第二篇复杂控制金以慧清华大学出版社.ppt

1、第五章串级控制系统和比率控制系统，5-1串级控制系统概念5-2串级控制系统分析5-3串级控制系统设计和实现中的几个问题5-4调节器选择5-5比率控制系统，大延迟对象：过热蒸汽温度，简单控制系统，控制系统仿真，5-1串级控制系统概念，减温水扰动，减温水扰动大超调量，低振荡频率，长调节时间，小超调量，改善振荡频率，单回路控制系统，串级控制系统，大超调量，低振荡频率，缩短调节时间，常称为辅助对象串级控制系统的特点：有效克服二次扰动；改善了对象的动态特性。有一定的适应能力；各调节器的作用：二次调节：克服二次扰动的粗调；主音：细调和系统校正。串级控制系统分析，1。有效克服了二次扰动，串级系统对二次扰动的

2、响应很小，特别是在主回路的工作频率下。与单回路相比，二次扰动的影响可降低10100倍。2。改善对象的动态特性，与单循环相比，一般取、置、tp2、Tp2。二次调节的增益可以是kc2Tp2，这加快了二次回路的响应速度。当tp2较小时，Gp2(s)1对象的等效传递函数为：有一定的自适应能力，调节阀和先导区负荷变化引起的非线性可以大大降低对控制品质的影响。2)二次回路为快速流量伺服系统，能快速跟踪主调节器的输出，精确控制调节量(流量)，保证控制质量。1)由于串级控制系统设计和实现中的几个问题，1)二次回路的设计，1)二次调节参数的选择应使二次回路的时间常数小；这样，信道短，响应灵敏。2)二次回路应包含

3、主扰动；一般来说，调节量的扰动应包括在内。2.主辅电路工作频率的选择，级联系统的谐振分析，辅电路的工作频率应为主电路工作频率的310倍。3.防止调节器积分饱和的原因有：外因是长期偏差，内因是控制器的积分效应，主辅调节器均采用PI调节时，串级控制系统容易出现积分饱和。主调节器产生积分饱和，这将使控制不及时并增加系统输出过冲。当系统正常时，R2(s)=Y2(s)。那么主调节器的输出为：并且主调节器被调节到积分外部反馈。也就是说，在常规的PI调节中，当R2(s)Y2(s)时，主调节器的输出是：比例调节(无积分)、偏移、反积分饱和措施：4。串级控制调节器的动作方向、1)确定调节器的空气开和关2)确定辅

4、助对象特性3)确定辅助调节器的动作方向4)确定主要对象特性当在串级和单回路之间切换时，我们应该考虑主调节器的动作方向的切换，并且当从串级切换到单回路时将主音调改变为正动作。5-4调节器的选择和设置，1。选择，1)通常为辅助调节器选择压力调节，如果主回路和辅助回路的频率相差很大，也可以选择压力调节。2)主调节器一般选择PI调节，如果主回路有大的扰动，也可以选择PID调节。2。参数设置，1)逐次逼近法。(第118页)步骤2)两步设置方法。在步骤(第118页)中，采用了串级调节控制的一般条件：*二次扰动频繁；*大延迟对象，可分为特征差异大的引导区和惰性区；*二次回路的工作频率应为主回路的310倍，比

5、例控制系统应为5-5。定义：自动保持两个或多个参数之间比例关系的控制系统是比率控制系统。、合成炉比例控制系统、单回路流量伺服系统、管道示意图，重点是R、1的计算。比值系数的计算，1)流量与测量信号呈非线性关系，流量由差压变送器直接测量。对于420毫安变送器，是通过比率装置R后的比率系数。代入，得到：当调节器作用在PI上时，在稳态，*比率系数恒定，与负载无关；2)流速与测量信号成线性关系；当PI起作用时，它在稳态下是恒定的；*比率系数是常数，与负载无关；结论：无论如何处理被测信号，比值是恒定的，但数值不同；2)比率系统的非线性特征；1)差压变送器的输出电流直接作为流量信号，增益与负载有关。纠正措

6、施：选择具有补偿特性的调节阀，使系统线性；2)利用压差变送器的输出作为流量信号，增益与负载无关，测量信号的线性处理保持系统的线性特性不变；1)双闭环比率控制系统；3)公用比例系统，如锅炉燃烧控制系统中的风煤控制；2)可变比率控制系统，如变换炉的催化剂层温度控制系统。第六章利用补偿原理提高系统的控制质量6-1概述6-2前馈控制系统6-3大延迟系统6-4非线性增益补偿系统6-1概述、反馈控制原理：根据试验方法的偏差进行控制，如果有偏差，调节器的输出不能预先指定。反馈控制的缺点：设计控制器时要考虑到Gff的KVGP(。扰动d的变化与输出Y无关.前馈控制器，工程实践中的几个不变量，(1)绝对不变性，(

7、2)误差不变性，(3)稳态不变性，(4)选择不变性：对主要扰动的不变性，不变性原理：控制系统的调节量与扰动量绝对无关或与一定的精度无关。即被控对象内部扰动(调节量)和外部扰动，6-2前馈控制系统基本概念静态前馈动态前馈反馈控制系统，以及汽包水位控制实例，当Gff(s)Gp(s)=-Gd(s)时，蒸汽扰动对水位的影响被消除。Gff(s)称为前馈控制器。定义：基于不变性原理的控制称为前馈控制。这是一种带有扰动补偿的开环控制，不影响控制系统的稳定性。1、基本概念、定义：基于不变性原理的控制系统称为前馈控制系统。它是一个开环控制系统，根据扰动进行补偿，2个静态前馈，定义为静态前馈。也就是说，基于稳态不变性原理，前馈控制器的设计可以根据简单情况和复杂情况进行。在简单的情况下，如果静态前馈控制器为：则静态前馈控制器的参数被调整为：1。根据已知的开环传递函数计算：2。由实验方法计算(构成PI反馈控制回路)，由管式换热器控制，换热器的热平衡方程为：定压比热容和汽化潜热，然后前馈控制器静态前馈控制器，复杂情况：(多变量前馈)，3个动态前馈，if，静态前馈kff，动态前馈Gff(s)，扰动输出yd，动态前馈产生的面积，动态前馈Gff(s)的