串级控制系统

任务

继基础的单回路控制后,进行第二种控制方案的学习。

知识

两个回路:主回路与副回路

引入副回路的作用

改善被控对象的特性

通过推导传递函数可见:

副回路的存在使得原来被控对象的放大倍数、时间常数都变小了,有利于控制。

提高抗干扰性能

干扰在影响主回路前,在副回路中被消化。

提升自适应能力

在单回路控制系统中,控制器参数是根据具体的被控对象特性整定得到的。一定的控制器参数只能适应于一定的被控对象特性。如果生产过程负荷变化,进而导致被控对象特性发生变化时,原先整定的控制器参数就不再能适应。这时如不及时修改控制器参数,控制质量就会降低。这是单回路控制系统难于克服的矛盾。

当采用串级控制时,主环是一个定值系统,而副环却是个随动系统。主控制器能够根据操作条件和负荷的变化(从主被控变量变化中体现出来),不断修改副控制器的给定值,以适应操作条件和负荷变化的情况。如果被控对象有非线性特性存在,那么可以把它设计在副回路之中,当操作条件或负荷发生变化时,虽然副回路的衰减比会发生一些变化,稳定裕度会降低一些,但是它对主回路的稳定性影响却很小。

系统设计

串级控制系统副回路设计

  • (1)使系统中的主要干扰包含在副环内。
    • 由于串级系统的副回路具有动作速度快、抗干扰能力强的特点,如果在设计中把对主变量影响最严重、变化最剧烈、最频繁的干扰包含在副环内,就可以充分利用副环快速抗干扰性能,将干扰的影响抑制在最低限度。这样,干扰对主被控变量的影响就会大大减小,从而使控制质量获得提高。
  • (2)在可能情况下,应使副环包含更多一些干扰。
  • (3)当被控对象具有非线性环节时,在设计时应使非线性环节处于副环之中。
  • (4)当被控对象具有较大纯滞后时,应使所设计的副回路尽量少包括或不包括纯滞后。
  • (5)副回路设计应考虑到主、副被控对象时间常数的匹配,以防“共振”发生。
  • (6)需考虑到方案经济性和工艺的合理性。

控制器控制规律的选择


一般情况下,副控制器可选P作用;主控制器选PI,或PID。

主、副控制器正、反作用的选择


主、副控制器正、反作用的确定顺序应遵循先副后主的原则。

实验

加入扰动:通过点击最左侧的几何图块以改变出口管线(FV107所在管线)的输入压力参数值,向系统引入扰动。

手动与自动/内给定是什么

手动就是你通过键盘输出阀门开度,你想要它开多少你就输多少;自动就是通过程序中阀门控制块的PID调节输出,达到你要求设定的条件(比如要达到你设定的流量),这是指阀门的手,自动。如果你指的是电机的手、自动,手动就是指你通过控制启动面板来开启或停止电机马达,自动是指你该设备在某个启动组里,你通过组启动来启动或停止多台设备。

内给定是指通过流程图上阀门控制面板,手工输入的给定值。外给定是指在阀门控制块的外部管脚所连接的数值,就跟阀门反馈值接到你的阀门控制块上。你无法通过画面上面板输入给定值!手动就是你通过键盘输出阀门开度,你想要它开多少你就输多少;自动就是通过程序中阀门控制块的PID调节输出,达到你要求设定的条件(比如要达到你设定的流量),这是指阀门的手,自动。如果你指的是电机的手、自动,手动就是指你通过控制启动面板来开启或停止电机马达,自动是指你该设备在某个启动组里,你通过组启动来启动或停止多台设备。

内给定是指通过流程图上阀门控制面板,手工输入的给定值。外给定是指在阀门控制块的外部管脚所连接的数值,就跟阀门反馈值接到你的阀门控制块上。你无法通过画面上面板输入给定值!

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