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14 第十五章 复杂调节系统.ppt

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本课件以加热炉出口温度等实例说明串级控制系统的结构与特点、副回路设计原则、主副调节器选型与先副后主的投运整定步骤,再介绍均匀控制的目的与特点、比值控制的四种类型,以及前馈控制与前馈-反馈控制系统的适用场合。

第十五章复杂控制系统导览页,列出串级、均匀、比值与前馈四类控制系统的概念与特点
串级调节系统基本概念页,以管式加热炉出口温度为例说明主副两个回路的构成关系
串级调节系统特点页,说明主回路定值调节、副回路随动调节并改善对象特性与自适应能力
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第1页:第十五章 复杂控制系统

本章内容
串级、均匀、比值、前馈控制系统的概念、特点。
  • 第一节 串级控制系统
  • 第二节 均匀控制系统
  • 第三节 比值控制系统
  • 第四节 前馈控制系统

第2页:串级调节系统的基本概念

由主、副两个参数和两个调节器构成两个控制回路,其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值,而后者的输出去控制调节阀,这样的系统就是串级调节系统。

示例:管式加热炉物料出口温度串级调节系统。

第3页:串级调节系统的特点

  • 结构上:两个控制回路,主回路为定值调节,副回路为随动调节系统
  • 对进入副回路的干扰有很好的克服能力,有效克服控制通道滞后,大大提高控制质量
  • 改善对象特性,使系统具有一定的自适应能力

第4页:副回路设计与调节器选择

副回路设计原则:

  • 应使副回路包含较多干扰
  • 主、副变量之间应有一定的内在联系
  • 应使主、副变量之间的时间常数相匹配,防止共振

主、副调节器选择:控制规律上主调节器用 PI 或 PID,副调节器一般为 PI;正反作用先选副调节器,再按主副变量同时变化时阀的动作方向是否一致确定主调节器作用方向。

第5页:串级系统的投运与参数整定

  • 系统投运(先副后主):主副控制器均置于手动,主调节器内给定、副调节器外给定,选择正确正反作用并预置 PID 参数
  • 副控制器手动控制使主副变量接近工艺给定值
  • 副控制器投入自动,待主变量接近给定值、副变量平稳时调主控制器手动输出使副控制器偏差为零,再切向自动
  • 主控制器投自动

参数整定:两步整定法(先副后主)与一步整定法(按经验设置后微调)。

第6页:串级调节系统的应用场合

  • 对象容量滞后较大,系统内存在激烈且幅值较大的干扰作用
  • 被控对象的纯滞后比较长
  • 被控对象具有较大的非线性,而且负荷变化较大

第7页:均匀控制的目的

均匀控制系统是为解决连续生产过程中前后设备供求之间的矛盾而设置的。

凡是用来保持前后两个设备供求间的被控变量在规定范围内缓慢、均匀变化的系统,都称为均匀控制系统。

第8页:均匀控制系统的特点

  • 表征前后供求的两个参数都应是变化的,而且应是缓慢变化的
  • 参数应在允许范围内变化
  • 结构上仍然是简单控制系统或串级控制系统

以前一设备的液位和后一设备的进料量之间的关系为例,液位变化曲线与流量变化曲线均呈缓慢变化。

第9页:比值控制系统

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统称为比值控制系统,通常为流量比值控制系统(副流量与主流量之比)。

开环比值控制系统结构简单,但对副流量 Q2 本身无抗干扰能力。

第10页:比值控制系统的类型

  • 单闭环比值控制系统
  • 双闭环比值控制系统
  • 变比值控制系统

各方案的结构与适用场合见课件图示。

第11页:前馈控制系统

前馈控制是改善反馈控制不及时的一种方法,它按引起被控变量变化的干扰大小进行调节,当干扰刚出现且能被测出时控制器就发出控制信号克服干扰,无需等被控变量发生变化。

示例:管式加热炉。

第12页:前馈-反馈控制系统

实际中有多种干扰,不可能对每个干扰都实行前馈控制。构成前馈-反馈控制系统,对最主要的、反馈控制不易克服的干扰进行前馈控制,其它干扰由反馈调节,确保控制质量。

应用场合:

  • 干扰幅值大而频繁、对被控变量影响大,反馈控制难以达到要求
  • 主要干扰可测,但对反馈控制又是不可控的参数
  • 控制通道滞后大、反馈控制不及时、控制质量差
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