高等过程控制-第3章1串级

串级控制系统13.1串级控制系统3.1.1

串级控制系统的基本原理和结构3.1.2串级控制系统的分析3.1.3串级控制系统的设计和调节器的选型3.1.4串级控制系统的整定23.1.1串级控制系统的基本原理和结构电厂锅炉过热汽温控制系统分析被控量：主汽温θ2控制手段：减温器的喷水

主汽温对象特点：滞后和惯性较大

采用单回路控制品质不好导前信号3锅炉过热汽温串级控制系统原理图

温度定值内扰θ2PI1PI2执行器阀门减温器过热器变送器变送器θ1副回路（内回路）：粗调主回路（外回路）：细调主参数（主变量）：θ1副参数（副变量）：θ2主调节器副调节器主对象(导前区对象)副对象(惰性区对象)主调副调导前区惰性区43.1.2串级控制系统的分析（1）由于副回路具有快速作用，因此，串级控制系统对进入副回路的扰动有很强的克服能力。

Y1R1F(s)Y2WT1WT2W01Wm2Wm1WZWuW02W0f5当干扰f经干扰通道WOf进入副回路后，首先影响副参数y2，于是副调节器立即动作，力图消弱干扰对y2的影响。

显然，干扰经过副回路的抑止后再进入主回路，对y1的影响将有较大的减弱。串级与单回路相比,动态增益明显减小(证明),可减小到原来的0.01~0.16（2）由于副回路的存在，改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率。将整个副回路看成是一个等效对象WO2*(s)

等效对象的时间常数缩小了，而且随着副调节器比例增益的增大而减小,从而加快了副回路的响应速度，提高了系统的工作频率。(证明)可见，当扰动在副回路以外（例如外扰）时，由于副回路减小了对象的时间常数，提高了整个系统的工作频率，因此也能改善系统的工作品质。7（3）由于副回路的存在，使串级系统有一定的自适应能力。负荷变化引起副回路内各环节参数的变化，可以较少影响或不影响系统的控制质量。一般KT2KZKμKO2Km2>>1

由于副回路通常是一个随动系统，当负荷变化时，主调节器将改变其输出值，副调节器能快速跟踪，及时而又精确地控制副参数，从而保证系统的控制品质。

83.1.3串级控制系统的设计和调节器的选型一、主、副回路的设计原则

（1）参数的选择应使副回路的时间常数小，控制通道短，反应灵敏。（2）副回路应包含被控对象所受到的主要干扰一般应使副回路的频率比主回路的频率高得多，当副回路的时间常数加在一起超过了主回路时，采用串级控制就没有什么效果。（3）主、副回路工作频率应适当匹配为确保串级系统不受共振现象的威胁，一般取式中：Td1为主回路的振荡周期；Td2为副回路的振荡周期。9二、主、副调节器的选型

1．副调节器的选型副调节器的任务是要快速动作以迅速消除进入副回路内的扰动、而且副参数并不要求无差，所以一般都选P调节器.如果主、副回路频率相差很大，也可考虑采用PI调节器。2．主调节器的选型主调节器的任务是准确保持被调量符合生产要求，不允许被调量存在静差。因此主调节器一般都采用PI调节器，如果控制对象惰性区的容积数目较多，同时有主要扰动落在副回路以外的话，就可以考虑采用PID调节器。

103.1.4串级控制系统的整定R1Y2WT1WT2W01Wm1W02Wm2Y1整定方法:逐次逼近法,两步整定法,补偿法11一.逐次逼近法（1）先整定副调节器WT2(s)。在第一次整定副调节器时，断开主环，即按副回路单独工作时的单回路系统来整定副调节器WT2(s)的参数，记作[WT2(s)]1。（2）根据[WT2(s)]1，整定主调节器WT1(s)。按单回路系统整定方法求出主调节器的参数，记作[WT1(s)]1。（3）据（2）得到的[WT1(s)]1，再整定副调节器WT2(s)。然后根据单回路系统的整定方法求出副调节器的参数，记为[WT2(s)]2。（4）如果[WT2(s)]2的参数值与第（1）步得到的[WT2(s)]1的参数值基本相同，那么整定就告完成。两个调节器的整定参数分别为步骤（1）和（2）中求得的参数。否则应根据[WT2(s)]2重复步骤（2）、（3），直到出现两次整定结果基本相同时为止。12二.两步整定法1．先整定副调节器当副回路受到阶跃扰动时，在较短时间内副回路控制过程就告结束；在此期间，主