当前位置：文档之家 › 13-复合控制系统详解

13-复合控制系统详解

  • 格式：ppt
  • 大小：2.38 MB
  • 文档页数：63

下载文档原格式

  / 63

合集下载

复合控制系统

复合控制系统
前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
干扰通道 Gd(s) +
G
ff
G d (s) (s) = − G v ( s )G p ( s )
Gv(s) 调节阀
Gp(s) 热交换器
T(s)
+
——前馈控制器传递函数
前馈控制是针对系统的某种特定干扰而进行的补偿， 是在被控制量“变化前”提前进行的“超前补偿”。
前馈与反馈的比较
T ( s) = Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s) 1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s ) ⋅ Q( s)
返回
复合控制系统
—前馈-反馈控制
热能工程学院 王桂荣
应用实例——热交换器的控制
被控量是热水出水温度， 控制量是蒸汽流量。 如果出水温度比期望的温 度值低，就要加大蒸汽流 量； 如果出水温度比期望的温 度值要高，就要减少蒸汽 流量。
进水 控制器
TE
蒸汽
出水
冷凝水 蒸汽-水型热交换器
反馈控制
干扰
tg
+
_
T (s) = Q( s )Gd ( s ) + Q( s )G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) − T ( s )Gc ( s )Gv ( s )G p ( s ) [1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s )]T ( s ) = [Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s )]Q( s )
Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s) 1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s )

自动控制原理试题库20套和答案详解

自动控制原理试题库20套和答案详解

自动控制原理试题库20套和答案详解一、填空（每空1分，共18分）1．自动控制系统的数学模型有、、共4种。

2．连续控制系统稳定的充分必要条件是。

离散控制系统稳定的充分必要条件是。

3．某统控制系统的微分方程为：dc(t)+0.5C(t)=2r(t)。

则该系统的闭环传递函数dtΦσ；调节时间ts(Δ。

4．某单位反馈系统G(s)= 100(s?5)，则该系统是阶2s(0.1s?2)(0.02s?4)5．已知自动控制系统L(ω)曲线为：则该系统开环传递函数G(s)= ；ωC6．相位滞后校正装置又称为调节器，其校正作用是。

7．采样器的作用是，某离散控制系统(1?e?10T)G(Z)?（单位反馈T=0.1）当输入r(t)=t时.该系统稳态误差(Z?1)2(Z?e?10T)为。

二. 1.R(s) 求：C(S)（10分）R(S)2.求图示系统输出C（Z）的表达式。

（4分）四．反馈校正系统如图所示（12分）求：（1）Kf=0时，系统的ξ，ωn和在单位斜坡输入下的稳态误差ess.（2）若使系统ξ=0.707，kf应取何值？单位斜坡输入下ess.=？五.已知某系统L（ω）曲线，（12分）（1）写出系统开环传递函数G（s）（2）求其相位裕度γ（3）欲使该系统成为三阶最佳系统.求其K=？，γmax=?六、已知控制系统开环频率特性曲线如图示。

P为开环右极点个数。

г为积分环节个数。

判别系统闭环后的稳定性。

（1）（2）（3）七、已知控制系统的传递函数为G0(s)?校正装置的传递函数G0（S）。

（12分）一.填空题。

（10分）1.传递函数分母多项式的根，称为系统的2. 微分环节的传递函数为3.并联方框图的等效传递函数等于各并联传递函数之4.单位冲击函数信号的拉氏变换式5.系统开环传递函数中有一个积分环节则该系统为型系统。

6.比例环节的频率特性为。

7. 微分环节的相角为8.二阶系统的谐振峰值与有关。

9.高阶系统的超调量跟10.在零初始条件下输出量与输入量的拉氏变换之比，称该系统的传递函数。

高等过程控制-第4章双重控制.详解

高等过程控制-第4章双重控制.详解

VPC：阀位控制器 PC：低压侧压力控制器
双重控制系统的框图
4.2 系统分析
（1）由于双回路的存在，增加了开环零点，改善了控制 品质，提高了系统稳定性。 （2）系统工作频率得到了提高。 （3）动静结合，快慢结合，“急则治标，缓则治本”。

4．3 系统设计实施中的一些问题
(1)主、副操纵变量的选择
祝学习愉快！
例：蒸汽减压双重控制系统
正常工况： 大量蒸汽通过透平减压，既回收 了能量又达到减压目的。控制阀V1开 度处于具有快速响应条件下的尽可能 小开度(例如10％开度)。 当蒸汽量变化时： 在PC偏差开始阶段，主要通过 动态响应快速的操纵变量(即控制阀 V1)来迅速消除偏差，同时，通过 VPC逐渐改变控制阀V2开度，使控 制阀V1的开度平缓回复到原来开度。 因此，双重控制系统既能迅速消除偏 差，又能最终回复到较好的静态性能 指标。
第四章 双重控制
4．1 基本原理和结构
4. 2 系统分析
4．3 系统设计实施中的一些问题
4．1基本原理和结构
对于一个被控变量采用两个或两个以上的操纵变量 进行控制的控制系统称为双重或多重控制系统。这类控 制系统采用不止一个控制器，其中有一个控制器的输出 作为另一个称为阀位控制器的测量信号。
系统操纵变量的选择是从操作优化的要求综合考虑 的。它既要考虑工艺的合理和经济，又要考虑控制性能 的快速性。而这两者又常常在一个生产过程中同时存在。 双重控制系统就是综合这些操纵变量的各自优点，克服 各自的弱点进行优化控制的。
(3)主、副控制器正反作用方式的选择 一般先依工艺条件确定主、副控制阀的作用形式，然后，根据快 响应回路确定主控制器的作用方式。最后，根据慢响应回路确定副控 制器的作用方式。 (4)双重控制系统的投运和参数整定 双重控制系统的授运工作与简单控制系统相同，在手自动切换时 应该无扰动切换。投运方式是先主后副，即先使快响应对象切入自动， 然后再切入慢响应对象。 双重控制系统的主控制器参数与快响应控制时的参数相类似，而 副控制器参数选用宽比例度和大积分时间，甚至可采用纯积分作用。 (5)双重控制系统的关联 双重控制系统是一个包含两个回路的相关联的系统，但由于该系 统两个等效时间常数相差很大，因此之间动态耦合很弱。在讨论和设 计时，均可以看作是两个简单但有弱耦合的系统。

胡寿松《自动控制原理》(第7版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第1~2章)【圣才出品】

胡寿松《自动控制原理》(第7版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第1~2章)【圣才出品】

第1章自动控制的一般概念1.1复习笔记本章内容主要是经典控制理论中一些基本的概念，一般不会单独考查。

一、自动控制的基本原理与方式1．反馈控制方式反馈控制方式的主要特点是：（1）闭环负反馈控制，即按偏差进行调节；（2）抗干扰性好，控制精度高；（3）系统参数应适当选择，否则可能不能正常工作。

2．开环控制方式开环控制方式可以分为按给定量控制和按扰动控制两种方式，其特点是：（1）无法通过偏差对输出进行调节；（2）抗干扰能力差，适用于精度要求不高或扰动较小的情况。

3．复合控制方式复合控制即开环控制和闭环控制相结合。

二、自动控制系统的分类根据系统性能可将自动控制系统按线性与非线性、连续和离散、定常和时变三个维度进行分类，本书主要介绍了线性连续控制系统、线性定常离散控制系统和非线性控制系统的性能分析。

三、对自动控制系统的基本要求1．基本要求的提法稳定性、快速性和准确性。

2．典型外作用（1）阶跃函数阶跃函数的数学表达式为：0,0(),0t f t R t <⎧⎪=⎨≥⎪⎩（2）斜坡函数斜坡函数的数学表达式为：0,0(),0t f t Rt t <⎧⎪=⎨≥⎪⎩（3）脉冲函数脉冲函数定义为：0000()lim [1()1()]t A f t t t t t →=--（4）正弦函数正弦函数的数学表达式为：f t A tωϕ=-()sin()式中，A为正弦函数的振幅；ω＝2πf为正弦函数的角频率；φ为初始相角。

1.2课后习题详解1-1图1-2-1是液位自动控制系统原理示意图。

在任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。

图1-2-1液位自动控制系统原理图解：当Q1≠Q2时，液面高度的变化。

例如，c增加时，浮子升高，使电位器电刷下移，产生控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。

反之，当c 减小时，则系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度c。

第八章 复合控制系统

第八章 复合控制系统

例： 管式加热炉的控制
s.p
出口温度 T1C 炉温
Θ1
Θ2
• 主要干扰为 燃料油的组 分（或热值）
T2C
燃料量 原料
炉出口温度-温度串级控制系统
3.副变量的选择应考虑主、副对象时间常
数的匹配，防止共振的发生
副对象的T应小于主对象的T 4. 副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。 应将对象的纯滞后部分放到主对象中
主回路：（外回路，主环，外环）
副回路：（内回路，副环，外环）
给 定 值
F2 主控 - 制器 副控 制器 执行 器 副测量 变送 主测量 变送 副对 象
F1 主变量 主对 象 副 变 量
串级控制系统方块图
二.串级控制系统的工作过程 1.干扰进入副回路 2.干扰作用于主对象 3.干扰同时作用于副回路和主对象
F C
及时克服压力 变化引起的流量 变化
控制目的：协 调液位和流量间 的关系
串级均匀控制
串级均匀控制
通过两个参数的控制，制约调和两个参
数的矛盾。
主、副回路都采用低精度快反应的纯比
例控制，通过参数整定实现均匀控制 （δ一般较大），要求高精度时可适当 加入积分作用。
适用的场合
系统压力波动较大的场合
1.单纯的前馈控制 按干扰的大小进行控制—干扰补偿控制
有效控制T或τ较大、干扰大而频繁的对象
静态前馈控制： 目的：使被控参数的静态偏差接近于零
前馈控制的控制算法为比例控制，用比值
器或比例控制器均可。
动态前馈控制： 动态前馈与静态前馈的控制系统结构是一
样的，只是前馈控制器的控制规律不同。 动态前馈要求控制器的输出不仅仅是干扰
（3）可克服反馈环内多个干扰的影响。

13-复合控制系统解析

13-复合控制系统解析


§13-2 多回路控制系统
一、串级控制系统
13-2-1串级控制系统例1
解决办法：再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制流量稳定 ？
TC FC
问题：两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾
温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制系统却只能根据事 先的流量设定值进行定值控制。
13-2-1
串级控制系统：两套控制系统的协调控制
（2）控制通道动态特性的影响
（3）选择控制参数的一般原则
（a）选择控制通道的静态放大系数 要适当大一些，时间 常数要适当小一些，纯滞后时间则愈小愈好； （b）选择干扰通道的静态放大系数 应尽可能小，时间常 数 愈大，干扰引入系统的位置离被控变量愈远，控制质量 愈高； （c）当广义对象的控制通道由数个一阶惯性环节组成时， 为了提高系统的品质指标，应尽量使各环节时间常数错开
数有单值函数关系的间接参数作为被控变量。
3、被控变量必须具有足够大的灵敏度。 4、被控变量的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所采 用的测量仪表的性能。
二、操作量的选取
1、对象静态特性对控制质量的影响 主要指对象控制通道或干扰通道的静态放大系数对控制质
量的影响。
2、对象动态特性对控制质
控制方案
电动仪表、气动仪表（很少用）、计算机
（1）一般的串级方案 （2）能实现主控 – 串级切换的串级方案
→提馏段温度缓慢上升→（温度控制器正偏差，温度控制器输出减小， 输出到流量控制器的设定值减小）→流量控制器设定值减小，流量控制 阀开度进一步减小。 流量控制器：“粗调” 温度控制器：“细调”
13-2-1
● 情况2: —— 主环内出现干扰
进料量突然增大，塔釜液位上升，提馏段温度下降 →温度控制器负偏 差，输出增大 →（流量控制器负偏差，流量控制器输出增大，控制阀 开度增大，蒸汽量增加）→提馏段温度回升

第五章 复合控制系统控制系统

TI se −τs Y(s) = D(s) TI sWo−1 (s) + k c (TI s + 1)(TDs + 1)e −τs
(1)
(2)
•微分先行：式(3)、式(4)。
k c (TI s + 1)e −τs Y( s ) = R(s) TI sWo−1 (s) + k c (TI s + 1)(TD + 1)e −τs ( 3)
2、解决办法
•两塔之 间增设缓冲器 (不适宜)。 •采用均 匀控制系统 (上策)。 3、均匀控制的含义 •是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地 、均 匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾、均匀协 调的系统。
4、均匀控制的特点 •表征前后供求矛盾的两个参数都是变化的，变 化是缓慢的，是在允许范围内波动的。参见下图。
四、前馈--串级控制系统
1、方法的提出 •为了保证前馈控制 的精度，常希望控制阀 灵敏、线性等； •采用串级控制系统 可满足以上要求。 2、原理与结构图
3、应用举例：
思考题
1、前馈控制有哪几种主要型式？ 2、前馈控制与反馈控制各有什么特点？ 3、为什么一般不单独使用前馈控制方案？
第六章 大滞后补偿控制
§ 6- 1 克服纯 滞后的 几种常 见方案
6.2
6.3
1、预估补偿：原理上能消除纯滞后对控制系统的动态影响，但需 控过程的精确模型，工程上往往难以实现。 2、采样控制：成本较低，但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。 3、改进型常规控制：具有通用性广等特点，目前较常用。 4、其他：大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。
第七章 实现特殊要求 2 3 4 的过程控制系统
一、概述
§7-1 比值控制系统

复合控制


感谢观看
复合控制的另一形式是在系统的反馈控制回路中加入前馈通路，组成一个前馈控制和反馈控制相组合的系统， 称为反馈—说复合控制 就是反馈控制与前馈控制相结合的控制方法。只要系统参数选择得当，不但可以保持系统稳定，极大地减小乃至 消除稳态误差，而且可以抑制几乎所有的可量测扰动，其中包括低频强扰动。
图1复合控制系统框图复合控制的一种形式是将按扰动或输入的开环控制和按偏差的闭环控制相结合的一种控 制方式。它是在闭环控制回路的基础上，附上一个输入信号或扰动信号（是破坏系统输入量和输出量之间预定规 律的信号）的顺馈通路。复合控制系统框图如图1所示，其中，1是开环控制环节；2是闭环控制环节。
反馈—前馈控制
图2按扰动补偿的复合控制图2为对扰动进行补偿的系统方块图。系统除了原有的反馈通道外，还增加了一个 由扰动通过前馈(补偿)装置产生的控制作用，旨在补偿由扰动对系统产生的影响。图中为待求的前馈控制装置的 传递函数；N (s)为扰动作用，且可进行测量或者已知。
(1)按扰动的完全补偿：为了使得，必须使得En(s)=0，必须使，此时，稳态误差。即通过一个顺馈补偿了扰 动的影响。
基于输入信号和误差信号
复合控制的再一形式是引进输入信号的微分(一般为一、二阶微分)，和误差信号一起对控制对象进行控制， 以改进系统的控制品质。
原理
按偏差控制即反馈控制，它按偏差确定控制作用以使输出量保持期望值。对于滞后效应较大的控制对象，反 馈作用不能及时影响系统的输出，常引起输出量的过大波动。如果引起输出量变化的外扰是可量测的，则用外扰 信号直接控制就能更迅速有效地补偿外扰对输出的影响。这种控制方式称为按扰动控制。按扰动控制一般不能单 独使用，常需与按偏差控制结合使用，即构成复合控制。复合控制能显著减少扰动对系统的影响，有利于提高控 制效果。

第四章 复合控制系统(简).


例3、加热炉温度前馈－串级控制系统
FFC
前馈补偿器
√
T FT TT 进料 q f IT0 TC
出料
补 偿 信 号 FC 副
√
FT
燃料 q b
FFC WM
qf f（燃料
压力等） Wf
IT0
－
TC Wc1
+
－
FC Wc2 Wv Wo2
qb
Wo1 炉 控制阀至孔 板间的管道
T
FT
Wm2
Wm1
TT

前馈补偿器模型
W f ( s) WM ( s) Wo2Wo1 (s)
Wo2 — 副回路等效环节的传函。
0.14
0.12
yfm=0.1279
0.1
（串级系统在一次扰动下的输出）
0.08
0.06
y f (t)
0.04
0.02
yfm=0.0291
（前馈—串级系统在一次扰动下的输出）
0
-0.02
-0.04
0
第四章 复合 控制系统
1、复合控制系统的工作原理 2、前馈控制器的整定方法
第一节

基本概念
前（顺）馈控制
F WM Wf Wo
+ + C
WM _ 前馈补偿器传函
C W f F WM Wo F C W f WM Wo F 令 C F ＝０，得 WM＝－ Wf Wo (6 15)
Wc 2 ( s)Wo 2 ( s ) 其中， Wo2 ( s) 1 Wc 2 ( s)Wo 2 ( s)Wm 2 ( s) 静态(s 0) 时， K f1 WM K P 2 Ko2 K o1 1 K P 2 Ko2 Km2

前馈—反馈复合控制系统

目录课程设计任务书一、前馈—反馈复合控制系统1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念 (3)1.2、概念的理解 (3)1.3、前馈—反馈系统的组成.........................................3—4 1.4、前馈—反馈复合控制系统的特点.. (4)1.5、前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的设计 (4)二、控制系统的硬件设计2.1、S7—300系统组成 (4)2.2、CPU315—2DP (4)2.3、模式选择开关…………………………………..…….4—52.4、状态及故障显示 (5)三、控制系统的软件设计3.1、硬件组态 (5)3.2、工程管理器的使用 (6)3.3、新建工程....................................................6—9 3.4、组态监控画面. (9)3.5、组态变量……………………………………………9—10 3.6、软件编程…………………………………………..10—153.7、实验结果分析……………………………………….15—17四、控制系统的调试五、实验总结一、前馈—反馈复合控制系统1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念前馈—反馈复合控制系统：系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在对被调量采用反馈控制以克服其他的干扰信号，这样的系统就是前馈—反馈复合控制系统。

1.2、概念的理解：（1）复合控制系统是指系统中存在两种不同的控制方式，即前馈、反馈（2）前馈控制系统的作用是对主要的干扰信号进行补偿，可以针对主要干扰信号，设置相应的前馈控制器（3）引入反馈控制，是为了是系统能够克服所有的干扰信号对被调量产生的影响，除了已知的干扰信号以外，系统中还存在其他的干扰信号，这些扰动信号对系统的影响比较小，有的是我们能够考虑到的，有的我们肯本就考虑不到或是无法测量，都通过反馈控制来克服。

（4）系统中需要测量的信号既有被调量又有扰动信号。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

13-2-1
控制方案
电动仪表、气动仪表（很少用）、计算机
（1）一般的串级方案 （2）能实现主控 – 串级切换的串级方案
温度控制器
流量控制器
控制阀
流量对象
温度对象
流量变送器
温度变送器
2.2.2
串级控制系统的实施 （1）主、副控制器控制规律的选择
主变量是生产工艺的主要操作指标，要求比较严格，
一般不允许有余差
FC
TC
特点：两个控制器，一个调节阀 一个控制器（主控制器）的输出送到另一个控制器（副控制器）的 给定，副控制器的输出送到控制阀
13-2-1
温度控制器
流量控制器
控制阀
流量对象
温度对象
流量变送器
温度变送器
特点：两个闭环环路，内环和外环 内环：副环，副控制器、副对象、副变送器 外环：主环，主控制器、主对象、主变送器
副变量是粗调，一般要求不严格，允许有波动和余差； 主控制器（定值控制）一般选择比例积分控制规律，有时为了克服 对象滞后，也加入微分作用； 副控制器（随动控制）力求快速反应，所以，一般不加入积分作用， 只选择比例控制规律； 只要主控制器有积分规律，主变量就可以保证没有余差，不管干扰 出现在什么位置。
2.2.2
第十三章 自动控制系统
13-1 简单控制系统 13-2 复合控制系统 13-3计算机控制系统
L/O/G/O
13-1 单回路控制系统
一、被控变量的选取
1、选择对产品产量和质量、安全生产、经济运行和环境 保护等具有决定作用的，可直接测量的工艺参数作为被控 变量。 2、当不能用直接参数作为被控变量时，应选择与直接参
→提馏段温度缓慢上升→（温度控制器正偏差，温度控制器输出减小， 输出到流量控制器的设定值减小）→流量控制器设定值减小，流量控制 阀开度进一步减小。 流量控制器：“粗调” 温度控制器：“细调”
13-2-1
● 情况2: —— 主环内出现干扰
进料量突然增大，塔釜液位上升，提馏段温度下降 →温度控制器负偏 差，输出增大 →（流量控制器负偏差，流量控制器输出增大，控制阀 开度增大，蒸汽量增加）→提馏段温度回升
非线性使对象特性发生畸变，因此使系统“不适应” 副环是个随动系统，具有一定的自适应能力，因此，可以使控制系 统在一定程度上克服非线性的影响
2.5
串级系统副回路的设计
例 7
醋酸乙烯合成反应器反应温度控制系统
TC1
TC2
把换热器这个非线性干扰环节设计在副环中，对主参数的控制具有 一定的帮助。
2.5
串级系统副回路的设计
（流量） （温度）
13-2-1

形成两个环: 副环或副回路－－“ 粗调”作用 主环或主回路－－“ 细调”作用
主环，定值控制系统，给定值由工艺设定，主控制 器输出作为副控制器的设定 副环，随动控制系统，给定值由主控制器输出给定， 副控制器输出控制控制阀

副环中有副调节器、副变送器、副对象以及调节阀
主环中有主调节器、主变送器、主对象，无调节阀
13-2-1
●串级控制系统工作过程
进料
FC
TC
蒸汽
● 情况1:—— 副环内出现干扰
● 情况2:——主环内出现干扰
● 情况3:——主环和副环同时出现干扰
13-2-1
● 情况1:
—— 副环内出现干扰
蒸汽流量突然增大→（一段时间：提馏段温度不变，温度控制器输出不 变，流量控制器设定值不变，但流量测量增大→（流量控制器正偏差， 流量控制器输出减小，控制阀关小）→蒸汽流量减小，削弱对提馏段温 度的影响）
临界比例带 和临界周期 。
（2）在表13-4中，根据 、 之值，可计算求得控制器各参数值 、T1和 TD （3）在控制器上，取稍大于求的比例带值，再依次调整所需的积分和微 分时间，最后把比例带放在上述计算值；若被调量记录曲线不符合要求， 在适当调整控制器的参数。
3、相应曲线法
根据对象阶跃反应曲线进行的，不需要反复试凑，整定事件短，尤其适 用于对象特性已经掌握的情况。
（4）当对象具有较大的纯滞后时，应使副环尽量少包含或不包含纯滞后
尽量将纯滞后放到主对象中，以提高副回路的快速抗干扰能力。
PC2
PC2
图 化纤厂纺丝胶液压力控制系统，串级系统有效地克服胶液传送纯滞后。
2.5
串级系统副回路的设计
（5）虑主、副对象时间常数的匹配，防止“共振”发生
共振：在主、副回路振荡频率范围内，其信号相互影响，相互增幅。 原因： 主副回路的工作频率接近
，即使 减少， 增加，系统稳定；
（d）应注意工艺上是允许的控制变量。
三、控制规律的选择
（一）选择原则 主要根据广义对象（包括加热、加湿等装置）特性 、负荷变化状况（大小、速度）、主要干扰和对控 制品质的要求等方面。 （二）线性控制规律的选择 1、比例控制（P） 2、比例积分控制（PI） 3、比例微分控制 4、比例积分微分控制
2.2.2
串级控制系统的实施
例3
精馏塔提馏段温度与再沸器加热蒸汽流量串级控制系统
副控制器： 控制阀选“气闭”式——负 正对象，流量对象，阀门开大， 流量增大——正 变送器一般均为正
FC TC
主控制器： 副环——正 主对象，温度对象， 蒸汽流量增大时，加热量增加， 提馏段温度上升——正
2.2.2
串级控制系统的实施
2.3.1
串级控制系统的投运 ● 投运步骤
1、主、副控制器手动位置，主控制器内给定、副控制器外给定，正反作用 正确，PID参数正确 2、副控制器手动操作 3、通过副参数的变化，使主参数接近给定值，而副参数变化也比较平稳 4、调节主控制器手操输出，使副控制器的偏差为零 5、分别将副、主控制器切入自动
2、临界比例带法
当控制系统在纯比例控制作用下，开始作周期性的等幅振荡时，称调节系
统处于“临界振荡”状态。此时控制器的比例带称“临界比例带”，以 表 示，此时的振荡周期为临界周期，以 表示。
整定步骤：
（1）将T1放在最大位置上，微分时间放在最小位置上（即TD=0）， 取 最大值，逐步减小 ，直至被调量的记录曲线出现等幅振荡为止，这时得到
2.3.2
串级控制系统的工程整定方法 逐步逼近法、两步法、一步法，先副环，后主环
● 两步法
分两步整定两个控制器
●主环控制器比例度100%，积分时间最大，微分时间最小，
按 4：1整定方法直接整定副环，确定副环4：1振荡过程
时的比例度和振荡周期；
●放好副控制器4：1的比例度，积分时间最大，微分时间最小，
2.5
串级系统副回路的设计
包含有两方面的内容: 1) 主参数的确定 2) 副参数的确定
串级系统的关键在于副环的设计 设计合理，能有效发挥串级系统的优势 设计不合理，失去了串级的意义，而使控制系统复杂化
关键：对工艺进行细致的分析
2.5
●
串级系统副回路的设计
设计原则
（1） 使副环包含系统的主要干扰
副环具有快速抗干扰的能力 （2） 使副环包含更多的干扰 系统干扰较多且难于分出主要干扰
2.5
串级系统副回路的设计
例5
加热炉出口温度控制系统 燃料压力波动
PC
TC
A）炉出口温度与燃料压力串级方案
2.5
串级系统副回路的设计
例6
加热炉出口温度控制系统 燃料组成波动
TC2
TC1
B）炉出口温度与炉膛温度串级方案
2.5
串级系统副回路的设计
另外，还要考虑副环离主变量的“远、近”问题
（3） 应使非线性环节尽量包含在副环中
串级控制系统的实施
主控制器的符号主要取决于主对象的符号，即，主对象偏差为正，则主
控制器控制阀门关小，主对象偏差为负，则主控制器开大阀门；
加热炉出口温度与燃料压力的串级控制系统
例2
PC TC
燃料
物料
串级控制系统的实施
副控制器： 控制阀选“气开”式——正 副对象，压力对象，阀门开大，负，反作用 压力上升——正 变送器一般均为正 主控制器： 副环——正 主对象，温度对象， 燃料压力增大时，燃料量增加，负，反作用 出口温度上升——正
ζ=0.216(n=1:4)
2.0
1.0 1/3 0.6 0
√2
0.5
1.0
1.5
ω／ωc
2.5
串级系统副回路的设计
（6） 考虑方案的经济性、工艺的合理性
四、控制系统的调整
1、经验试凑法 （1）将T1放在最大位置上，TD放在最小位置上（即TD=0），从大到小
改变比例带直到得到较好的调节过程曲线。 （2）将上述比例带放大到1.2倍，从大到小改变积分时间，以求得较好的 控制过程曲线。 （3）积分时间T1保持不变，改变（增大或减小）比例带，观察控制过程曲 线是否改善，则继续调整比例带减小一些，再变更积分时间，以改善调节过 程曲线。如此多次反复，直至找到合适的比例带和积分时间。 （4）初步整定和T1值之后，引入微分时间TD，引入微分后可适当减小比 例带和几分时间，设置微分时间为积分时间的1/6~1/4。观察控制过程曲 线，还可适当调整比例带、积分时间和微分时间。

§13-2 多回路控制系统
一、串级控制系统
13-2-1串级控制系统例1
解决办法：再加入一个蒸汽流量控制系统，可控制流量稳定 ？
TC FC
问题：两套控制系统不能协调，甚至出现矛盾
温度控制系统要求增加或减小蒸汽流量，而流量控制系统却只能根据事 先的流量设定值进行定值控制。
13-2-1
串级控制系统：两套控制系统的协调控制
数有单值函数关系的间接参数作为被控变量。
3、被控变量必须具有足够大的灵敏度。 4、被控变量的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所采 用的测量仪表的性能。