复杂控制系统-1.ppt

控制工程概论,-复杂控制系统,简单控制系统最基本、使用最广泛(85%)。,复杂控制系统在简单控制系统的基础上增加计算环节、控制环节或者其他环节，构成了复杂控制系统(15%)。,第三章复杂控制系统,第三章复杂控制系统,3.1串级控制系统,3.2比值控制系统,3.3均匀控制系统,3.4前馈控制系统,3.5选择性控制系统,3.6分程控制系统,按系统的结构形式和所完成的功能划分,3.1串级控制系统,采用不止一个控制器，控制器之间相互串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统，称为串级控制系统。,基本原理,3.1串级控制系统,基本原理,例：加热炉出口温度控制系统,3.1串级控制系统,系统结构图,主控制器的输出是副控制器的设定；-由两个控制器、两个检测变送器、一个执行器组成；主回路是定值控制系统，对主回路的输出而言，副回路是随动控制系统，对副回路的扰动而言，副回路是定值控制系统。,温度,流量,3.1串级控制系统,系统结构图,主控制器,副控制器,副被控对象,主被控对象,副回路,主回路,副被控变量,主被控变量,3.1串级控制系统,系统的传递函数,控制通道,干扰通道,干扰通道,控制通道,3.1串级控制系统,串级控制系统的性能分析,1.能迅速克服进入副回路扰动的影响,当扰动进入副回路后，首先副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值控制作用及时调节操纵变量，使副被控变量恢复到副设定值，从而使扰动对主被控变量的影响减少。,3.1串级控制系统,串级控制系统的性能分析,1.能迅速克服进入副回路扰动的影响,副回路扰动通道传递函数,3.1串级控制系统,串级控制系统的性能分析,1.能迅速克服进入副回路扰动的影响,串级控制系统中副回路扰动通道传递函数：,单回路控制系统中扰动通道传递函数：,迅速克服扰动影响，大大减小最大偏差和余差,3.1串级控制系统,串级控制系统的性能分析,2.改善了对象特性，提高了工作频率,副回路控制通道传递函数,减小时间常数，加快系统响应，减小超调量，提高控制系统工作频率。,3.1串级控制系统,串级控制系统的性能分析,3.串级控制系统的自适应能力,主控制器的输出能按照负荷或操作条件的变化而变化，从而不断改变副控制器的设定值，使副控制器的设定值能随负荷及操作条件的变化而变化。因此，串级控制系统对负荷的变化和操作条件的改变有一定的自适应能力。,3.1串级控制系统,串级控制系统的性能分析,4.能够更精确控制操纵变量的流量,采用串级控制系统后，引入了流量副回路，使流量测量值与主控制器的输出一一对应，从而能够更精确地控制操纵变量的流量。,3.1串级控制系统,串级控制系统的性能分析,5.可实现更灵活的操作方式,串级控制系统可以实现串级控制、主控和副控等多种控制方式。因此，在运行过程中，如果某些部件出现故障，则可灵活地进行切换，减少对生产过程的影响。,3.1串级控制系统,串级控制系统的设计,主、副回路的设计,-主被控变量的选择和主回路的设计，仍可用简单控制系统的设计原则进行。-副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动，并力求包含尽可能多的扰动。,3.1串级控制系统,串级控制系统的设计,主、副控制器的选择,-主控制器可采用比例积分作用或比例、积分、微分三作用控制规律。-副控制器采用单比例作用或比例积分作用控制规律。,3.1串级控制系统,串级控制系统的设计,主、副控制器正、反作用的选择,依据控制阀的气开、气关形式，副对象的放大倍数，决定副控制器正反作用方式，使Kc2KvKp2Km2乘积为正值，其中Km2通常总是正值。-主控制器的正、反作用主要取决于主对象的放大倍数，使Kc1Kp1Km1的乘积为正值，通常Km1总是正值，因此应使Kc1Kp1为正值。,3.1串级控制系统,串级控制系统的设计,主、副控制器正、反作用的选择,例1：,3.1串级控制系统,串级控制系统的设计,主、副控制器正、反作用的选择,例2：,3.1串级控制系统,串级控制系统的设计,主、副控制器正、反作用的选择,例3：,3.1串级控制系统,串级控制控制器的参数整定,参数整定：通过调整控制器的参数，改善控制系统的动态和静态特性找到最佳的调节过程，使控制品质最好。,-逐步逼近法（副主副）-两步法（副主）-一步法（根据经验）,3.1串级控制系统,串级控制控制器的参数整定,逐步逼近法,断开主回路，闭合副回路，按单回路控制系统的整定方法整定副控制器参数；闭合主、副回路，保持上一步取得的副控制器参数，按单回路控制系统的整定方法整定主控制器参数；闭合主、副回路，主控制器参数保持的情况下，再次调整副控制器参数；依次循环，直