串級控制系統與比值控制系統

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1、第三章串級控制系統與比值控制系統組成：一個調節(jié)器，一個控制閥，一個被控制對象，一個測量變送器Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s)單回路控制系統方框圖8/17/20212過程控制定義:就是采用兩個控制器串聯工作，主控制器的輸出作為副控制器的設定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的控制效果。在多回路控制系統中,有兩個被控過程,兩套測量變送裝置,兩臺控制器和一個調節(jié)閥構成的系統．3-1串級控制系統的概念8/17/20213過程控制圖3.1反應器溫度控制系統夾套槽壁例3-1連續(xù)槽反應器溫

2、度控制1)采用單回路控制分析：當冷卻水方面發(fā)生擾動，需相繼通過3個容積后，θ1才升高，調節(jié)器才動作。物料方面擾動D1:流量,入口溫度,化學成分冷卻水擾動D2:入口溫度,閥前壓力圖3.2反應器單回路控制系統調節(jié)器調節(jié)閥夾套槽壁反應槽溫度測量D2D1θ1rθ1θ2－對象有三個熱容積：夾套、槽壁、槽中的物料。8/17/20214過程控制2）采用串級控制特點：兩個調節(jié)器串在一起工作，調節(jié)器θC2通過調節(jié)冷卻劑量以克服冷卻水方面的擾動；調節(jié)器θC1通過調節(jié)夾套內水溫的設定值以保證反應溫度維持在工藝所希望的某一給定值。8/17/202

3、15過程控制θ1溫度測量主調節(jié)器調節(jié)閥夾套槽壁反應槽D2D1θ1rθ2副調節(jié)器溫度測量反應器的溫度串級控制方框圖8/17/20216過程控制例3-2精餾塔提餾段的溫度控制1、簡單控制系統方案調節(jié)器調節(jié)閥蒸汽管路再沸器塔底溫度測量D2(蒸汽壓力)θrθD1Q被調量：提餾段溫度θ擾動D2：加熱蒸汽壓力擾動D1：加料方面的擾動，如溫度、流量、組分等缺點：從調節(jié)閥動作到溫度變化，需通過很多熱容積。調節(jié)滯后。8/17/20217過程控制2、兩種改進方案：(1)附加蒸汽壓力控制方案圖3.6附加蒸汽壓力控制方案把蒸汽壓力的干擾克服在入塔

4、前，提高了溫度調節(jié)品質，但需增加一個調節(jié)閥，且增加了蒸汽管路的壓力損失，經濟上不合理。8/17/20218過程控制(2)串級控制方案（好）主調節(jié)器調節(jié)閥蒸汽管路系統再沸器塔底溫度測量D2θrθD1副調節(jié)器流量測量QrQ－－圖3.8提餾段溫度串級控制系統QC2QC1優(yōu)點：有效地克服蒸汽壓力波動對溫度θ的影響。θC2控制流量穩(wěn)定，θC1控制溫度穩(wěn)定。8/17/20219過程控制通用的串級控制系統主調節(jié)器調節(jié)閥副對象主對象主變送器二次擾動一次擾動副調節(jié)器副變送器－－主參數設定主參數副參數副回路1)在結構上，串級控制系統由兩個閉環(huán)

5、組成．副回路起“粗調”作用，主回路起“細調”作用。2)每個閉環(huán)都有各自的調節(jié)對象，調節(jié)器和變送器3)調節(jié)閥由副調節(jié)器直接控制隨動控制系統定值控制系統主回路8/17/202110過程控制①主、副回路在外面的閉合回路稱為主回路(主環(huán))，在里面的閉合回路稱為副回路(副環(huán))。②主、副控制器處于主回路中的控制器稱為主控制器；處于副回路中的控制器稱為副控制器。③主、副變量主回路的被控變量稱為主被控變量，也稱為主變量或主參數；副回路的被控變量稱為副被控變量，也稱為副變量或副參數串級控制系統中的名詞：8/17/202111過程控制④主、副

6、對象主回路所包括的對象稱為主對象；副回路所包括的對象稱為副對象。⑤主、副變送器檢測和變送主變量的稱為主檢測變送器；檢測和變送副變量的稱為副檢測變送器。⑥一、二次干擾進入主回路的干擾稱為一次干擾；進入副回路的干擾稱為二次干擾。串級控制系統中的名詞：8/17/202112過程控制串級控制系統方塊圖Gp2’(s)8/17/202113過程控制串級系統副環(huán)的等效性Gp2’(s)8/17/202114過程控制串級控制系統的特點（1）副回路（內環(huán)）具有快速調節(jié)作用，它能有效地克服二次擾動的影響；由于而對于動態(tài)滯后較小的副回路，有8/1

7、7/202115過程控制（2）由于內環(huán)起了改善對象動態(tài)特性的作用，因此可以加大主調節(jié)器的增益，提高系統的工作頻率。設副回路中各環(huán)節(jié)傳遞函數為1＋KC2KVKP2Km2>1TP2’

8、兩個串接工作的控制器構成的雙閉環(huán)控制系統.其中主回路是定值控制，副回路是隨動控制．2)副回路的引入，大大克服了二次擾動對系統被調量的影響3)副回路的引入,提高了整個系統的響應速度,使其快速性得到了提高．4)串級控制系統對負荷或操作條件的變化有一定的自適應能力．串級控制系統主要應用于：對象的滯后和時間常數