復雜控制系統(tǒng)李麗娟自動化與電氣工程學院串級控制系統(tǒng)Cascadecontrol均勻控制系統(tǒng)Uniformcontrol比值控制系統(tǒng)Ratiocontrol串級控制系統(tǒng)TCTT被加熱原料燃料出口溫度TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT反作用PID氣開組成原理TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsTTmTmCTsC調節(jié)閥爐膛

TsT加熱爐出口TmT__出口溫度TsQPTm給定值RsRmZmZsf1f2串級控制系統(tǒng)基本概念主給定值主調節(jié)器副調節(jié)器調節(jié)閥副對象

副檢測變送主對象主檢測變送__主被控變量副被控變量調節(jié)變量副給定值副測量值f1f2主測量值主回路副回路串級控制系統(tǒng)定義:由兩個測量變送器、兩個控制器其中一個控制器的輸出是另一個控制器的給定、一個控制閥組成的雙閉環(huán)定值系統(tǒng).

串級控制系統(tǒng)的組成

主被控變量（Yl)：是工藝控制指標或與工藝控制指標有直接關系，在串級控制系統(tǒng)中起主導作用的被控變量。

副被控變量（Y2）：大多為影響主被控變量的重要參數。主控制器：在系統(tǒng)中起主導作用，按主被控變量和其設定值之差進行控制運算，并將其輸出作為副控制器給定值。

副控制器：在系統(tǒng)中起輔助作用，按所測得的副被控變量和主控輸出之差來進行控制運算，其輸出直接作用于控制閥的控制器，簡稱為“副控”。術語主變送器：測量并轉換主被控變量的變送器。副變送器：測量并轉換副被控變量的變送器。主對象：大多為工業(yè)過程中所要控制的、由主被控變量表征其主要特性的生產設備或過程。副對象：大多為工業(yè)過程中影響主被控變量的、由副被控變量表征其特性的輔助生產設備或輔助過程。副回路:由副變送器、副控制器、控制閥和副對象所構成的閉環(huán)回路,又稱為“副環(huán)”或“內環(huán)”。主回路：由主變送器、主控制器、副回路等效環(huán)節(jié)、主對象所構成的閉環(huán)回路，又稱為“主環(huán)”或“外環(huán)”。 調節(jié)過程1．干擾作用于副對象

由于副環(huán)的出現(xiàn)，使調節(jié)作用變得更快、更強。使干擾在進入主環(huán)時大大減小。調節(jié)過程TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT如燃料的性質發(fā)生改變2．干擾作用于主對象

串級控制也能有效地去克服干擾TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT調節(jié)過程如被加熱原料的性質改變3．干擾同時作用于主、副對象

（1）受干擾作用，主、副變量變化方向相同

由于有副回路的存在，系統(tǒng)能更早、更快、更強地克服干擾。

調節(jié)過程TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT如燃料壓力升高，同時被加熱原料流量下降3．干擾同時作用于主、副對象（2）受干擾作用，主、副變量變化方向相反

主、副變量變化方向相反的情況下，串級系統(tǒng)比較穩(wěn)定。調節(jié)過程TmCTmT被加熱原料燃料出口溫度TsCTsT如燃料壓力升高，同時被加熱原料流量上升在串級控制系統(tǒng)中，由于從對象提取出副變量并增加一個副環(huán)，整個系統(tǒng)克服干擾的能力更強，克服干擾的作用更及時，控制性能明顯提高。調節(jié)過程主給定值主調節(jié)器副調節(jié)器調節(jié)閥副對象

副檢測變送主對象主檢測變送__主被控變量副被控變量調節(jié)變量副給定值副測量值f1f2副調節(jié)系統(tǒng)或副環(huán)主測量值1．分級控制思想將一個調節(jié)通道較長的對象分為兩級2．串級系統(tǒng)結構組成3．系統(tǒng)工作方式副環(huán)：隨動；主環(huán)：定值4．控制性能引入副環(huán)，系統(tǒng)對于干擾反應更及時，克服干擾的速度更快，能有效地克服系統(tǒng)滯后，改善控制精度和提高控制質量。

串級系統(tǒng)特點1．主、副被控變量的選擇串級系統(tǒng)設計主、副被控變量的選擇（1）使主要干擾作用在副對象。（2）使副對象包含適當多的干擾。（3）主、副對象的時間常數不能太接近，通常使副對象的時間常數Ts明顯小于主對象的時間常數TＭ。

主、副被控變量的選擇

調節(jié)器調節(jié)規(guī)律的選擇調節(jié)器作用方向的選擇例：調節(jié)閥選氣開閥調節(jié)器作用方向的選擇主被控變量：副被控變量：主被控對象：副被控對象：調節(jié)器作用方向的選擇LC+FC-調節(jié)閥-+FT++LT+__出口溫度TsQPTm給定值RsRmZmZsf1f2正作用＋反作用4.2均勻控制LCFC在理想狀態(tài)不能實現(xiàn)的情況下，只有沖突的雙方各自降低要求，以求共存。均勻控制思想就是在這樣的應用背景下提出來的。為了解決前后工序供求矛盾，達到前后兼顧協(xié)調操作，使前后供求矛盾的兩個變量在一定范圍內變化，為此組成的系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。

4.2均勻控制

均勻控制

均勻控制⑤控制目標不同：簡單控制系統(tǒng)控制目標更嚴格；⑥系統(tǒng)結構相同：

均勻控制

均勻控制杜絕微分作用

均勻控制

均勻控制

均勻控制

4.3比值控制Ratecontrolsystem

實現(xiàn)兩個或兩個以上物料符合一定比例關系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng).K=F2/F1式中K為從動流量與主動流量的工藝流量比值。F1---主動流量(其物料處于主導地位即主物料

)F2---從動流量(其物料在控制過程中隨主物料而變化

)

燃料與空氣成比例,什么是主動物料?什么是從動物料?氫氧化鈉濃溶液與水成比例,什么是主動物料?什么是從動物料?一.比值控制系統(tǒng)的類型

1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)這種方案的優(yōu)點是結構簡單，只需一臺純比例控制器，其比例度可以根據比值要求來設定。

缺點是如主物料Fl穩(wěn)定不變，從物料的流量F2將受控制閥前后壓差變化影響而改變。F1F2FTFCF1F2FTFCFTFC2.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

當主動流量F1變化時，經變送器送至比值控制器FC。FC按預先設置好的比值使輸出成比例地變化，也就是成比例地改變從動流量控制器FC的給定值.

此時從動流量控制系統(tǒng)為一個隨動控制系統(tǒng)，從而F2跟隨F1變化，使流量比值K保持不變。

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖F1F2FTFCFTFC3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點是提降負荷比較方便，只要緩慢地改變主動流量控制