《过程控制与集散系统》课件-5.3 串级控制的表示和特点

串级控制的表示和特点复杂控制过程-从单回路控制系统到复杂控制系统RepresentationandCharacteristicsofCascadeControl.课程名称：《过程控制与集散系统》问题导入单回路控制系统应用广泛可解决约85%

的工业控制问题存在局限对某些特殊工况控制效果不佳，甚至失效复杂控制如：串级控制提高控制质量如：比值控制、分程控制为特殊控制所设定问题导入单容控制系统结构双容控制系统结构扰动量控制性能被控变量比较结果稳定性：单容＞双容调节时间：单容＜双容动态偏差：单容＜双容问题分析干扰流量1调节阀进口流量两者性能差别主要原因：控制滞后进口流量变化时的滞后经过上水箱这样一个一阶惯性环节，才能影响到下水箱。控制器调节时的滞后控制作用也需经过上水箱惯性环节才能传递至下水箱。双容要比单容在时间上滞后，导致其动态偏差较大，容量滞后。01性能提升解决方案与方案优化02串级控制的表示03串级控制的特点目录一、性能提升解决方案与方案优化干扰流量进口流量一、流量+液位定值控制优点可快速克服进口流量干扰对被控变量的影响，且方法简便，易于实现。缺点不能克服干扰流量的影响。一、性能提升解决方案与方案优化二、液位+液位定值控制优点可快速克服进口流量和干扰流量对被控变量的影响，且方法简便，易于实现。缺点调节时间相对稍长。一、性能提升解决方案与方案优化干扰流量进口流量方案一方案二这两种方法都会提高下水箱液位稳定性，却有一个共同缺点：进水管道上需安装两个调节阀，导致设备较多。一、性能提升解决方案与方案优化干扰流量进口流量方案一一、性能提升解决方案与方案优化方案二二、串级控制的表示以方案二为例方案二方框图采用两个调节器串联工作下水箱调节器主调节器（设定副调节器的给定值）上水箱调节器副调节器（直接控制调节阀）二、串级控制的表示以方案二为例方案二方框图与单回路系统的区别：形成了双闭环结构副环副调节器和液位2形成的闭环主环主调节器和液位1形成的闭环串级控制系统副环是串联在主环之中二、串级控制的表示控制系统主、副回路各司其职，协同工作，体现出现实工作中团队协作与系统思维的重要性。实际应用需要多个环节紧密配合、分层负责，才能实现整体目标的高效稳定运行。现实启示注重结构优化、信息联动与责任分层，才能应对复杂挑战，提升整体效能。二、串级控制的表示副回路由副调节器、调节阀、副对象、副测量变送器组成的回路。主回路整个串级控制系统包括主对象、主调节器、副回路等效环节和主变量测量变送器，称为主回路，又称为主环或外环。主回路定值控制系统，满足工艺要求。副回路随动控制系统。根据主控制器的输出值，控制副对象的输出，能克服回路中的干扰影响，提高整个系统的控制性能。串级控制一般方框图三、串级控制的特点改善过程动态特性串级控制系统可以看作是一个改变了过程特性的单回路系统。由于副回路的存在，相当于改善了部分过程的动态特性，使过程时间常数和放大系数都减小了，从而使系统的反应速度加快，控制更为及时，提高系统的控制质量。三、串级控制的特点增强对二次扰动的克服能力抗干扰机制二次扰动进入副回路，还没有等它影响到主变量时，副调节器开始动作，对主变量的影响较小，提高主变量的控制质量。抗扰能力对比对于进入副回路的干扰，串级控制系统比在相同条件下的单回路系统具有较强的抗扰动能力。系统结构特点串级控制系统比单回路系统多一个副回路。三、串级控制的特点系统工作频率提高时间常数：动态特性副回路使等效过程的时间常数减小时间常数：在采用串级控制时系统的工作频率就比采用单回路控制时为高（在相同衰减比下）：及时克服干扰快速消除偏差整体控制质量提高三、串级控制的特点有一定的自适应能力串级控制系统主回路是一定值系统，副回路是一个随动系统。自适应机制主调节器根据负荷与操作条件变化，动态调整副调节器的给定值。副回路随动响应，使系统适应外部变化。控制效果具有一定的自适应能力。系统控制性能随负荷变化，表现出很强的适应性。课后练习温度-蒸汽流量串级控制01画出串级控制系统的一般表示。02画出温度-蒸汽流量串级控制系统方框图。复杂控