串级控制cascade教材.ppt

* /‘； 什么是复杂系统 1.简单控制系统 + - r y u y m ? 复杂系统--随着控制理论与工业应用的发展，包含的 内容也不同，例如：复杂大系统--人口系统，环境控制，能源控制，企业生产经营控制等。 ? 复杂系统--多回路系统 2.复杂控制系统 第五章 串级控制系统 Cascade Control 5.1 串级控制系统的概念 图5.1反应器的温度控制 D2 D1 图5.2反应器简单温度控制系统 1r 调节器 夹套 调节阀 槽壁 反应槽 温度测量 – 2 1 图5.3反应器的温度串级控制方案 图5.4反应器温度控制系统 D2 D1 1 2 1r 主调节器 副调节器 调节阀 夹套 反应槽 温度测量 温度测量 – – ?2r 槽壁 5.2 串级控制系统的结构 主参数 主变量 :串级控制系统中起主导作用的被调参数。 副参数 副变量 :其给定值随主调节器的输出而变化，能提前反映主信号数值变化的中间参数（辅助参数） 。 主调节器 主控制器 :据主参数与给定值的偏差而动作，其输出作为副调节器的给定值的调节器； 副调节器 副控制器 :其给定值由主调节器的输出决定，并根据副参数与给定值 即主调节器输出 的偏差动作。 主回路 外回路 ： 断开副调节器的反馈回路后的整个外回路。 副回路 内回路 ： 由副参数、副调节器及所包括的一部分对象所组成的闭合回路（随动回路 主对象 惰性区 ： 主参数所处的那部分工艺设备，其输入信号为副变量，输出信号为主参数 副对象 导前区 ： 副参数所处的那部分工艺设备，其输入信号为调节器输出信号，其输出信号为副参数 副变量 。 5.2串级控制系统的结构 续 形成两个环: 副环或副回路—“粗调”作用 主环或主回路—“细调”作用 副环中有副调节器、副变送器、副对象 以及调节阀。 主环中有主调节器、主变送器、主对象, 无调节阀 ?副环调节副参数，如夹套内温度。 主环调节主参数，如反应器温度－－最终目标。 ?副回路是一个随动系统，其设定值是主调节器之输出，不代表副参数要达到的设定值。 5.3 串级控制系统的分析 串级控制系统方框图 Y2 s R2 s R1 s WT1 s WT2 s Wv s Wp2 s Wp1 s Wd2 s Wm2 s Wm1 s – – Y1 s D2 s R1 s WT s Wv s Wp2 s Wp1 s Wd2 s Wm s Y2 s – R2 s Y1 s D2 s 单回路控制系统方框图 一 . 串级系统的特点 1.串级系统的内环具有快速作用，能有效地克服二次扰动的影响 6-2 6-1 与单回路比较 在二次干扰下，被控量受二次干扰的影响, 串级系统比单回路系统要减小10-100倍。 结论 化简 2. 内环起了改善对象动态特性的用，提高系统工作频率，提高控制品质 整个副回路可看成一个等效对象 其中: 设 3. 内环的存在，使系统有一定的自适应能力 副回路增益不受主回路系统负荷影响 副回路是个随动系统，快速跟踪的能力 5.4 串级系统的几个问题 一.副回路的设计原则 ?副参数的选择要使副回路 ?副参数应包含被控对象所受到的 主要干扰 时间常数小 调节通道短 反应灵敏 副回路的设计原则： 等干扰包括在副回路内，充分发挥副回路改善系统动态特性的作用，保证主参数的稳定; （1） 副回路应把 ? 变化幅度最大 ? 最剧烈 ? 最频繁 （2）选择副回路时，应力求把尽量多的干扰包括进去，以尽量减少它们对主参数的影响，提高系统抗干扰能力。 （3）主、副对象的时间常数应适当匹配， 原则是：两者相差大一些。 二. 副回路工作频率的选择 1. 串级回路的共振现象 　　当 T1 / T2 ? 1 时，主副对象之间的动态联系十分紧密，则在干扰作用下，主、副参数 任一个先振荡，必将引起另一个也振荡，这样，两个参数互相促进，振荡更加剧烈，这就是 “共振效应”， 显然应力求避免。 2. T1 3~5 T2 或 T1 3~10 T2 ?当T1 / T2 10 时，表示T2 很小，副回路包括的干扰因素越少，副回路克服干扰 能力强的优点未能充分利用。 ?当T1 / T2 3 时，表明T2 过大，副回路 包括的干扰多， 控制作用不及时。 设对象是惯性环节，其它均为比例环节，即 代入（6-1）式分母化成二阶系统标准形式 阻尼系数 自然频率 同理，单回路控制系统的工作频率 串级控制系统的工作频率 假定串级控制和单回路控制以同样的衰减率工作，即令： ?由上式 的曲线图如图6-12所示。 可作出函数 确定， 若 从上图，串级控制系统频率增长的速度，在主、副对象时间常数的比值（T1 / T2 ）较小时