热工自动控制系统3

三复杂控制系统任务一串级控制系统任务一串级控制系统一、基本概念二、串级控制系统的组成三、串级控制系统的工作原理四、串级控制系统的整定一、基本概念1、定义：系统中有两个相互串联的调节器，两个反馈通道分别将测量信号送入两个调节器，并以此形成的双回路控制系统。2、理解：

1）有两个调节器相互串联，主调的输出作为给定值送入副调；

2）有两个反馈回路，内（副）回路嵌套于外（主）回路中；

3）有两个测量反馈信号，分别反馈回主、副调节器。3.串级控制系统实例——主汽温度控制系统主汽温分段控制，过热器的高温段和低温段之间设置喷水减温器。因气温对象有很大的惰性，调节反映较慢，采用单回路控制效果不理想，故采用串级控制系统。二、串级控制系统的组成相关术语：主参数：主要被控参数（过热汽温θ1）副参数：提前反映主参数变化趋势的中间参数（高过入口汽温θ2）主调节器：输入是主参数的偏差，输出是副调节器的给定值。副调节器：输入是主调输出与副参数的偏差，输出调节信号给执行器。主回路：即断开副参数反馈通道的外回路；副回路：即内回路，包括副调、执行器、喷水调节法、减温器和副参数的温度测量变送器。三、工作原理1、内回路：副参数θ2超前于主参数θ1

变化，且与其变化方向相同，对扰动响应很快。对副参数进行调节可以实现对主参数的超前调节，改善了动态特性。应把扰动尽量纳入内回路，以提高系统的抗干扰能力。副调常采用P或PD调节器，实现对扰动的快速响应。故内回路可以看做一个快速随动系统，分析系统时可以用一个比例环节等效代替。2、外回路：是一个定值系统，承担主参数的定值调节作用，故主调一般采用PI或PID调节器。但因对象惯性迟延的存在，扰动发生时外回路的动作滞后于内回路，在其粗调的基础上进行细调，使系统的整体调节作用变强。最终使系统达到稳态时，主参数稳定在给定值（θ1=θ0）。四、整定调节器参数整定顺序：先整定内回路，再整定外回路。按照“先内后外”的顺序进行。任务二前馈-反馈复合控制系统一、前馈控制系统二、前馈-反馈复合控制系统三、前馈控制器的设计一、前馈控制系统1、前馈控制：控制器根据扰动信号的大小和方向对被控量进行调节。故又称扰动补偿控制。2、概念的理解：1）测量信号是扰动信号，不是被控量；2）前馈控制器只是补偿扰动对被调量的影响，无给定值输入，故控制效果未知。3）一个前馈控制器仅对某一扰动信号进行补偿，无法克服所有扰动。3、系统结构扰动是冷水流量，调节量是热水流量，混合水温是被调量。4、控制特点：1）调节及时，系统的快速性好；2）一个前馈通道只能对某一扰动信号进行补偿；3）前馈控制的控制效果未知。5、前馈控制器传递函数的确定完全补偿性原理：使扰动信号通过扰动通道和调节通道对被调量的影响正好相互抵消。完全补偿性条件：WD(s)+WB(s)Wob(s)=0

前馈控制器传递函数：二、前馈-反馈复合控制系统反馈控制能克服所有扰动信号对被控量产生的影响，保证被调量等于给定值，但调节滞后于扰动，不及时；前馈控制根据扰动调节，调节及时，但一个前馈只能补偿一种扰动，无法克服所有扰动，且调节效果未知。

1、基本概念：在反馈的基础上，加上主要扰动的前馈控制，构成前馈－反馈控制系统。综合了开环和闭环控制各自的优点。当外界扰动作用时，在输出量还没有反映之前，先按开环进行粗调，尽量使控制作用在一开始就抵消扰动对控制对象的大部分影响，然后通过反馈进行细调，使被调量等于给定值。这样系统既有补偿主要扰动信号的前馈控制，又有克服所有扰动的被控量反馈控制。2、概念的理解：1）复合控制是指系统采取了前馈和反馈两种不同的控制方式；2）前馈控制的作用是对主要信号进行完全补偿；3）引入反馈是为了克服所有扰动对被控量产生的影响。4）测量信号既有被控量，又有扰动信号。3、前馈-反馈复合控制系统实例分析——混合水温控制系统。4、系统构成1）扰动信号测量变送器；2）被控量测量变送器；3）前馈控制器；4）反馈调节器；5）执行器和调节机构；6）扰动通道对象；7）控制通道对象。5、前馈-反馈复合控制系统特点1）系统综合了反馈控制和前馈控制的优点，弥补了二者的缺点，故应用广泛。2）引入前馈补偿不影响反馈系统的稳定性。3）引入反馈调节不影响前馈控制的完全补偿条件。三、前馈控制器的设计完全补偿条件：任务三导前微分控制系统一、基本概念二、导前微分控制系统的组成三、导前微分控制系统工作原理一、基本概念1、定义：包含导前信号微分内回路和主参数反馈调节外回路的双回路控制统。2、概念的理解：1）虽是双回路，但只有一个调节器；2）两个反馈回路，导前微分回路是嵌套在主参数反馈调节回路内的内回路。3）被控对象由迟延和惯性小的导前区和迟延和惯性大的惯性区组成。4）内回路反馈通道由微分器和测量变送器组成，承担对导前信号运算的作用。3、实例——汽包炉主汽温度导前微分控制系统。二、导前微分控制系统的组成元件构成：调节器、两个测量变送器、微分器、执行器、喷水调节阀和被控对象。主参数：最主要的被控参数（θ1）；副参数：能提前反映主参数变化趋势的中间参数（θ2）。主回路：断开微分器的测量反馈通道后的闭合回路。导前微分回路：包括调节器、执行器、喷水调节阀、导前区对象、副参数测量变送器和微分器。导前微分控制系统三、导前微分控制系统工作原理1、导前微分回路微分器能直接反映副参数随时间的变化趋势，间接反映主信号的变化方向，且超前主信号的变化，对扰动响应很快。通过内回路对副参数的调节，实现对主参数的超前调节，改善了调节系统的动态特性。因内回路是根据副参数随时间的变化率进行调节的，故系统处于稳态时，微分器的输出信号为零，此时系统为一单回路控制系统。2、主回路导前微分控制系统的主回路是一个定值系统，承担主参数的定值调节任务。其作用滞后于导前微分回路，在其粗调的基础上进行细调。