常用复杂控制系统之串级控制原理

1、串联控制原理，如管式加热炉是炼油厂常用的设备之一，其工艺要求是保持炉出口温度恒定。 一、串行控制系统的构成、干扰：原料流量、初始温度燃料流量、燃料热量。 建议1 :管式加热炉出口温度的单回路控制，温度检测变送器，温度控制器，期望温度，原料，燃料的流量等干扰，控制作用慢，偏差大，控制品质差。 问题点：方案2 :管式加热炉出口温度的间接控制(1)，问题点：在该方案中，炉出口温度不是控制量，而是原料入口温度或初始温度等干扰因素导致出口温度变化的情况下，该间接控制系统无法恢复变化的温度，希望流量、流量检测变送器、流量控制器， 通过将管式加热炉出口温度的间接控制(2)、期望炉膛温度、温度控制器的输出作为

2、流量控制器的设定值，根据流量控制器的输出控制燃料油线的控制阀，从而能够抑制燃料油流量的紊乱，提案3 :加热炉出口温度和燃料流量的串联控制，同样，加热炉出口温度和炉膛温度的串联控制抑制燃料油流量的紊乱和热值的紊乱串行控制系统：两个调节器串联连接，控制一个致动器，实现一定值控制的控制系统。 串行控制系统中常见的名词术语：温度-流量串行控制系统的框图如下：主、副变量、主、副控制器(调节器)、主、副对象、主、副检测变送器、主、副电路。 作用于主、副对象的干扰分别是1、2次干扰。 情况1 :妨碍燃料油的流量变化，初始阶段出口温度不变化，温度控制器的输出通过变化的测量值和不变化的设定值之差进行控制，改变执

3、行元件的原来的开度，使燃料油接近原来的设定值。 出口温度变化时，温度控制器不断地变化流量控制器的设定值，流量控制器控制炉出口温度，直到测量值和变化的设定值之差再次回到设定值。 首先是副回路，主回路，情况2 :由于原料油的干涉使炉出口温度上升，出口温度控制器输出流量控制器的设定值。、燃料油的流量根据温度控制的需要不断变化。情况3 :一次干涉和二次干涉同时存在，主、副变量同方向变化，与主、副调节器合作，阀的开度大幅度变化，炉出口温度马上恢复到设定值。 主、副变量反向变化的两个干扰作用相互抵消，燃料油的流量略微调整。 根据分析，子控制器具有“粗调”的作用，而主控制器具有“细调”的作用，两者互相配合，

4、控制质量一定比单环路控制系统高。 返回1，可快速克服进入副电路的二次干扰，串联控制系统的框图如下：串联控制系统的特征，输出对输入的传递函数：输出对二次干扰的传递函数：单电路控制系统的框图如下：串联控制系统为二串行控制系统克服一次干扰的能力也比单电路控制系统强。 2、提高系统的工作频率，双容对象的单电路控制系统如下图所示：其特征方程式：衰减振动频率：自然振动频率、衰减比，双容对象的串联控制系统如下图所示：串联控制系统由于副电路的存在提高系统的工作频率，减少振荡周期，衰减系数相同的情况下可相同：3，用于减小对象的时间常数，来自特征2的子电路传递函数：方程中：等效子对象的时间常数小于子对象本身的时间

5、常数，这意味着控制信道的缩短，其中控制作用更及时，并且响应速度更快。符合单电路控制系统的选择原则，选择直接或间接反映生产过程中产品产量、质量、节能、环境保护及安全等控制要求的参数作为主变量。 一、主变量的选择，二，副变量的选择，选择原则：(1)确保副电路的时间常数小，包含主要和更多的干扰，副电路中包含的干扰越大，其通路越长，克服干扰的灵敏度就越低。 串行控制系统的设计，(2)使主、副对象的时间常数一致，确保副电路的工作频率，一般来说，必须考虑、主电路的工作频率，(3)过程上的合理性、可能性和经济性，(3)主、副控制器的选择，(1)控制规则的选择，主控制器： 精度要求高的PI，主对象滞后大的PI

6、D，副控制器：一般使用p，精度要求高，副对象时间常数PI太小，(2)控制器的正反作用方式的选择，“先副主”将副电路视为设定值不变的单电路，单电路中调节器的正反作用开放、反作用力、反作用力、返回、子电路：是一种跟踪系统，一般对其控制质量要求不高，对其迅速性要求高。 主回路：定值控制系统，其控制质量与单回路控制系统相同。 参数整定方法：逐次近似法、二阶段整定法、一步整定法、串联控制系统应用于参数整定、返回、1、容量延迟大的过程，设计指导思想：单环路控制系统能满足控制性能要求，就能满足串联控制等复杂的控制系统温度、质量等容量延迟大，控制质量要求高的系统，例如加热炉出口温度和炉膛温度的串联控制系统，原

7、料油热值变化引起的炉膛温度变化只有3分钟，串联控制系统的工业应用，2，被应用于纯延迟大的工艺，对象纯延迟大， 如果单回路控制系统不能满足控制性能指标，可以采用串联控制系统：在接近控制阀的纯延迟小的地方选择子参数，将干扰并入子电路。 例如：网前箱温度-温度串行控制系统，要求：单环路控制：串行控制：3，变化剧烈和有大干扰的过程，例如：精馏塔温度和蒸汽流量串行控制系统，要求：单环路控制：串行控制：4，非线性过程例如：在合成反应炉中部温度和吸气口温度的串联控制系统、非线性设备、5、自校正设定值、串联控制系统中，副控制器的设定值由主控制器的输出决定，主控制器的输出由主变量的变化产生。 因此，控制量的设定