《过程控制系统》课件-项目二 复杂控制系统

任务2.1串级控制系统项目二复杂控制系统任务要求0102理解串级控制系统的概念掌握串级控制系统的组成任务要求203会分析串级控制系统的内回路和外回路串级控制系统基本概念构成主目录3工作原理串级控制系统的基本概念第一部分串级控制系统的基本概念5串级控制系统是指控制系统中有两个相互串联的控制器，两个反馈通道分别将测量信号送入两个控制器并以此形成回路的双回路控制系统。概念：串级控制系统的基本概念6主控制器和副控制器：主控制器的输出作为副控制器的给定值。内回路和主回路：内回路嵌套在外回路之中。主参数和副参数：分别作为主、副控制器的反馈输入信号。串级控制系统的基本概念7由于过热器惰性的存在，导致控制系统的快速性能变差，控制质量不理想喷水减温控制阀喷水减温器的冷水流量调节主蒸汽温度串级控制系统的基本概念8系统快速性能提高增加一个控制器过热器高温段入口处的蒸汽温度送入副控制器的输入端为提高控制质量，在原单回路控制系统的基础上：串级控制系统的构成第二部分串级控制系统的构成10321主控制器和副控制器两个测量变送器一个执行器一个控制阀门被控对象45串级控制系统的构成1101020304串级控制系统的构成05主参数（主变量）起主导作用的被控参数。如：过热蒸汽温度θ1。副参数（副变量）能提前反映主参数变化趋势的中间参数。如过热器高温段入口处的蒸汽温度θ2。主控制器输入为主参数的测量反馈信号与主参数的给定值信号的偏差，其输出作为另一个控制器给定值的那个控制器。主回路（外回路）断开副控制器的测量反馈通道后的闭合回路。1206副控制器其给定值由主控制器的输出决定，输入为主控制器的输出与副参数的测量变送信号的偏差信号，输出控制信号给执行器的那个控制器。副回路（内回路）由副控制器、执行器、喷水控制阀、减温器和测量变送器组成的回路。串级控制系统的工作原理第三部分串级控制系统的工作原理14内回路的测量反馈信号θ2超前于主信号θ1的变化，且与主信号的变化方向相同，对扰动的响应很快。因而当扰动发生时，副参数随之发生变化，使得进入副控制器的偏差信号变化，副控制器输出的控制作用发生变化。通过执行器去改变控制阀门的开度，克服扰动，对副参数进行控制。进而实现对主参数的超前控制，使得系统的动态控制过程性能得到改善。串级控制系统的工作原理15控制系统的内回路承担着改善系统动态特性的作用，且对扰动的响应快。内回路可看作是一个快速随动系统，常采用P或PD型控制器。在设计系统时，应量把影响主参数的主要干扰以及变化幅度大、动作频繁的扰动信号包含在副回路内，提高系统的抗干扰能力。串级控制系统的工作原理16外回路是个定值系统，一般采用PI或PID型控制规律串级控制系统的工作原理主控制器输入信号为主参数的给定值与其测量反馈信号的偏差信号，由于被控对象惯性和延迟的存在，当扰动发生时，外回路的动作要落后于内回路，它的控制作用是在内回路控制作用的基础之上进行的，使得系统的整体控制作用变强。当主参数在扰动的作用下发生变化而偏离给定值时，主控制器的输出变化，即改变副控制器的给定值，使得副控制器输出的控制作用变化，通过执行器去改变控制阀门的开度，实现对主参数的控制，使系统达到稳态时，主参数稳定在给定值上。任务2.2前馈-反馈复合控制系统项目二复杂控制系统前馈控制：反馈控制前馈-反馈复合控制系统根据扰动信号进行控制，控制及时，但一个前馈控制器只能补偿某一种扰动，无法克服所有的扰动。系统结构复杂。能够客服所有扰动信号对被控量产生的影响，但控制滞后于扰动，不及时。前馈-反馈复合控制系统19任务要求20任务Mission理解前馈-反馈复合控制系统的基本概念NO：1熟练掌握前馈-反馈复合控制系统的组成NO：2前馈-反馈复合控制系统基本概念组成主目录21特点前馈-反馈复合控制系统的基本概念第一部分前馈-反馈复合控制系统的基本概念23概念：系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在对被调量采用反馈控制以克服其它的扰动信号，这样的控制系统就是前馈——反馈复合控制系。前馈-反馈复合控制系统的基本概念2401复合控制：是指系统中存在两种不同的控制方式，即前馈控制和反馈控制。03反馈控制：为了使系统能克服所有扰动信号对被调量产生的影响。02前馈控制：对主要的扰动信号进行完全补偿。04系统中需要测量的信号既有被调量，又有扰动信号。前馈-反馈复合控制系统的基本概念25图混合水温复合控制示意图前馈-反馈复合控制系统的构成第二部分前馈-反馈复合控制系统的构成27构成01020304扰动信号测量变送器：对扰动信号进行测量并转换成统一的电信号被调量测量变送器：对被调量进行测量并转换成统一的电信号前馈控制器：对扰动信号进行完全补偿调节器：反馈控制调节器，对被调量进行调节前馈-反馈复合控制系统的构成28构成050607执行器和调节机构扰动通道对象：扰动信号通过该通道对被调量产生影响控制通道对象：调节量通过该通道对被调量进行调节前馈-反馈复合控制系统的特点第三部分综合了反馈控制和前馈控制的优点010302前馈-反馈复合控制系统的特点30引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件并没有改变引入前馈补偿没有影响系统的稳定性任务2.3导前微分控制系统项目二自动控制的品质指标任务要求32任务Mission熟悉导前微分控制系统的基本概念NO：1正确理解导前微分控制系统组成NO：2学会分析导前微分控制系统的工作原理NO：3导前微分控制系统基本概念组成主目录33特点导前微分控制系统的基本概念第一部分导前微分控制系统的基本概念35导前微分控制系统包含两个反馈回路，是一个双回路控制系统导前微分控制系统的基本概念3601030204只有一个控制器

内回路、外回路被控对象由导前区和惰性区组成导前区的延迟和惯性时间小，而惯性区的延迟和惯性时间大内回路的反馈通道由微分器和测量变送器组成导前微分控制系统的构成第二部分导前微分控制系统的构成38010203040506导前微分控制系统构成执行器两个测量变送器微分器控制器控制阀们被控对象组成39导前微分控制系统的构成主参数副参数主回路导前微分回路导前微分控制系统的工作原理第三部分41导前微分控制系统的工作原理微分器能够直接反映副参数（θ2）随时间的变化趋势，间接反映主信号（θ1）的变化方向，且超前主信号的变化，对扰动的响应很快。导前微分回路是跟据副参数随时间的变化率进行控制的，而不是根据副参数的变化量进行的。当系统处于稳态时，微分器的输出信号为零，此时，导前微分控制系统为一单回路控制系统。导前微分控制系统主回路42导前微分控制系统的工作原理导前微分控制系统主回路一个定值系统，承担着主参数的定值控制当系统达到稳态时，由于微分器的输出信号为零，因而主参数稳定在给定值上。当扰动发生时：

主回路的动作要落后于导前微分回路主参数发生变化而偏离给定值执行器去改变控制阀