（中间大小的时间，大大减小（中间大小的时间，相当于在系统中增加了一个起相当于在系统中增加了一个起超前作用的超前作用的微分环节微分环节）因而使得系）因而使得系统的统的动态响应加快动态响应加快，控制更加，控制更加及时及时，最大动态偏差得到最大动态偏差得到减小减小；与此同时，；与此同时，等效对象时间常数的缩短，还使系统的等效对象时间常数的缩短，还使系统的工作频率工作频

16、率得到提高，这就缩短了得到提高，这就缩短了振振荡周期荡周期，减少了过渡过程的时间。，减少了过渡过程的时间。即便是干扰作用于主对象，串即便是干扰作用于主对象，串级控制系统的控制质量也将比级控制系统的控制质量也将比单回路控制系统有所改善。单回路控制系统有所改善。第18页/共138页第十八页，共138页。副回路的引入，使整个系统副回路的引入，使整个系统(xtng)的工作频率有提高的工作频率有提高代入（代入（8.5）图图8.7可得串级系统可得串级系统(xtng)的特征方程为：的特征方程为：（8.5）（8.7）令令：特征特征(tzhng)方程式（方程式（8.7）可写成标准形式：）可写成标准形式：（8.8

17、）qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点2.系统系统工作频率工作频率提高提高第19页/共138页第十九页，共138页。（8.9）特征特征(tzhng)根为：根为：系统出现振荡系统出现振荡(zhndng)，振荡，振荡(zhndng)频率为：频率为：（8.10）20qq 8.1 8.1 串级控制系串级控制系串级控制系串级控制系统统统统(kn zh x(kn zh x tn)tn)8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点2.系统系统工作频率工作频率提高提高第20页/共138页第二十页，共138页。单回路单回路(h

18、ul)特征方程：特征方程：（8.11）特征方程标准特征方程标准(biozhn)形式：形式：同理可得单回路系统振荡同理可得单回路系统振荡(zhndng)频率为：频率为：（8.15）21qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点2.系统系统工作频率工作频率提高提高第21页/共138页第二十一页，共138页。若使串级控制系统与单回路控制系统具有相同若使串级控制系统与单回路控制系统具有相同(xin tn)的衰减率，即：的衰减率，即：（8.16）工作频率提高，控制工作频率提高，控制(kngzh)品质品质改善。改善。串级系统串级系

19、统(xtng)：单回路系统：单回路系统：22qq 8.1 8.1 串级控制系串级控制系串级控制系串级控制系统统统统8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点2.系统系统工作频率工作频率提高提高第22页/共138页第二十二页，共138页。（8.17）进入进入(jnr)副回路的干扰副回路的干扰F3(s)与副回路输出与副回路输出2(s)之间的传递函数记之间的传递函数记为为G*o2(s):系统系统(xtng)输入输入X1(s)与被控参数与被控参数1(s)之间的传递函数记为之间的传递函数记为:干扰干扰F3(s)与被控与被控(bi kn)参数参数1(s)之间的传递函数记为之间的传递函数记为:（8.1

20、9）（8.18）23qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点3.对对二次扰动二次扰动有有很强很强的克服能力的克服能力第23页/共138页第二十三页，共138页。系统输入系统输入X1(s)与被控与被控(bi kn)参数参数1(s)之间的传递函数记为之间的传递函数记为:干扰干扰(gnro)F3(s)与被控参数与被控参数1(s)之间的传递函数记为之间的传递函数记为:（8.19）（8.18）串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)对对F3(s)抗干扰能力抗干扰能力Jc3表示为表示为:（8.21）24qq 8.1 8.

21、1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点3.对对二次扰动二次扰动有有很强很强的克服能力的克服能力第24页/共138页第二十四页，共138页。系统输入系统输入(shr)X1(s)与被控参数与被控参数1(s)之间的传递函数记为之间的传递函数记为:干扰干扰F3(s)与被控与被控(bi kn)参数参数1(s)之间的传递函数记为之间的传递函数记为:（8.25）单回路控制系统单回路控制系统(kn zh x tn)对对F3(s)抗干扰能力抗干扰能力Jk3表示为表示为:图图8.12中单回路系统中单回路系统：25qq 8.1 8.1 串级控制系串级控制

22、系串级控制系串级控制系统统统统8.1.2 串级控制系统的特点串级控制系统的特点3.对对二次扰动二次扰动有有很强很强的克服能力的克服能力第25页/共138页第二十五页，共138页。（8.25）由式（由式（8.21）、（）、（8.25）可得串级系统）可得串级系统(xtng)与单回路系统与单回路系统(xtng)对进入副对进入副回路干扰回路干扰F3(s)的抗干扰能力之比的抗干扰能力之比:（8.21）一般一般(ybn)情况下，总有：情况下，总有：Kc1Kc2K*c126qq 8.1 8.1 串级控制系串级控制系串级控制系串级控制系统统统统(kn zh x(kn zh x tn)tn)8.1.2 串级控制

23、系统的特点串级控制系统的特点3.对对二次扰动二次扰动有有很强很强的克服能力的克服能力第26页/共138页第二十六页，共138页。qq 8.1 8.1 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)8.1.2 串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)的特点的特点4.对负荷变化有一定的自适应能力对负荷变化有一定的自适应能力（1）单回路控制系统中控制器参数是在一定的负荷和）单回路控制系统中控制器参数是在一定的负荷和操作条件下，按某种质量指标整定得到的，固定不变。操作条件下，按某种质量指标整定得到的，固定不变。而过程控制中的对象特性会随着生产负

24、荷和操作条件而过程控制中的对象特性会随着生产负荷和操作条件的改变而发生变化。控制器参数只能在一个较小的工的改变而发生变化。控制器参数只能在一个较小的工作范围内与对象特性相匹配，如果负荷和操作条件变作范围内与对象特性相匹配，如果负荷和操作条件变化过大，超出了这个适应范围，控制质量就很难保证。化过大，超出了这个适应范围，控制质量就很难保证。串级控制系统就不同串级控制系统就不同(b tn)。虽然主回路是一个定。虽然主回路是一个定值控制系统，副回路却是一个随动系统，它的给定值值控制系统，副回路却是一个随动系统，它的给定值是随着主调节器的输出而变化的。主调节器可以按照是随着主调节器的输出而变化的。主调节

25、器可以按照生产负荷和操作条件的变化情况相应地调整副调节器生产负荷和操作条件的变化情况相应地调整副调节器的给定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在的给定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在新的负荷和操作条件下，控制系统仍然具有较好的控新的负荷和操作条件下，控制系统仍然具有较好的控制质量。制质量。（2）第27页/共138页第二十七页，共138页。8.1.3 8.1.3 串级控制系统的工业串级控制系统的工业串级控制系统的工业串级控制系统的工业(gngy)(gngy)应用应用应用应用1.应用于容量滞后较大的过程应用于容量滞后较大的过程2.应用于纯时延较大的过程应用于纯时延较大的过程 3.应用于

26、扰动变化激烈的过程应用于扰动变化激烈的过程 4.应用于参数互相应用于参数互相(h xing)关联的过程关联的过程 5.应用于非线性的过程应用于非线性的过程 4.有一定有一定(ydng)的自适应能力的自适应能力第35页/共138页第三十五页，共138页。增设增设(zn sh)一个流量控制系统一个流量控制系统n n两个系统两个系统两个系统两个系统(xt(xt ng)ng)相相相相互关联，无互关联，无互关联，无互关联，无法工作。法工作。法工作。法工作。进料进料蒸汽蒸汽(zhn q)采出采出F,zfB,xBLB再沸器再沸器精馏塔精馏塔TCTTFCFTV1V2第36页/共138页第三十六页，共138页。

27、构成构成构成构成(guchng)(guchng)串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统进料进料蒸汽蒸汽(zhn q)采出采出F,zfB,xBLB再沸器再沸器精馏塔精馏塔TCTTFCFT第42页/共138页第四十二页，共138页。8.1.4 8.1.4 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn(kn zh x zh x t t n n)方案设计方案设计方案设计方案设计1主参数主参数(cnsh)的选择和主回路的设计的选择和主回路的设计 串级控制系统由主回路和副回路组成。主回路是一个定值控制系统。对于主参数的选择和主回路的设计，基本上按照单回路控制系统的设计原则串级控制系统由

28、主回路和副回路组成。主回路是一个定值控制系统。对于主参数的选择和主回路的设计，基本上按照单回路控制系统的设计原则(yunz)进行。凡直接或间接与生产过程运行性能密切相关并可直接测量的工艺参数，均可选作主参数。若条件许可，可以选用质量指标作为主参数，因为它最直接也最有效。否则，应选一个与产品质量指标有单值函数关系的参数作为主参数。另外，对于选用的主参数必须具有足够的变化灵敏度，并须符合工艺过程的合理性。进行。凡直接或间接与生产过程运行性能密切相关并可直接测量的工艺参数，均可选作主参数。若条件许可，可以选用质量指标作为主参数，因为它最直接也最有效。否则，应选一个与产品质量指标有单值函数关系的参数作

29、为主参数。另外，对于选用的主参数必须具有足够的变化灵敏度，并须符合工艺过程的合理性。第43页/共138页第四十三页，共138页。2副参数副参数(cnsh)的选择和副回路的设计的选择和副回路的设计（1）副参数）副参数(cnsh)的选择原则的选择原则 8.1.4 8.1.4 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn(kn zh x zh x t t n n)的设计的设计的设计的设计1）副参数的变化应反映主参数的变换趋势、并在很大程度上）副参数的变化应反映主参数的变换趋势、并在很大程度上影响影响主参数；主参数；2）选择的副参数必须是物理上）选择的副参数必须是物理上可测可测的；的；3）由

30、副参数所构成的副回路，）由副参数所构成的副回路，调节通道尽可能短，调节过程时间常数不能太大，时间滞后小，调节通道尽可能短，调节过程时间常数不能太大，时间滞后小，以便使等效过程时间常数显著减小，提高整个系统的以便使等效过程时间常数显著减小，提高整个系统的工作频率工作频率，加快控制过程反映速度，改善系统控制品质。，加快控制过程反映速度，改善系统控制品质。第44页/共138页第四十四页，共138页。（2）副参数）副参数(cnsh)的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰，并尽可能多包含一些干扰。尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰，并尽可能多包含

31、一些干扰。尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。8.1.4 8.1.4 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn(kn zh zh x tx t n n)的设计的设计的设计的设计2副参数的选择副参数的选择(xunz)和副回路的设计和副回路的设计 常用的串级控制系统：温度常用的串级控制系统：温度+流量、温度流量、温度+压力、液位压力、液位+流量、温度流量、温度+温度等。温度等。第45页/共138页第四十五页，共138页。（3）主、副回路）主、副回路(hul)时间常数的适当匹配时间常数的适当匹配 在选择副变量时，应注意使主、副回路中控制过程的时间常数在选择副变量时，应注意

32、使主、副回路中控制过程的时间常数(sh jin chn sh)之比为之比为310，以减少主、副回路的动态联系，避免，以减少主、副回路的动态联系，避免“共振共振”。在副回路设计时，如果有几种可供选择的控制方案，则应同时在副回路设计时，如果有几种可供选择的控制方案，则应同时(tngsh)把经济性原则和控制品质要求结合起来，进行分析比较，在满足系统设计要求的前提下，力求节约。把经济性原则和控制品质要求结合起来，进行分析比较，在满足系统设计要求的前提下，力求节约。（5）副回路设计时应同时考虑）副回路设计时应同时考虑经济性经济性原则原则（4）副回路设计应考虑生产工艺的）副回路设计应考虑生产工艺的合理性合

33、理性 应考虑和满足生产工艺要求，所设置的系统是否会影响到工艺过程的正常运行。应考虑和满足生产工艺要求，所设置的系统是否会影响到工艺过程的正常运行。（4）副回路设计应考虑生产工艺的）副回路设计应考虑生产工艺的合理性合理性 应考虑和满足生产工艺要求，所设置的系统是否会影响到工艺过程的正常运行。应考虑和满足生产工艺要求，所设置的系统是否会影响到工艺过程的正常运行。在副回路设计时，如果有几种可供选择的控制方案，则应同时把经济性原则和控制品质要求结合起来，进行分析比较，在满足系统设计要求的前提下，力求节约。在副回路设计时，如果有几种可供选择的控制方案，则应同时把经济性原则和控制品质要求结合起来，进行分析

34、比较，在满足系统设计要求的前提下，力求节约。8.1.4 串级控制系统的设计串级控制系统的设计2副参数副参数的选择和的选择和副回路副回路的设计的设计 第46页/共138页第四十六页，共138页。3串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)控制参数选择控制参数选择（1）选择可控性良好的参数作为控制参数。）选择可控性良好的参数作为控制参数。（2）所选择的控制参数必须）所选择的控制参数必须(bx)使控制通道有足够大的放大系数，使控制通道有足够大的放大系数，并应保证大于主要扰动通道的放大系数，以实现对主要并应保证大于主要扰动通道的放大系数，以实现对主要 扰动进行有效控制并提高控制质量。扰动进行有效

35、控制并提高控制质量。（3）所选控制参数必须）所选控制参数必须(bx)使控制通道有较高的灵敏度，即时间使控制通道有较高的灵敏度，即时间 常数适当小一些。常数适当小一些。（4）选择控制参数应同时考虑经济性与工艺上的合理性）选择控制参数应同时考虑经济性与工艺上的合理性。8.1.4 8.1.4 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn(kn zh x t zh x t n n)的设的设的设的设计计计计第47页/共138页第四十七页，共138页。4主、副控制主、副控制(kngzh)器控制器控制(kngzh)规律的选择规律的选择 主控制主控制(kngzh)器起定值控制器起定值控制(kngzh

36、)作用、副控制作用、副控制(kngzh)器起随动控制器起随动控制(kngzh)作用。作用。8.1.4 8.1.4 串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn(kn zh x t zh x t n n)的的的的设计设计设计设计主调节器主调节器通常选用通常选用PI调节，以实现主变量的无差控制。调节，以实现主变量的无差控制。当控制当控制通道容量滞后比较大通道容量滞后比较大时，主调节器应选用时，主调节器应选用PID调节。调节。副调节器副调节器一般选用一般选用P调节。调节。为了能够为了能够快速跟踪快速跟踪，一般不引入积分调节。，一般不引入积分调节。第48页/共138页第四十八页，共138页。

37、主、副调节器正、反作用方式的选择主、副调节器正、反作用方式的选择(xunz)原则：原则：依然是使整个系统构成负反馈。依然是使整个系统构成负反馈。主、副调节器的正、反作用方式主、副调节器的正、反作用方式(fngsh)选择的顺序是：选择的顺序是：首先根据工艺的要求确定调节阀的气开、气关形式；首先根据工艺的要求确定调节阀的气开、气关形式；然后按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、然后按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、反作用；反作用；最后最后(zuhu)再依据主、副参数的关系和主回路构成负反馈的原再依据主、副参数的关系和主回路构成负反馈的原则，确定主调节器的正、反作用。则，确定主调节器

38、的正、反作用。5主、副调节器正、反作用方式的确定主、副调节器正、反作用方式的确定 8.1.4 8.1.4 串级控制系统的设计串级控制系统的设计串级控制系统的设计串级控制系统的设计第51页/共138页第五十一页，共138页。8.1.5 串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)调节器参数的整定调节器参数的整定 常用常用(chn yn)的整定方法有：逐步逼近法、两步整定法、一步整定法的整定方法有：逐步逼近法、两步整定法、一步整定法1逐步逐步(zhb)逼近法逼近法 整定步骤：整定步骤：（1）主回路断开，把副回路作为一个单回路控制系统，并按单回）主回路断开，把副回路作为一个单回路控制系统，并按单

39、回路路控制系统的参数整定法，求取副调节器的整定参数值控制系统的参数整定法，求取副调节器的整定参数值W2(s)1。（2）副调节器参数值置于）副调节器参数值置于W2(s)1数值上，把主回路闭合，把副回数值上，把主回路闭合，把副回路作为一个等效环节，这样，主回路又成为一个单回路控制系统。再按路作为一个等效环节，这样，主回路又成为一个单回路控制系统。再按单回路整定方法，求取主调节器的整定参数值单回路整定方法，求取主调节器的整定参数值W1(s)1。（3）主调节器参数置于）主调节器参数置于W1(s)1上，主回路闭合，再按上述方法求上，主回路闭合，再按上述方法求取副调节器的整定参数值取副调节器的整定参数值W

40、2(s)2。至此，完成了一次逼近循环至此，完成了一次逼近循环。若控制。若控制质量已达到工艺要求，整定即告结束。主、副调节器的整定参数值分质量已达到工艺要求，整定即告结束。主、副调节器的整定参数值分别别为为W1(s)1和和W2(s)2。否则，将副调节器的参数置于。否则，将副调节器的参数置于W2(s)2上，再按上上，再按上述方法求取主调节器整定参数值述方法求取主调节器整定参数值W1(s)2。如此如此循环循环下去，逐步逼近，直到满足质量指标要求为止。下去，逐步逼近，直到满足质量指标要求为止。第52页/共138页第五十二页，共138页。2两步整定法两步整定法 两步整定法：第一步整定副调节器参数两步整定

41、法：第一步整定副调节器参数(cnsh)，第二步整定主调节器参数，第二步整定主调节器参数(cnsh)。整定步骤整定步骤(bzhu)：（1）在工况稳定、主回路闭合，主、副调节器都在纯比例作用的）在工况稳定、主回路闭合，主、副调节器都在纯比例作用的条件下，主调节器的比例度置于条件下，主调节器的比例度置于100%，用单回路控制系统的衰减（如，用单回路控制系统的衰减（如4：1）曲线法整定，求取副调节器的比例度）曲线法整定，求取副调节器的比例度2s和操作周期和操作周期T2s。（2）将副调节器的比例度置于所求得的数值）将副调节器的比例度置于所求得的数值2s上，把副回路作上，把副回路作为主回路中的一个环节，用

42、同样方法整定主回路，求取主调节器的比为主回路中的一个环节，用同样方法整定主回路，求取主调节器的比例度例度1s和操作周期和操作周期T1s。（3）根据求得的）根据求得的1s、T1s，2s、T2s数值，按单回路系统衰减数值，按单回路系统衰减曲线法整定公式计算主、副调节器的比例度曲线法整定公式计算主、副调节器的比例度、积分时间、积分时间(shjin)T1和微分时和微分时间间TD的数值。的数值。（4）按先副后主、先比例后积分最后微分的整定程序，设置主、）按先副后主、先比例后积分最后微分的整定程序，设置主、副调节器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到副调节器的参数，再观察过渡过程曲线，必要

43、时进行适当调整，直到系统质量达到最佳为止。系统质量达到最佳为止。8.1.5 串级控制系统调节器参数的整定串级控制系统调节器参数的整定 第53页/共138页第五十三页，共138页。3一步一步(y b)整定法整定法 一步一步(y b)整定法，就是根据经验先确定副调节器的参数，然后整定法，就是根据经验先确定副调节器的参数，然后按单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。按单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。理论根据：串级控制系统可以理论根据：串级控制系统可以(ky)等价为单回路反馈控制系统，其等等价为单回路反馈控制系统，其等 效调节器总的放大系数效调节器总的放大系数KC为主调节器放

44、大系数为主调节器放大系数 与与 回路等效放大系数的乘积，即回路等效放大系数的乘积，即在确定副调节器的比例度在确定副调节器的比例度 时，根据时，根据式中，式中，为纯比例作用下，产生为纯比例作用下，产生4：1衰减比过程的总放大系数。衰减比过程的总放大系数。这一关系式，这一关系式，通过副过程放大系数通过副过程放大系数 ，求取副调节器比例放大系数，求取副调节器比例放大系数 ，或按经，或按经验选取。验选取。8.1.5 串级控制系统调节器参数的整定串级控制系统调节器参数的整定 第54页/共138页第五十四页，共138页。第55页/共138页第五十五页，共138页。整定步骤整定步骤(bzhu)：（1）在生产

45、稳定，系统为纯比例作用的情况下，由副过程）在生产稳定，系统为纯比例作用的情况下，由副过程K02确定副调确定副调节器的比例度，并将其设置在副调节器上。节器的比例度，并将其设置在副调节器上。（2）按照单回路控制系统的整定方法，整定主调节器参数。）按照单回路控制系统的整定方法，整定主调节器参数。（3）观察控制过程，根据）观察控制过程，根据 与与 互相匹配的原理，适当调整调节器互相匹配的原理，适当调整调节器参数，使主参数品质指标最佳。参数，使主参数品质指标最佳。（4）在调节器参数的整定过程中，若出现）在调节器参数的整定过程中，若出现“共振共振”，只要加大主、副调，只要加大主、副调节器中任何一个调节器的

46、参数，便可以消除节器中任何一个调节器的参数，便可以消除(xioch)“共振共振”。若。若“共振共振”剧烈，可以先切换至遥控，待生产稳定后，将调节器参数置于比产生剧烈，可以先切换至遥控，待生产稳定后，将调节器参数置于比产生“共振共振”时略大的数值上，重新整定调节器参数。时略大的数值上，重新整定调节器参数。第56页/共138页第五十六页，共138页。应用应用(yngyng)举例举例 例例 某工厂在石油裂解气冷却系统中，通过液态丙烯的气化来某工厂在石油裂解气冷却系统中，通过液态丙烯的气化来吸收热量，以保持裂解气出口温度的稳定。组成以出口温度为主吸收热量，以保持裂解气出口温度的稳定。组成以出口温度为主

47、参数、气化压力为副参数的温度与压力串级控制系统。参数、气化压力为副参数的温度与压力串级控制系统。采用一步整定法：采用一步整定法：（1）在本系统中，副参数为压力，该参数反应快，滞后小，比）在本系统中，副参数为压力，该参数反应快，滞后小，比例度可选小一些，根据本例具体情况，选取副调节器比例例度可选小一些，根据本例具体情况，选取副调节器比例(bl)度为度为40%。（2）将副调节器的比例）将副调节器的比例(bl)度度2置于置于40%的刻度上，按的刻度上，按4：1衰减曲衰减曲线法整定主调节器参数，得到线法整定主调节器参数，得到1s30%，TI13min。（3）按）按4：1衰减曲线法的经验公式计算主调节器

48、参数，即衰减曲线法的经验公式计算主调节器参数，即 20.81s0.830%24%TI10.3 TI1s=0.33=0.9min Td10.1 TI1s=0.13=0.3min 副调节器的比例副调节器的比例(bl)度度240%。（4）按照）按照“先比例先比例(bl)后积分再微分后积分再微分”的程序，将主调节器的参数置于的程序，将主调节器的参数置于计算求得的数值上，使系统投入运行，实践证明，系统主参数稳定，计算求得的数值上，使系统投入运行，实践证明，系统主参数稳定，完全满足工程要求。完全满足工程要求。第57页/共138页第五十七页，共138页。例例 在硝酸生产过程中，有一个氧化炉与氨气流量的串级控

49、制在硝酸生产过程中，有一个氧化炉与氨气流量的串级控制系统，炉温为主参数，工艺要求较高，温度最大偏差不能超过系统，炉温为主参数，工艺要求较高，温度最大偏差不能超过50C，氨气流量为副参数，允许在一定范围内变化，要求不高。，氨气流量为副参数，允许在一定范围内变化，要求不高。采用两步整定法：采用两步整定法：（1）在系统设计时，主调节器选用）在系统设计时，主调节器选用PI控制规律，副调节器选用控制规律，副调节器选用P控制规律，在系统稳定运行条件下，主、副调节器均置于纯比例作用，控制规律，在系统稳定运行条件下，主、副调节器均置于纯比例作用，主调节器的比例度主调节器的比例度置于置于100%上，用上，用4：

50、1衰减曲线法整定副调节器参衰减曲线法整定副调节器参数，得数，得2s32%，T2s15s。（2）将副调节器的比例度置于）将副调节器的比例度置于32%上，用相同的整定方法，将主调上，用相同的整定方法，将主调节器的比例度由大到小逐渐节器的比例度由大到小逐渐(zhjin)调节，求得主调节器的调节，求得主调节器的1s50%，T17min。（3）根据上述求得的各参数，运用）根据上述求得的各参数，运用4：1衰减曲线法整定计算公式，衰减曲线法整定计算公式，计算主、副调节器的整定参数为：主调节器（温度调节器）：计算主、副调节器的整定参数为：主调节器（温度调节器）：比例度比例度11.21s60%积分时间积分时间T