第二复杂控制系统ppt课件

1、工业生产过程控制工业生产过程控制 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院College of Electromechanical Information Engineering第二章复杂控制系统第二章复杂控制系统Chapter 2 Complex Control System 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 在简单反响控制回路中添加了计算环节、在简单反响控制回路中添加了计算环节、控制环节或其他环节的控制系统称复杂控控制环节或其他环节的控制系统称复杂控制系统。制系统。 从输入输出关系上看，其整体上依然是单从输入输出关系上看，其整

2、体上依然是单一的。一的。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理SV蒸汽蒸汽TTTC采出采出进料进料大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理SV蒸汽蒸汽TTTC采出采出进料进料大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理SVFCFTSV蒸汽蒸汽TTTC采出采出进料进料FCFTSV蒸汽蒸汽TTTC采出采出进料进料流量对流量对

3、象象TT1x调理阀调理阀FT温度对温度对象象FCTC1y2y2f1f大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理例例2 2 硝酸消费过程硝酸消费过程氨生成一氧化氮氨生成一氧化氮 控制方案控制方案 1、氨气流量定值控制：、氨气流量定值控制： 控制方案坚持氨气体流控制方案坚持氨气体流 量为定值，由于炉温是开环、因此炉温不能坚量为定值，由于炉温是开环、因此炉温不能坚持恒定持恒定 2、炉温定值控制：该方案选氧化炉温度为被、炉温定值控制：该方案选氧化炉温度为被控变量，选择氨气流量作为支配变量。由于被控变量，选择氨气流量作为支配变量。由于被控过程的滞后时间长，时间常数大

4、，控制质量控过程的滞后时间长，时间常数大，控制质量不好。不好。 3、选炉温为主控变量，氨气流量为副控变量，、选炉温为主控变量，氨气流量为副控变量，氨气流量为支配变量组成串级控制。氨气流量为支配变量组成串级控制。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理例例2 2 硝酸消费过程硝酸消费过程氨全成一氧化氮氨全成一氧化氮1u2u1my流量对流量对象象TT1r调理阀调理阀FT温度对温度对象象FCTC1y2y2f1f12ur 1e2my随动随动定值定值定值定值大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理定性分析定性分析 定性分析：

5、定性分析： 当扰动进入后，首先，副被控变量检测扰当扰动进入后，首先，副被控变量检测扰动的影响，并经过副回路的定值作用进展动的影响，并经过副回路的定值作用进展控制，及时调整支配变量，使副被控变量控制，及时调整支配变量，使副被控变量回复到副设定值，从而使扰动对主被控变回复到副设定值，从而使扰动对主被控变量的影响减小。即副环回路对扰动进展粗量的影响减小。即副环回路对扰动进展粗调，主环回路对扰动进展细调。因些串级调，主环回路对扰动进展细调。因些串级能迅速抑制进入副回路扰动的影响。能迅速抑制进入副回路扰动的影响。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理主回路对应传

6、送函数主回路对应传送函数1212211222121211( )( ) ( )( )( )( )( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( )( )( )pcvppmcvpmccvppmG sG sG sG sG sG sY sF sG sG sG sG sG sG sG sG sG sG s 121211222121211( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )ccvppcvpmccvppmG s G s G s G s GsY sR sG s G s Gs GsG s G s G s G s Gs Gs 1212

7、222121211( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )ppcvpmccvppmGs GsY sF sGs G s Gs GsG s Gs G s Gs Gs Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理定量分析定量分析)()()()(1)()()(222222sGsGsGsGsGsFsYmpvcP )()()(222sGsFsYP )()()()(1)()()()()(2222222sGsGsGsGsGsGsGsRsYmpvcPvc)()()()(222sGsGsRsYpv 串级时副环回路扰动的传送函数串

8、级时副环回路扰动的传送函数单回路副环扰动的传送函数单回路副环扰动的传送函数单回路副环的传送函数单回路副环的传送函数串级时副环回路的传送函数串级时副环回路的传送函数)()()()(11222sGsGsGsGmpvc)()()()(1)(2222sGsGsGsGsGmpvcc扰动扰动余差余差大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理例例 1 1 串级控制系统分析串级控制系统分析 三种串级和一种单回路控制方案：三种串级和一种单回路控制方案：原料原料燃料油燃料油a) a) 方案一方案一

9、原料原料燃料油燃料油a) a) 方案四方案四a) a) 方案三方案三原料原料燃料油燃料油原料原料燃料油燃料油a) a) 方案二方案二方案一是以出口温度为主控变量、方案一是以出口温度为主控变量、燃料流量为副控变量的串级控制燃料流量为副控变量的串级控制系统。该控制系统的副回路由燃系统。该控制系统的副回路由燃料油量控制回路组成。抗干扰能料油量控制回路组成。抗干扰能力强。但该控制方案因燃料黏度较力强。但该控制方案因燃料黏度较大，导压管容易堵而不常被采用。大，导压管容易堵而不常被采用。方案二是以出口温度为主控变量、方案二是以出口温度为主控变量、燃料压力为副控变量的串级控制燃料压力为副控变量的串级控制系统

10、。该控制系统的副回路由燃系统。该控制系统的副回路由燃料油压力控制回路组成。因阀后料油压力控制回路组成。因阀后压力与燃料油流量之间对应关系压力与燃料油流量之间对应关系，因此，用阀后压力作为燃料油，因此，用阀后压力作为燃料油流量的间接变量，组成串级控制流量的间接变量，组成串级控制系统。同样该控制方案因燃料黏系统。同样该控制方案因燃料黏度较大，导压管容易堵而不常被度较大，导压管容易堵而不常被采用。采用。方案三是以出口温度为主控变量、方案三是以出口温度为主控变量、炉膛温度为副控变量的串级控制炉膛温度为副控变量的串级控制系统。该控制系统的副回路由炉膛系统。该控制系统的副回路由炉膛温度控制回路组成。用于抑

11、制燃料温度控制回路组成。用于抑制燃料油热值或成分的变化呵斥的影响，油热值或成分的变化呵斥的影响，这是上面两个方面所不及的。但炉这是上面两个方面所不及的。但炉膛温度检测点的位置重要，要能及膛温度检测点的位置重要，要能及时反映炉膛温度变化。时反映炉膛温度变化。方案四是以出口温度为主控变量方案四是以出口温度为主控变量的单回路控制方案。的单回路控制方案。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sY2 sF2 sF1 1CGs 2CGs VGs O2Gs O1Gs s

12、E1 sX2 sE2 m1Gs m2Gs 1O2O2O2KGsT s C2C2GsK VVGsK m1m1GsK m2m2GsK 1O1O1O1KGsT s C1C1GsK 12C2VO2O22C2VO2m2Y sGs Gs GsGsXsGs Gs Gs Gs m2O2O2VC2O2O2VC2111KsTKKKsTKKK大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs 12C2VO2O22C2VO2m2Y sGs Gs GsGsXsGs Gs Gs Gs m2O2O2VC

13、2O2O2VC2111KsTKKKsTKKKm2O2VC2O2O2VC21KKKKsTKKK111m2O2VC2O2m2O2VC2O2VC2sKKKKTKKKKKKK1O2O2sTK大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理m2O2VC2O2VC2O21KKKKKKKKO2m2O2VC2O2O21TKKKKTT 10C1O2O1m1Gs Gs Gs Gs 0111m1O1O1O2O2C1KsTKsTKK011m1O1O2C1O1O2KKKKsTsT01O2O1m1O1O2C1O2O1O2O12TTKKKKsTTTTsO2O1m1O1O2C120O2O1O2

14、O101,2TTKKKKTTTT令大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理振荡频率为系统振荡，时，当1020CAS102221O2O1O2O1221TTTT O2O1 O2O12 D21TTTT的工作频率为可求得单回路控制系统同理，即统具有相同的衰减率，串级控制系若使单回路控制系统与111 O2O1 O2O1DCASTTTT则大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sY2 sF2 sF1 1CGs 2CGs VGs O2Gs O1Gs sE1 sX2 sE2 m1Gs m2Gs 122O2*O22

15、C2VO2m2FsYsGsGsFsGs Gs Gs Gs 副副 回回 路路 干干 扰扰作作 用用 下下 ，副副 回回 路路 函函大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs 11C1O2O11C1O2O1m1YsGs Gs GsXsGs Gs Gs Gs 1*1O2O12C1O2O1m1Y sGs GsF sGs Gs Gs Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1

16、Gs sE1 m1Gs *O2Gs 。接近于，接近于希望012111sFsYsXsY 11C1O2C2*1O22YsXsGs GsQsYsGsFs 抗抗干干扰扰能能力力用用下下式式表表示示大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 1C2VO2O2C2VO2m2Gs Gs GsGsGs Gs Gs Gs 11C2VO2C1C1O2C2VO2m2C2*O2O2C2VO2m2Gs Gs GsGsGs GsGs Gs Gs GsQsGsGsGs Gs Gs Gs 1O2*O2C2VO2m2GsGsGs Gs Gs Gs C1C2VGs Gs Gs 大连民族学院机

17、电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX sY sF2 sF1 CG s VGs O2Gs O1Gs mGs 1CVO2O1CVO2O1mYsGs Gs Gs GsXsGs Gs Gs Gs Gs 1O2O12CVO2O1mYsGs GsFsGs Gs Gs Gs Gs sFsYsXsYsQ2D2为单回路系统的抗扰能力 CVGs Gs 单回路系统单回路系统大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 C2C1C2D2CQsGs GsQsGs CC2C1DCKKKsQsQ则例调节器，设所有调节器均采用比CC2C1KKK一般大连民

18、族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs 11O11C1O2O1m1Y sGsF sGs Gs Gs Gs 11C1O2O11C1O2O1m1YsGs Gs GsXsGs Gs Gs Gs 11C1C1O211Y sX sQsGs GsY sF s 抗抗干干扰扰能能力力用用下下式式表表示示大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX sY sF2 sF1 CG s VGs O2Gs O1Gs mGs 1O11C1VO2O1mY

19、sGsFsGs Gs Gs Gs Gs 1CVO2O1CVO2O1mY sGs Gs Gs GsXsGs Gs Gs Gs Gs D1CVO21Y sX sQsG s Gs GsY sF s 抗抗干干扰扰能能力力用用下下式式表表示示大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 D1CVO2QsG s Gs Gs C1C1O2QsGs Gs 1C2VO2O2C2VO2m2Gs Gs GsGsGs Gs Gs Gs C1C1O2D1CVO2QsGs GsQsGs Gs Gs c c与与d d回回路路抗抗干干扰扰能能力力之之比比 1C2VO2C2VO2m2C1CV

20、O2Gs G s GsGs G s Gs GsGsG s G s Gs 1C1C2CC2VO2m2Gs GsGsGs Gs Gs Gs 1CCVO2m2C1C2C1GsGs Gs Gs GsGs GsGs CC1GsGs在在 11C1D1VO2m2C2QsQsGs Gs GsGs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理1C2, 一一般般G G于于是是 1VO2m2Gs Gs Gs 1C1D1VO2m2QsQsGs Gs Gs sX1 sY1 sY2 sF2 sF1 1CGs 2CGs VGs O2Gs O1Gs sE1 sX2 sE2 m1Gs m2G

21、s sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 1C2VO2O2C2VO2m2Gs Gs GsGsGs Gs Gs Gs 11m2C2VO2GsGs Gs Gs 1O2m2GsGs sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs 时使得，当副回路增益足够大时1O2VC2sWsWsW 1C2VO2Gs Gs Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民

22、族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理外给定外给定丈量丈量输出输出电源电源流量对流量对象象TT1x调理阀调理阀FT温度对温度对象象FCTC1y2y2f1f1x调理器调理器手动手动内给定内给定外给定外给定大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理流量对流量对象象TT1x调理阀调理阀FT温度对温度对象象FCTC1y2y2f1f1x调理器调理器手动手动内给定内给定外给定外给定大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工

23、程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理例题例题2-42-4：串级控制系统的余差：串级控制系统的余差假设主、副广义对象均为一阶惯性环节，分析当主副控假设主、副广义对象均为一阶惯性环节，分析当主副控制器采用不同的控制规律时，串级控制系统的余差。制器采用不同的控制规律时，串级控制系统的余差。21( )F ss 12121211( );( )OOOOOOKKGsGsT sTs 012012122121211111lim( )lim()() ()( )( )( )SOOSOOOOcOOccesssY ss

24、K KT sT sT sK GsK K G s Gs 设扰动设扰动F2F2为阶跃信号为阶跃信号大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理当主、副控制器中有一个具有积分作用时，串级控制系当主、副控制器中有一个具有积分作用时，串级控制系统的余差均为统的余差均为0 0，2 2、扰动进入主环，同样设扰动为阶跃信号、扰动进入主环，同样设扰动为阶跃信号11( )F ss 1222121201( )OOssOcOOccK KeKKK KK K 当主副控制器都为当主副控制器都为P P控制规律时，串级控制系统的余差为控制规律时，串级控制系统的余差为0111220121221

25、212111111( )lim( )()( )lim()() ()( )( )( )ssSOOOOcSOOOOcOOccesY ssT sKK K GsT sT sT sK GsK K G s Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理主控制器要采用主控制器要采用PIPI控制规律，才干保证系统无余差控制规律，才干保证系统无余差12212212121()OOCOssOcOOccKKKKeKKKKK K 分析，只需当主控制器为分析，只需当主控制器为PIPI、副控制器为、副控制器为P P，或，或PIPI时，时，串级控制系统才没有余差。串级控制系统才没有余差。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理操作步骤：操作步骤：大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理操作步骤：操作步骤：大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息