串级控制系统.ppt

串级控制系统基本要求了解串级控制系统的概念与特点；掌握串级控制系统的方框图表示法；结合控制原理，掌握串级系统的分析方法；了解串级控制系统的设计原则；掌握串级控制系统的投用方法（包括抗积分饱和、参数整定等）。串级调节系统概念串级调节系统的方块图串级调节系统的工作过程串级调节系统的特点反应器温度的串级控制方案反应器温度串级控制框图DCS串级控制组态方框图串级控制系统方块图串级系统副环的等效性串级控制系统的特点（1）副回路（有时称内环）具有快速调节作用，它能有效地克服二次扰动的影响；串级控制系统的特点（2）改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率。在相同的衰减比下，主调节器的增益可显著加大。串级控制系统的特点（2）串级控制系统的特点（3）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力，并能自动地克服副对象增益或调节阀特性的非线性对控制性能的影响。串级系统分析举例串级系统分析举例（续）副回路对主对象开环特性

的影响举例副回路的引入

对主参数开环特性的影响串级系统的设计原则副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小，调节通道短，反应灵敏；副回路应包含被控对象所受到的主要干扰；尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。串级系统副参数的选择举例串级方案设计举例串级方案设计举例（续）串级系统副调节器选型副调节器常选择PI控制律 原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能力，理想上不用加积分作用。但实际运行中，串级系统有时会断开主回路，因而，通常需要加入积分作用。但积分作用要求弱些以保证副回路较强的抗干扰能力。串级系统主调节器选型主调节器常选择PI或PID控制律 原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而对于主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的积分作用（除主参数为液位的串级均匀控制系统以外）。当主对象的调节滞后较大，而主参数变化较平缓时，可加入通常大小的微分作用。串级系统PID参数的整定方法Step1:先断开主回路，按单回路方式整定副调节器的PID参数。Step2:在主调节器为“手动”、副回路闭环的情况下，测试得到主回路广义对象的动态特性与相应特征参数。Step3:采用单回路调节参数的工程整定法（如Z-N准则），确定主回路的PID参数。单回路与串级系统的性能比较单回路与串级系统的性能比较单回路系统的“积分饱和”问题单回路系统的积分饱和现象举例单回路系统的防积分饱和单回路系统的抗积分饱和举例串级PID系统的积分饱和问题单回路防积分饱和方法

在串级控制系统中的局限性带有防积分饱和功能的

工业PID控制器单回路工业PID控制器连接法串级控制系统主调节器

防积分饱和连接法串级控制系统的防积分饱和串级系统的防积分饱和方法举例单回路无扰动切换的实现练习题1练习题2讨论：正常情况为标准的PI控制算法；而当出现超限时，自动切除积分作用。单回路PID控制系统（采取抗积分饱和措施）(参见模型…/CascadePID/SinglePidwithNoInteSatur.mdl)情况1：流量副回路出现“积分饱和”，可采用单回路抗积分饱和方法；情况2：当主副控制器均采用单回路抗积分饱和方法时，可能出现限位参数不一致的情形，同样存在发生“积分饱和”的可能性。串级PID控制系统（只采取单回路抗积分饱和措施）(参见模型…/CascadePID/CasPidwithSingAntiSature.mdl)串级PID控制系统（采取抗积分饱和措施）(参见模型…/CascadePID/CasPidwithCasAntiSature.mdl)**定义:串级调节系统是在自动调节系统中,用两台调节器串接起来,主调节器的输出作为副调节器的给定值,由副调节器去操纵阀门的调节系统.副控制器执行器副对象主对象主控制器副变送器主变送器给定+主变量扰动f扰动f+21S2031.干扰作用于副回路副参数塔底流量波动使系统状况发生变化时,它会迅速反映出这种情况,副调节器便立即进行调节.对于幅度小的干扰,经过副回路的及时调节,一般影响不到液面的变化.当干扰很大时在副回路快速调节下干扰幅值大大减少,尽管还将影响到主参数----塔底液面,当主调节器投入调节过程后,很快可以克服干扰.2.干扰作用于副回路假如塔底流量正常,进料流量发生变化,至使塔底液面偏离给定值,此时主调节器立即工作,输出相应变化,通过改变副调节器的给定值与塔底流量的偏差发出相应的输出信号,改变调节阀的开度从而使塔底液面