第8章-复杂规律计算机控制系统的设计.ppt

8.1串级控制,在串级控制中，有主、副回路之分。主回路一般只有一个，而副回路可以是一个或几个。主回路的输出是修正副回路给定值的依据，副回路的输出作为控制量作用于对象,以煤气为燃料的加热炉炉温控制系统。控制的目的是保持炉温恒定。,8.1.1串级控制系统的组成和工作原理,如果采用单回路控制，煤气压力的变化会引起其流量的变化，随之会引起炉温的变化。,压力波动经过测量、调节、改变阀位，控制通道的纯滞后很小，惯性不大，因此控制作用能够及时有效的控制压力y2(t)的波动。但是压力控制不能保证出口原料气温恒定，燃料油热值的变化，原料气入口流量、温度、成分都影响y1（t）,压力调节器用来克服燃料油压力y2(t)对出口原料气温度的波动。温度调节器用来克服燃料油热值的变化，原料气入口流量、温度、成分对y1（t）的影响采用主、副回路相配合，将获得较好的控制品质。,温度调节器的输出作为压力调节器的输入，压力调节器的输出控制调节阀门的动作。,8.1.2串级控制的特点,1.减小副控对象的等效时间常数,串级控制系统中副控回路对象的等效时间常数T2副控对象的时间常数T2，使得系统的动作灵敏，反应速度加快，调节更及时，有利于提高控制性能。T2随着Kp2的增大减小，所以Kp2越大，副控对象特性的改善愈明显。由于副控对象的等效放大倍数K2缩小了所以串级控制系统的主控调节器的放大倍数Kp1比单回路调节更大，这样可有利于抑制一次扰动。,2。提高系统的工作频率,串级控制的工作频率高于单回路控制的控制的工作频率，改善系统的动态特性,3。提高了抑制二次扰动的能力,通常AsrAsg，串级控制系统较单回路控制系统有更强的抑制扰动的能力，高出十倍甚至百倍,4对负荷变化的适应能力提高,串级控制由于副控回路减小了等效副控对象的放大系数。从而也减小了负荷变化的影响。主控回路时定值控制系统，副控回路是随动系统，保证在负荷和操作条件发生变化的情况下，调节系统仍然有好品质。,8.1.3串级控制系统的应用范围,1。用来抑制控制系统的扰动副控回路动作迅速，抑制扰动能力强把主要的扰动包含在副控回路中2。用来克服对象的纯滞后副控回路减小了等效时间常数，提高了工作效率，所以控制系统的过渡过程比较短，超调量比较小3。用来减小对象的非线性影响把非线性对象包含在副控回路中，由于副控回路是随动系统，能够适应操作条件和负荷条件的变化,8.1.4计算机串级控制系统,1。主控和副控回路采样周期相同（同步采样）,(1)计算主控回路的偏差（2）计算主控调节器的增量输出（3）计算主控调节器的位置输出（4）计算副控回路的偏差（5）计算副控调节器的增量输出（6）计算副控调节器的位置输出,2。主控和副控回路采样周期不同（异步采样）,当主控对象和副控对象的特性相差悬殊，按快的流量对象选采样周期计算机采样频繁，工作量大，降低其使用效率按慢的选，降低快速对象回路的控制性能，消弱抑制扰动的能力。所以根据对象特性选择相应的采样周期异步采样,8.1.5串级控制系统的设计原则,1。系统中主要的扰动应该包含在副控回路中2。副控回路应该尽量包含积分环节3。必须用一个可以测量的中间变量作为副控被调参数，或者通过观测分析，由下游状态推断上游状态的中间变量4。主控、副控回路的采样周期TT。应选择T3T或3TT，即T与T之间相差3倍以上，以避免主控回路和副控回路之间发生相互的干扰和共振。,8.1.6串级主控和副控调节器的选择,主回路PID，副回路PI,例8.18.2当对象为一阶惯性时，系统达到稳态的时间可选为一个采样周期，当对象为二阶惯性使，选两个周期,8.1.7副控回路微分先行串级控制系统,为了防止主控调节器输出变化过大引起副控回路的不稳定，也为了克服副控对象惯性较大而引起的调节品质恶化，在副控反馈回路加入微分环节，副控回路微分先行,副控回路微分先行串级控制系统的算法步骤,(1)计算主控回路的偏差（2）计算主控调节器的增量输出（3）计算主控调节器的位置输出微分先行调节器输出