第六章 提高控制品质的控制系统.doc

第六章提高控制品质的控制系统
本章提要
串级控制系统
前馈控制系统
大时延控制系统
授课内容
第一节串级控制系统
串级控制系统-----两只调节器串联起来工作,其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。
例:加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统
基本概念即组成结构
串级控制系统的结构和方框图
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器,前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定,后一个调节器的输出送往调节阀。
前一个调节器称为主调节器,它所检测和控制的变量称主变量(主被控参数),即工艺控制指标;后一个调节器称为副调节器,它所检测和控制的变量称副变量(副被控参数),是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成;主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动:作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动:作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动。
串级控制系统的工作过程
当扰动发生时,破坏了稳定状态,调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同,分种情况进行分析:
扰动作用于副回路
扰动作用于主过程
扰动同时作用于副回路和主过程
分析可以看到:在串级控制系统中,由于引入了一个副回路,不仅能及早克服进入副回路的扰动,而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用,主调节器具有“细调”的作用,从而使其控制品质得到进一步提高。
系统特点及分析
特点:
改善了过程的动态特性,提高了系统控制质量。
能迅速克服进入副回路的二次扰动。
提高了系统的工作频率。
对负荷变化的适应性较强
工程应用场合
应用于容量滞后较大的过程
应用于纯时延较大的过程
应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程
应用于参数互相关联的过程
应用于非线性过程
系统设计
主参数的选择和主回路的设计
副参数的选择和副回路的设计
控制系统控制参数的选择
串级控制系统主、副调节器控制规律的选择
串级控制系统主、副调节器正、反作用方式的确定
串级控制系统的整定
第二节前馈控制系统
前馈控制原理
前馈控制是按照扰动作用的大小进行控制。当扰动一出现,就能根据扰动的测量信号来控制操纵变量,及时补偿扰动对被控变量的影响,所以控制是及时的,如果补偿作用完善,可以使被控变量不产生偏差,其方框图如下图所示。它是一个开环控制系统。
在很多场合下都是将前馈控制与反馈控制结合在一起组成前馈—反馈控制系统,称之为复合控制系统。这些系统即使在大而频繁的扰动下,仍能获得优良的控制品质。
前馈控制与反馈控制的比较
反馈控制系统-----是按被控参数与给定值的偏差进行控制的,其特点是在被控参数出现偏差后,调节器发出控制命令以补偿扰动对被控参数的影响,最后消除(或基本消除)偏差。若扰动已经发生,而被控参数尚未变化,则调节器将不产生校正作用。所以,反馈控制总是滞后于扰动,是一种不及时的控制,会造成调节过程的动态偏差。有时其控制质量较差。
前馈控制系统-----当扰动一出现,调节器即根据扰动的性质和大小进行控制,以补偿扰动的影响,使被控参数不变或基本保持不变。