串級(jí)控制系統(tǒng)

1、5 串級(jí)控制系統(tǒng)主負(fù)控制器正、反作用方向的確定副控制器的作用方向的確定原則：按簡(jiǎn)單（單回路）控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的正、反作用方向的確定原則確定，以構(gòu)成負(fù)反饋閉環(huán)控制回路。主控制器正、反作用的確定原則：主、副變量同方向變化時(shí)，都要求操縱變量同方向變化（即：同時(shí)要求操縱變量都增大或都減?。?，此時(shí)主控制器方向規(guī)定為“反”作用方向。主、副變量同方向變化時(shí)，要求操縱變量的變化方向是相反的（即：主變量要求操縱變量都增大（或減小），而副變量要求操縱變量都減?。ɑ蛟龃螅?， 此時(shí)主控制器為“正”作用方向。例 1 管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。1）指出該系統(tǒng)中主、副對(duì)象、主、副變量、操縱變量、主、副擾動(dòng)變量、主、副

2、調(diào)節(jié)器各是什么？ 2）畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定各個(gè)環(huán)節(jié)的正反作用方向；主對(duì)象 ：加熱爐內(nèi)加熱管的管壁；3）當(dāng)燃料油負(fù)荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。解：1）主對(duì)象 ：加熱爐內(nèi)加熱管的管壁；副對(duì)象 ：加熱爐的爐膛T2； 操縱變量：燃料的流量；主擾動(dòng)量 f1：被加熱原料的進(jìn)口的溫度、壓力、流量f2：燃燒器的配風(fēng)、爐膛的漏風(fēng)以及環(huán)境溫度等。3）當(dāng)燃料油負(fù)荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。在穩(wěn)定工況下，原料油出口溫度和爐膛溫度處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，控制燃料油的閥門保持在一定的開(kāi)度。當(dāng)燃料油負(fù)荷突然增加，這個(gè)干擾會(huì)使?fàn)t膛的溫度 T2升高，原料油出口溫度 T1也會(huì)隨之提高，此時(shí)

3、溫度檢測(cè)變送器 TT1 將信號(hào)送給主控制器TC1， e1增大，主控制器輸出 u1減小，即副控制器的給定值減小，副控制器的輸入偏差 e2增大，副控制器的輸出信號(hào) u2減小，控制閥開(kāi)度減小，即操縱變量mT2下降，從而爐管內(nèi)原料油出口溫度 T1也會(huì)隨之下降。例題 3： 如圖所示為聚合釜溫度控制系統(tǒng)，冷卻水通入夾套內(nèi)，以移走聚合反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量。試問(wèn)：這是一個(gè)什么類型的控制系統(tǒng)？試畫出它的方塊圖。形式。確定主、副控制器的正、反作用。簡(jiǎn)述當(dāng)冷卻水壓力變化時(shí)的控制過(guò)程。如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動(dòng)的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？并確定主、副控制器的正、反方向。確定主、副控制器的正、反作用。副控制器按單回路方法確定為

4、：FC 為正作用TCFT1簡(jiǎn)述當(dāng)冷卻水壓力變化時(shí)的控制過(guò)程。冷卻水壓力增加，則冷卻水流量增加，F(xiàn)Cu2如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動(dòng)的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？應(yīng)采用以聚合溫度為主變量，夾套溫度為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。并確定主、副控制器的正、反方向。副控制器按單回路方法確定為： “反”作用方向主控制器正、反確定原則：主、副變量同方向變化，都要求操縱變量冷卻水的流量同方向變化，所以主控制器為“反”作用方向。三 串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個(gè)串級(jí)工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。的“粗調(diào)”作用，主回路則起“細(xì)調(diào)”作用?！棒敯粜浴庇址Q“強(qiáng)壯性”是用來(lái)描述控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)對(duì)對(duì)象特

5、性變化的敏感程度。系統(tǒng)的控制品質(zhì)對(duì)對(duì)象特征變化越不敏感，則“魯棒性”越好。特點(diǎn) 前饋控制是基于不變性原理工作的，比反饋控制及時(shí)有效 前饋控制是屬于“開(kāi)環(huán)”控制 前饋控制使用的是一種視對(duì)象特性而定的“專用”控制器 一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾前饋控制的缺點(diǎn)： 干擾多時(shí)，所需前饋通道數(shù)增加，控制系統(tǒng)投資增加； 受前饋控制模型精度的限制，模型誤差會(huì)導(dǎo)致非完全補(bǔ)償； 前饋制算式中包含超前純微分環(huán)節(jié)時(shí)，計(jì)算是近似的；脫火現(xiàn)象閥后壓力過(guò)高，大量燃料氣就會(huì)因未燃燒而導(dǎo)致煙窗冒黑煙，一方面會(huì)污染環(huán)境，另一方面因燃料室內(nèi)積存大量燃料氣與空氣混和物，會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。5：反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量。試問(wèn)：這是一個(gè)什么類型的控

6、制系統(tǒng)？試畫出它的方塊圖。形式。確定主、副控制器的正、反作用。簡(jiǎn)述當(dāng)冷卻水壓力變化時(shí)的控制過(guò)程。如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動(dòng)的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？并確定主、副控制器的正、反方向。(7) 如果物料的流量增大，簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)的？如圖所示的控制系統(tǒng)，QA、QB 分別為 A、B 物料的流量，試問(wèn)：這是一個(gè)什么控制系統(tǒng)？是一個(gè)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主物料和從物料分別指什么？主物料是A,從物料是B.A、B都應(yīng)選氣開(kāi)型.確定控制器的正、反作用。兩控制器都應(yīng)選“反”作用畫出系統(tǒng)的方塊圖，說(shuō)明對(duì)于物料 A、B 來(lái)說(shuō)，是定值系統(tǒng)還是隨動(dòng)系統(tǒng)？A 物料的控制系統(tǒng)為定值系統(tǒng),B 物料的控制系統(tǒng)為隨動(dòng)系

7、統(tǒng)A、BB,FCBAB物料流量增加,FCAAAK,FCBB變化,始終保持 A、B 兩物料流量的比值關(guān)系。補(bǔ)充題 7 解答：如圖所示為一單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，要求：畫出系統(tǒng)的方塊圖；略系統(tǒng)中為什么要采用開(kāi)方器；答：因?yàn)楣?jié)流裝置的輸出差壓信號(hào)是與流量的平方成正比的，加開(kāi)方器后使其輸出信號(hào)與流量成線性關(guān)系系統(tǒng)；答：由于主物料只測(cè)量，不控制，故是開(kāi)環(huán)的。FC從物料的流量亦隨主物料的流量變化而變化，故為隨動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)型式；答：應(yīng)選氣關(guān)型FC答：應(yīng)選正作用52-67滯后時(shí)間。T dH H T dH H KQdt1H K1e(tt) ）(27)1寫成：H K1et ）(27)當(dāng)t=T時(shí)，（ K1e）=0.63

8、2KAv1H= （T）（ ）所對(duì)應(yīng)的時(shí)間T，如圖 =02：為了測(cè)定某重油預(yù)熱爐的對(duì)象特性，在某瞬間（t0=0）突2.5t/h3.0 t/h，線如圖所示。假定對(duì)象為一階對(duì)象，試描述該重油預(yù)熱爐特性方程式（分別以溫度變化量與燃?xì)庾兓繛檩敵隽颗c輸入量），并解出燃料量變化量為單位階躍變化量時(shí)溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式。（溫度測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍為 0200； 流量測(cè)量?jī)x表的測(cè)量范圍為 05t/h。）KK (150120)/20001.（無(wú)量綱）K (150120) 60(3.02.5)/ 5）(3.0 2.5)t/hT T dT(t)T(t)KQ(t) dt6dT(tdtT(t2)60Q(t)Q(t) 燃

9、料油的變化量在單位階躍變化量時(shí)，溫度變化量的函數(shù)表達(dá)式：T K1e（t ）6）601（1e（t 2）(t 2)T 0(t 2)滯后時(shí)間：= 2 min 重油預(yù)熱爐的微分方程：13 在比例積分微分調(diào)節(jié)器中可以調(diào)整的參數(shù)有哪幾個(gè)？試說(shuō)明調(diào)整其中一個(gè)參數(shù)時(shí)， 對(duì)調(diào)節(jié)器的控制作用有什么影響？答： K p（）,T1,TD1K p 上升 比例控制作用 上升，K p 下降 比例控制作用下降而 上升 比例控制作用下降， 下降比例控制作用上升2.T，KI積分作用， 積分速度， 消除余差速度快，穩(wěn)定性3. TD 上升，微分作用上升，穩(wěn)定性 上升。TD 下降， 過(guò)度靈敏，會(huì)出現(xiàn)高頻震蕩。比例（P）、比例積分（PI）

10、、比例積分微分（PID）的比較 1100%Kp比例（P） u=KeKpp,（）控制及時(shí)、過(guò)渡時(shí)間短、克服干擾能力強(qiáng)。但控制結(jié)果有余差適用于控制通道滯后較小，負(fù)荷變化較小，工藝上沒(méi)有提出余差要求的系統(tǒng).如：液位u K(e u K(e 1 edt)pT1p， 1能消除余差。但積分控制作用比較緩慢、控制不及時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降u K u K e edt T1dep T1D dt 比例積分微分 ,T ,Tp1D控制質(zhì)量高，積分作用可消除余差，微分作用可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性但參數(shù)整定較麻煩。用于容量滯后較大，負(fù)荷變化大，控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。如溫度、成分16 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，必須確定和考慮哪些方面的問(wèn)題？答

11、：1 首先要對(duì)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性作全面的了解，還要對(duì)工藝、設(shè)備有深入了解。對(duì)控制器的參數(shù)進(jìn)行工程整定，調(diào)到最佳值。補(bǔ)充題 3：圖為一蒸汽加熱器，利用蒸汽將物料加熱到所需溫度后排出，試問(wèn)：影響物料出口溫度的主要因素有哪些？一般情況下，其中哪些為可控量，哪些為可控量？如果要設(shè)計(jì)一溫度控制系統(tǒng)，一般應(yīng)選擇什么量為被控變量和操縱變量？為什么？如果物料溫度過(guò)高時(shí)會(huì)分解，試確定控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式和控制器的正、反作用方向？答： 影響物料出口溫度的主要因素有：加熱蒸汽的流量、壓力；被加熱物料的流量、入口溫度；傳熱情況等。一般情況下，可控量為加熱蒸汽流量，其它量為不可控量。如果要設(shè)計(jì)一溫度控制系統(tǒng)，一般應(yīng)選擇加熱器內(nèi)的物料溫度或物料出口溫度為控變量，這是工藝生產(chǎn)中的主要直接操作指標(biāo)。應(yīng)選擇加熱蒸汽量為操縱變量，因?yàn)樗强煽亓?，而且?duì)物料溫度的影響較顯著。（3）應(yīng)選氣開(kāi)閥，反作用控制器。補(bǔ)充