串级控制原理与应用

上课时间制定计策进行报告科学院电子信息来源特殊工业控制理论与控制工程学生名字赵贤班级编号132030032导师杜昭平1944年4月串级控制系统的原理与应用串级控制系统的基本概念1级联控制系统近20年来，控制技术取得了惊人的成果，对工业生产和科学发展起到了关键作用。而且控制系统已经成为不分割大量设备的重要部分。控制自动化程度已成为衡量工业企业现代化的重要标志。在许多复杂的控制系统中，级联控制系统更普遍地应用于电机控制，级联控制系统是一个控制器的输出控制另一个控制器的设置的双环系统，这种结构称为级联控制系统。级联控制系统基本上是连接两个调节器，通过调节操作将一个调节量精确地保持为设定值。一般来说，串行系统子环的对象惯性小，操作频率高，而主环惯性大，操作频率低。2配置级联控制系统级联控制系统整个系统由两个控制电路组成：主电路和辅助电路。二次回路由二次变量检测传输、二次调节器、控制阀和二次工艺组成。主电路由主变量检测传输、主调节器、辅助调节器、控制阀、控制阀、辅助工艺和主工艺组成。主要由以下组件组成：u(1)主调节器和辅助调节器两个调节器u(2)两个测量变送器u(3)一个执行器u(4)调节阀u(5)起诉对象的构成如图1-1所示，显示了系统框图。图1-1级联控制系统原理方框图(1)系统中的两个调节器相互串联，以前调节器的输出用作以后调节器的输入。这两个调节器分别输入主调节器和辅助调节器(即主调节器的输出)指定的值。(2)级联控制系统具有两个反馈回路，其中一个电路嵌套在另一个电路内。其中的回路称为内部回路(辅助回路)，外部回路称为外部回路(主回路)。(3)级联控制系统具有两个测量反馈信号，一个是主控制器和副控制器的反馈输入信号，另一个是主参数和次参数。两级控制系统是火电厂主汽温串级控制系统u2.1应用现状在火电厂，为了更好地控制主蒸汽温度，一般将过热器分为高温度段和低温度段，在这两者之间安装喷射减温器，喷射减温器分别与低温段过热器、高温段过热器、冷水(减少热水)管连接，蒸汽从低温段通过喷射减温器进入高温。温水通过热水调节阀流入喷水减温器，直接喷射到蒸汽，控制喷水调温阀(即喷水调温阀)的开口，控制流入喷水减温器的冷水流量，达到了调节过热器出口主蒸汽温度的目的。2.2级联主蒸汽温度系统原理级联主蒸汽温度系统的原理框图如图2-1所示。图2-1级联主蒸汽温度控制系统原理方框图除图2-1外，还有一些相关术语：主参数(主变量):在级联控制系统中起主导作用的受控参数称为主参数。在上述例子中，过热蒸汽温度是主要参数。子参数(子变量):预先反映主参数变化趋势的系列系统的中间参数，称为子参数。以上例子中，过热器高温区入口的蒸汽温度为二次参数。引入子参数是为了提高控制质量，克服对象的大惯性和大延迟。主控制器(主控制器):输入主参数的测量反馈信号和为主参数指定的值信号的偏差，并且输出具有其他控制器指定的值的控制器称为主控制器。辅助调节器(辅助控制器):给定值由主调节器的输出确定，输入主调节器的输出是辅助参数的测量传输信号的偏差信号，输出调整信号传递给执行器的调节器称为辅助调节器。一次回路(外回路):分离二次调节器的测量反馈通道后，闭合回路称为一次回路或外回路。在上例中，系统的外部电路由主调节器、辅助调节器、执行器、喷水调节阀、喷水减温器、过热器的高温段和测量主参数的温度测量发射器组成。如图2-2所示。图2-2级联主蒸汽温度控制系统外部电路辅助电路(内部电路):在级联控制系统中，由辅助调节器、执行器、控制阀、控制对象1和辅助参数的测量发射器组成的电路称为辅助电路。在上例中，系统的内部电路由用于测量辅助调节器、执行器、喷水阀、喷水温度调节器和辅助参数的温度测量发射器组成。如图2-3所示。图2-3级联主蒸汽温度控制系统内部电路2.3系统分析由于过热器的惰性很大，即调节喷射减温阀，改变流入喷水减温器的喷水流量，要过很长时间，高温过热器出口的蒸汽温度才会发生变化，因此控制困难很大。使用传统的单回路控制系统控制高温过热器出口的蒸汽温度(图2-4)时，由于过热器不活动，控制系统的快速性能下降，控制质量不理想。为了提高控制质量，可以基于主电路系统，通过添加将过热器高温段入口的蒸汽温度作为主测量信号(二次参数)传递到主调节器输入端的调节器(二次调节器)来配置级联控制系统。因为扰动流入系统后，过热器高温段入口的蒸汽温度响应比(主参数)快，变化方向相同，可以提前反映变化趋势，系统的快速性能可以改善(图2-5)。图2-4周蒸汽温度单回路控制系统示意图图2-5周蒸汽温度串级控制系统示意图结合串级主蒸汽温度控制系统，详细分析了串级控制系统的结构。三个模拟结果3.1模拟曲线图3-1、3-2所示。图3-1给定值相位扰动(r=1)时的响应曲线图3-2出现扰动时的响应曲线(扰动值=1)3.2现场操作和控制效果实际运行结果表明，该系统性能好、可靠性高，控制质量明显优于常规PID控制。四个概要针对电厂过热蒸汽温度控制系统的控制对象惯性和纯滞后以及随机干扰因素较多的特性，将PID控制器和Smith预测控制器配置为级联控制系统，实现参数的在线调节，克服控制对象纯滞后，有效控制过热蒸汽温度控制系统，加强过热蒸汽温度控制系统的健壮性，提高控制系统的运行效率，提高推广和应用价值。参考文献1昭准锅炉温度梯级控制系统。机械和电气工程，2003，20(4):33-352涂层，朱林张。过程控制系统M。机械工业出版社，1988年。3王赤纬、陈一心、吴真顺等。现代控制理论和工程。(第一版)M:高等教育出版社2003。4侯国连和邱王等。风机小麦直吹锅炉主汽温自动控制系统设计方法研究。山西电力技术，1996，(6)。5张光超，辉。晶闸管串级调速系统的工程设计。电力传输，1985 (1) :336。6张玉铎。热自动限制系统M。北京：水利电力出版社，1988年。7基于魏清智、李振明、孙军模糊自适应PID控制器的锅炉过热汽温控制系统-机械设计和制造，2010 (7) :33-175。8单个chunxian、Chen wann、pengjie。换热器温度控制系统的模