演示文稿串級(jí)控制系統(tǒng)

演示文稿串級(jí)控制系統(tǒng)當(dāng)前第1頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（優(yōu)選）串級(jí)控制系統(tǒng)當(dāng)前第2頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)單回路PID控制系統(tǒng)回顧什么是單回路控制系統(tǒng)？被控變量的選擇原則？操縱變量的選擇選擇？執(zhí)行器的選擇需要考慮哪些因素？測(cè)量變送裝置的選擇需要考慮哪些因素？控制器的選擇需要考慮哪些因素？比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間分別對(duì)過(guò)渡過(guò)程有什么樣的影響？當(dāng)前第3頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)課堂提問(wèn)采用PI控制，Ti調(diào)小時(shí)為保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，比例度應(yīng)該怎樣變化？工程整定方法有哪幾種？主要步驟是什么？系統(tǒng)的投運(yùn)是使執(zhí)行器從手動(dòng)平穩(wěn)過(guò)渡到自動(dòng)狀態(tài)，該說(shuō)法對(duì)不對(duì)？調(diào)大×當(dāng)前第4頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第5頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第6頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主要內(nèi)容了解串級(jí)控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖表示法；結(jié)合控制原理，掌握串級(jí)系統(tǒng)的分析方法；了解串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法；當(dāng)前第7頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)反應(yīng)釜溫度單回路控制系統(tǒng)操縱變量：被控變量：控制規(guī)律：冷卻劑流量反應(yīng)溫度PID夾套槽壁當(dāng)前第8頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)系統(tǒng)控制與擾動(dòng)的分析干擾變量的影響：冷卻水入口溫度變化→夾套內(nèi)冷卻水溫度變化→槽壁溫度變化→反應(yīng)槽溫度變化控制變量的影響：冷卻水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度變化→冷卻水流量變化→夾套內(nèi)冷卻水溫度變化→槽壁溫度變化→反應(yīng)槽溫度變化問(wèn)題：從擾動(dòng)開(kāi)始至調(diào)節(jié)器動(dòng)作，滯后較大，特別對(duì)于大容量的反應(yīng)槽，滯后更大。當(dāng)前第9頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)解決方法夾套冷卻水溫度T2比反應(yīng)槽溫度T1能更快地感受到來(lái)自干擾（冷卻水入口溫度）以及來(lái)自控制的影響。因而可設(shè)計(jì)夾套水溫單回路控制系統(tǒng)TC2以盡快地克服冷卻水方面的擾動(dòng)。但TC2的設(shè)定值應(yīng)根據(jù)T1的控制要求作相應(yīng)的變化（這一要求可用反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)器TC1來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)）。“串級(jí)控制”當(dāng)前第10頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)反應(yīng)器溫度的串級(jí)控制方案特點(diǎn)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器串在一起工作，調(diào)節(jié)器TC2通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻劑量以克服冷卻水方面的擾動(dòng)；調(diào)節(jié)器TC1通過(guò)調(diào)節(jié)夾套內(nèi)水溫的設(shè)定值以保證反應(yīng)溫度維持在工藝所希望的某一給定值。當(dāng)前第11頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)反應(yīng)器溫度串級(jí)控制框圖當(dāng)前第12頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的框圖通用的串級(jí)控制系統(tǒng)主控制器調(diào)節(jié)閥副對(duì)象主對(duì)象主測(cè)量變送二次擾動(dòng)一次擾動(dòng)副控制器副測(cè)量變送－－主設(shè)定值主被控變量副被控變量副回路隨動(dòng)控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)

主回路副設(shè)定值當(dāng)前第13頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)定義:兩個(gè)控制器串聯(lián)，兩個(gè)被控對(duì)象，兩個(gè)測(cè)量變送裝置，一個(gè)執(zhí)行器，兩個(gè)回路主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對(duì)主被控變量具有更好的控制效果串級(jí)控制系統(tǒng)當(dāng)前第14頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語(yǔ)主被控變量：生產(chǎn)過(guò)程中的工藝控制指標(biāo)。副被控變量：為了穩(wěn)定主被控變量而引入的中間輔助變量。主被控對(duì)象：生產(chǎn)過(guò)程中要控制的生產(chǎn)設(shè)備、裝置。副被控對(duì)象：表征副被控變量特性的設(shè)備（輸入量為操縱變量，輸出量為副被控變量）。反應(yīng)槽內(nèi)的溫度夾套內(nèi)的溫度反應(yīng)槽夾套當(dāng)前第15頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主控制器：按主被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值的偏差而工作，其輸出為副被控變量的設(shè)定值。副控制器：設(shè)定值是主控制器的輸出。主設(shè)定值副設(shè)定值主測(cè)量值副測(cè)量值串級(jí)控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語(yǔ)TC1TC2當(dāng)前第16頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)副回路:串級(jí)控制系統(tǒng)內(nèi)部。包含：副控制器、執(zhí)行器、副被控對(duì)象、副測(cè)量變送器。主回路：主控制器、副回路、主被控對(duì)象、主測(cè)量變送器。一次擾動(dòng)二次擾動(dòng)串級(jí)控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語(yǔ)當(dāng)前第17頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)主回路為定值控制系統(tǒng)

設(shè)定值固定副回路為隨動(dòng)控制系統(tǒng)

設(shè)定值由主控制器的輸出提供，隨主控制器輸出的變化而變化。當(dāng)前第18頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程分析一次擾動(dòng)二次擾動(dòng)當(dāng)前第19頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)與單回路控制simulink仿真當(dāng)前第20頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)與單回路控制simulink仿真調(diào)節(jié)時(shí)間 180 60余差 0 0當(dāng)前第21頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)與單回路控制simulink仿真二次擾動(dòng)最大偏差 0.27 0.013當(dāng)前第22頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1、兩個(gè)串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，

其中主回路是定值控制，副回路是隨動(dòng)控制2、副回路的引入，大大克服了二次擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)被調(diào)量的影響3、迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響，提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力4、對(duì)負(fù)荷變化有一定的自適應(yīng)能力（適應(yīng)操作條件的變化）特點(diǎn)副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并對(duì)于副回路沒(méi)有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。當(dāng)前第23頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)應(yīng)用范圍1、純滯后大2、容量滯后大3、擾動(dòng)變化劇烈、幅值大4、具有非線性特性的過(guò)程容量滯后：物料或能量的傳遞需要通過(guò)一定阻力

而引起的滯后。純滯后：介質(zhì)的輸送由于有一段距離需要一段時(shí)間

而引起的滯后。當(dāng)前第24頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)污水處理加藥控制系統(tǒng)污水處理混凝加藥單回路控制系統(tǒng)溶液池混合池反應(yīng)池沉淀池污水圖

混凝加藥單回路控制方案濁度控制器濁度計(jì)當(dāng)前第25頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)污水處理混凝加藥串級(jí)控制系統(tǒng)溶液池混合池反應(yīng)池沉淀池污水圖

混凝加藥串級(jí)控制方案FTFC濁度控制器濁度計(jì)當(dāng)前第26頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主、副被控變量主、副控制器執(zhí)行器主、副測(cè)量變送裝置投運(yùn)與參數(shù)整定當(dāng)前第27頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主被控變量的選擇主被控變量（簡(jiǎn)稱主變量）的選擇與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)被控變量的選擇原則相同。①被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài)，一般是工藝過(guò)程中較重要的變量。②被控變量在工藝操作過(guò)程中經(jīng)常要受到一些干擾影響而變化。為維持其恒定，需要較頻繁的調(diào)節(jié)。當(dāng)前第28頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主被控變量的選擇③盡量采用直接指標(biāo)作為被控變量。當(dāng)無(wú)法獲得直接指標(biāo)信號(hào)，或其測(cè)量和變送信號(hào)滯后很大時(shí)，可選擇與直接指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為被控變量。④被控變量應(yīng)能被測(cè)量出來(lái)，并具有足夠大的靈敏度。⑤選擇被控變量時(shí)，必須考慮工藝合理性和國(guó)內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。⑥被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。

當(dāng)前第29頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)副被控變量的選擇1、使副回路包含主要擾動(dòng)，并包含盡可能多的擾動(dòng)。

主要擾動(dòng)：對(duì)主變量影響最嚴(yán)重、最劇烈、最頻繁的擾動(dòng)。

擾動(dòng)較多、難分主次：盡可能多的包含擾動(dòng)。2、副回路的時(shí)間常數(shù)要合適，保證副回路的快速性，避免發(fā)生“共振”。一般要求主、副回路的時(shí)間常數(shù)之比為3~10。

當(dāng)前第30頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)副變量越靠近主變量，副回路包含的擾動(dòng)越多，

同時(shí)通道變長(zhǎng)，滯后增加，控制速度變慢；

副變量越靠近操縱變量，副回路包含的擾動(dòng)越少，通道越短，控制速度越快。副被控變量的選擇3、要求副變量的變化對(duì)主變量影響作用明顯，主、副變量要有一定的內(nèi)在聯(lián)系。a、與主變量有一定關(guān)系的中間變量b、選操縱變量作為副變量當(dāng)前第31頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)副被控變量的選擇4、主要的非線性環(huán)節(jié)納入副回路。使非線性對(duì)主變量影響小。5、副回路盡量少包含或不包含純滯后。6、考慮工藝合理性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前第32頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇分析副回路的快速性與副回路所能包括的擾動(dòng)范圍之間的矛盾當(dāng)前第33頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（1）副參數(shù)為加熱蒸汽（作用線1）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量QrQ－－控制方案1方框圖分析：可保持加熱量穩(wěn)定，它只能快速消除因蒸汽汽源壓力變化引起的擾動(dòng)。由于蒸汽流量對(duì)象的滯后非常小，當(dāng)用流量作副變量時(shí)，并不能使串級(jí)系統(tǒng)的頻率有多少提高，對(duì)克服其它擾動(dòng)不明顯。當(dāng)前第34頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（2）副參數(shù)為調(diào)節(jié)閥后的蒸汽壓力（作用線2）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量Qr－－控制方案2方框圖P分析：把加熱蒸汽側(cè)的擾動(dòng)完全包括在副環(huán)之內(nèi)，與1相比，副環(huán)中包括了更大的時(shí)間常數(shù)，有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能。當(dāng)前第35頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（3）副參數(shù)為再沸器的蒸發(fā)量（作用線3）分析：把再沸器側(cè)的擾動(dòng)包括在副環(huán)內(nèi)（再沸器液位、塔釜溫度等），有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能，但副環(huán)克服蒸汽方面的擾動(dòng)要慢些。主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量QrQ－－控制方案3方框圖當(dāng)前第36頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)方案1、溫度-壓力串級(jí)控制出口溫度為主變量燃油壓力為副變量能克服燃油壓力波動(dòng)的影響串級(jí)控制副變量選擇練習(xí)如果燃油波動(dòng)較大，主要擾動(dòng)就是燃油壓力的波動(dòng)，可采用此串級(jí)控制系統(tǒng)，以快速克服燃油壓力波動(dòng)帶來(lái)的擾動(dòng)。加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)燃料油擾動(dòng)：燃料油壓力的波動(dòng)燃料油成分變化，導(dǎo)致燃油熱值不同當(dāng)前第37頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)方案2、溫度-溫度串級(jí)控制出口溫度為主變量爐膛溫度為副變量能克服燃油熱值等問(wèn)題的影響燃油壓力較穩(wěn)定的情況下，主要擾動(dòng)是燃油熱值的變化，使用該串級(jí)控制系統(tǒng)可以得到更好的控制效果。加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)當(dāng)前第38頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)精餾塔溫度串級(jí)控制系統(tǒng)分析：溫度控制對(duì)象滯后較大，加熱蒸汽壓力波動(dòng)大，控制不及時(shí)，控制質(zhì)量不夠理想。解決方法：溫度-流量串級(jí)控制系統(tǒng)精餾塔塔釜溫度為主變量蒸汽流量為副變量使蒸汽流量穩(wěn)定，大大減少這種擾動(dòng)對(duì)主變量的影響。當(dāng)前第39頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主、副控制器控制規(guī)律的選擇出發(fā)點(diǎn)：主回路為定值控制系統(tǒng)主控制器：PI或PID要求：主變量，工藝要求嚴(yán)格，允許波動(dòng)的范圍較小，一般不允許有余差。主控制器當(dāng)前第40頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)出發(fā)點(diǎn)：副回路為隨動(dòng)控制系統(tǒng)副控制器：P或PI要求：副變量無(wú)嚴(yán)格要求，副回路要具有快速性，最好不帶積分作用。但是，選流量參數(shù)為副變量

時(shí)，加入較弱的積分作用，增強(qiáng)控制作用。副控制器主、副控制器控制規(guī)律的選擇當(dāng)前第41頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)舉例加熱爐溫度-壓力串級(jí)控制加熱爐溫度-溫度串級(jí)控制主控制器：副控制器：PIDP主控制器：副控制器：PIDP如果換成流量，又該如何選擇？主控制器：副控制器：PIDPI當(dāng)前第42頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主、副控制器正、反作用的選擇主、副回路都必須是負(fù)反饋副控制器這時(shí)不考慮主控制器的作用方式。與單回路控制系統(tǒng)中控制器正、反作用方式選擇相同。(副控制器)×(執(zhí)行器)×(副對(duì)象)×(副測(cè)量變送)=‘－’當(dāng)前第43頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主控制器主、副控制器正、反作用的選擇主控制器調(diào)節(jié)閥副對(duì)象主對(duì)象主測(cè)量變送二次擾動(dòng)一次擾動(dòng)副控制器副測(cè)量變送－－主設(shè)定值主被控變量副被控變量副回路主回路副設(shè)定值當(dāng)前第44頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主、副控制器正、反作用的選擇主控制器副環(huán)主對(duì)象主測(cè)量變送－主設(shè)定值主被控變量主回路副環(huán)始終為正作用‘＋’。主測(cè)量變送為正作用‘＋’。(主控制器)×(主對(duì)象)=‘－’當(dāng)前第45頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主、副控制器正反作用的選擇原則主、副控制器正、反作用的選擇順序應(yīng)是先副后主。（1）副控制器的正、反作用與主回路無(wú)關(guān)。副環(huán)可以按照單回路控制系統(tǒng)確定正、反作用的方法來(lái)確定副控制器的正、反作用。（2）主控制器的正、反作用根據(jù)主回路所包括的各環(huán)節(jié)來(lái)確定。副回路視為“正”，因變送器一般為“正”，這樣主控制器的正負(fù)特性與主對(duì)象的正負(fù)特性相反。當(dāng)前第46頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)例題例1.確定下圖所示加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器的正反作用?？刂崎y：副對(duì)象：副測(cè)量變送:“＋”“＋”“＋”副控制器：“－”主對(duì)象：“＋”主控制器：“－”當(dāng)前第47頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)例2.確定下圖所示加熱爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器的正反作用。例題控制閥：副對(duì)象：副測(cè)量變送:“＋”“＋”“＋”副控制器：“－”主對(duì)象：“＋”主控制器：“－”當(dāng)前第48頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施選擇實(shí)施方案時(shí)，需考慮的問(wèn)題：方案應(yīng)滿足操作要求。實(shí)施方案應(yīng)力求實(shí)用，簡(jiǎn)單可靠，少花錢(qián)多辦事。儀表信號(hào)必須互相匹配。不同類型儀表需配信號(hào)轉(zhuǎn)換器。副控制器必須具有外給定輸入接口。接收主控制器的外給定信號(hào)。實(shí)施方案應(yīng)便于操作。當(dāng)前第49頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)串級(jí)控制一般方案：4-20mA20-100kPa當(dāng)前第50頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)主控-串級(jí)切換的串級(jí)控制方案結(jié)論：只有當(dāng)副控制器為反作用時(shí)才能由串級(jí)與主控之間直接切換。如果副控制器為正作用，必須在向主控切換的同時(shí)改變主控制器的正反作用。注意：串級(jí)與主控直接切換的條件:組成的控制系統(tǒng)必須是負(fù)反饋控制系統(tǒng)當(dāng)前第51頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)先副后主保證無(wú)擾動(dòng)切換串級(jí)系統(tǒng)的投運(yùn)原則具體步驟閱讀教材當(dāng)前第52頁(yè)\共有56頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)將主、副控制器的切換開(kāi)關(guān)都置于手動(dòng)；使生產(chǎn)處于要求