反应器串级控制系统整定.doc

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目 录
1 前言1
2 总体方案设计2
方案比较2
方案选择4
3 反应器串级控制系统分析5
被控变量和控制变量的选择5
主、副回路的设计5
主、副副被控变量外的一切变量,这些变量有些必须加以控制。在夹套式反应器中反应温度和夹套水温度构成的T-T串级控制系统中,冷却水流量这一变量在系统中包括的扰动变量最多,因此选取冷却水流量作为系统的控制变量,这样符合系统的整体控制。
主、副回路的设计
〔1主回路的设计
串级控制系统的主回路仍是一个定值控制系统,主回路的设计仍可用单回路控制系统的设计原则进行。因此主回路应包括主要的质量指标等标准。因此确定了主被控变量、主控制变量及主要扰动变量就能组成主回路。由上述的主被控变量和控制变量的选择可设计出系统主回路。；
串级控制系统主回路
〔2副回路的设计
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副回路可看作是一种新的动态环节。副回路设计是串级控制系统设计的一个关键问题。从结构上看,副回路也是一个单回路,问题的实质在于如何从整个对象中选取一部分作为父对象,然后组成一个控制回路,即可归纳为如何选择福参数。首先副参数的选择应使副回路的时间常数小,调节通道短,反应灵敏；其次副回路因包含被控对象所受到主要干扰。
由此可设计出系统的副回路。；
串级控制系统副回路
主、副控制器正、反作用的选择
假设夹套式反应器中反应为放热反应。则选择如下：
〔1控制阀：从安全角度考虑,选择气关型控制阀；
〔2副控制对象〔：冷却水流量增加,夹套温度下降,因此；
〔3副控制器〔：为保证负反馈,应满足,因此,应选,即选用反作用控制器；
〔4主被控对象〔：当夹套温度升高时,反应器温度升高,因此；
〔5主控制器〔：为保证负反馈,应满足,因此,应选,即选用反作用控制器。
控制系统方框图
反应温度与夹套水温度串级控制系统方框图
；反应温度与夹套温度构成串级控制系统,反应温度为主被控变量,夹套温度为副被控变量。反应温度控制器的输出作为夹套温度控制的设定值。
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此温度串级控制系统的具体工作过程为：当工况稳定时,物料的流量和温度不变,冷却水的压力和温度稳定。反应温度和夹套水温度均处于相对平衡状态,调节阀保持一定开度,也稳定在设定值上。如果工况平衡被破坏,一方面冷却水干扰会影响夹套水的温度,副控制器动作,控制调节阀改变冷却水流量,以克服其对夹套水温度的影响。如果干扰量不大,经过副回路的及时控制一般不会影响反应温度。如果干扰量副职较大,副回路虽能及时矫正,但仍可能影响反应温度,此时再通过主控制器的进一步调节,就可以完全克服上述扰动。若进料干扰使反应温度变化,通过主回路即可抑制其影响。显然由于副回路的存在加快了控制作用,使扰动对反应温度的影响比单回路要小。
分析被控对象特性及控制算法的选择
〔1被控对象特性分析
由于被控变量的选择中可知主被控变量为反应器的反应温度,副被控变量为夹套冷却水的温度。由设计可知；主扰动为进料口进料流量,副扰动为冷却水流量。
依据文献资料可做以下假设：对于夹套式反应器反应温度对象,控制通道与扰动通道的动态特性可假设为：,。对于夹套冷却水温度对象,控制通道与扰动通道动态特性可假设为：,。
〔2控制算法的选择
根据夹套式反应器的工艺指标及工艺要求,该系统设计的控制算法选择PID算法。
4 串级控制系统的参数整定
串级控制系统从整体上来看是定制控制系统,要求主参数有较高的控制精度。但副回路是随动系统,要求副参数能准确、快速地跟随主调节器输出的变化。串级控制系统主、副回路的原理不同,对主、副参数的要求也不同。通过正确的参数整定,可取得理想的控制效果。
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串级控制系统主、副调节器的参数整定方法有逐步逼近法、两步整定法和一步整定法。
1. 逐步逼近法
逐步逼近法是一种依次整定主回路、副回路,然后循环进行,逐步接近主、副回路最佳整定的一种方法。

两步整定法就是让系统处于串级工作状态,第一步按单回路控制系统整定副调节器参数,第二步把已经整定好的副回路视为串级控制系统的一个环节,仍按单回路对主调节器进行一次参数整定。

一步整定发就是根据经验,先将副调节器参数一次调好,不再变动,然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器参数。
本设计选择两步整定法来整定串级控制系统的参数。
参数整定
在串级控制系统中,主、副回路中被控过程的时间常数应有适当的匹配关系,一般为=〔3~10。主回路