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串级控制系统的基本原理
首页 > >    作者:RainFly   2017年3月31日 18:03 星期五   热度:811°   字号:   评论:2    
时间:2017-3-31 18:03   热度:811°  评论:2 条 

    由于笔者毕业设计用到串级控制系统,所以稍加研究了一下。

串级控制系统的基本原理
    采用不止一个控制器,而且控制器间相串接,一个控制器的输出作为另‘—个控制器的设定值的系统,称为串级控制系统。串级控制系统是按其结构命名的。
    例如,铝炉锅筒液位是一个重要的工艺参数。液位过低,影响产汽量,且易烧干而发生事故;液位过高,影响蒸汽质量,因此对锅筒液位府严加控制。锅简液位有多种控制方案:
    (1)图5—1a所示是结水流量定值控制。该控制方案保持给水流量为定值,对于克服给水流员或压力的波动有效,但由于锅简液位是开环,因此,锅筒液位不能保持恒定。
    (2)图5—1b所示是锅筒液位定值控制。该控制方案选择锅简液位作为被控变量,选择给水流量作为操纵变量。由于被控过程的滞后大,时间常数大,因此,锅筒液位控制系统的控制品质不佳。尤其当给水流量和压力波动时影响更大。

1.png

   (3)锅简液位为主被控变量,给水流量为副被控变量,给水流量为操纵变量组成串级控制,如图5—1c所示。该控制方案以锅筒液位作为主被控变量,抓住了生产过程的主要矛盾;通过副被控变量组成的副回路.能够及时克服给水流量或压力的波动,大大削弱了它们
的波动对锅筒液他的影响。该控制系统投运后,取得了良好的控制效果。
    图5—1中,IJ、叮分别为液位、给水流量变送器,Lc、rc分别为液位

201312191847315810748.png

   图5。2中,主被控变量yI是串级控制系统中要保持平稳控制的主要被控变量。例如,
示例中的锅筒液位。副被控变量72是串级控制系统的辅助被控变量。例如,示例中的给水流量。通常,控制系统中的主要扰动影响首先在副被控变量反映。氏(z)和氏(‘)分别是主、副控制器的传递函数。主控制器的输出作为副控制器的设定值,组成串联连接的结构。
因此,主控制器输出QI等于副控制器的设定L o由于主控制器的输出随偏差e J而变化.即副控制器是在外部设定情况下工作,此时是随动控制。主控制器在内部设定情况下工作,因此是定值控制。示例中的液位控制器是主控制器,给水流量控制器是副控制器。rI和r2是主、副控制器的设定。G p、(‘)和G4(‘)分别是主、副被控对象传递函数。GmI(‘)和612d(‘)分别是主、副被控变量的检测变送环节传递函数。7“和yd分别是主、副被控变量的测量值。风和F2分别是进入主、副被控对象的扰动。扰动通道传递函数分别为cf2(s)和GR(‘)。把由G6(‘)、G,(‘)、c4(‘)和Gd(s)组成的控制回路称为副(控制)回路,或副环。把由氏
(s)和副回路、汽(s)和G,。l(‘)组成的控制回路称为主(控制)回路,或主环。控制系统的调节过程如下:当给水压力或流量波动时,锅筒液位还没有变化,因此,主控制器输出不变,给水流量控制器因扰动的影响,使给水流量测量值变化,按定值控制系统
的调节过程,副控制器改变控制阀开度,使给水流量稳定。与此同时,给水流量的变化也影响锅筒液位,使主控制器输出.即副控制器的设定变化,副控制器的设定和测旦的同时变化,进一步加速了控制系统克服扰动的调节过程,使主被控变量锅筒液位回复到设定值。当锅简液位和给水流量同时变化时.主控制器通过主环及时调节副控制器的设定,使给水流量变化保持锅筒液位恒定,而副控制器一方面接收主控制器的输出信号,同时、根据给水流量测量值的变化进行调节,使给水流量跟踪设定值变化,使给水流量能根据锅筒液伦及时调整,最终使锚筒液位迅速回复到设定值。
    串级控制系统中有关的传递函数如下:

3.png

  串级控制系统是由两个或两个以上的控制器串联连接,一个控制器输出是另一个控制器
设定。主控制回路是定值控制系统。对主控制器的输出而言,副控制回路是随动控制系统,
对进入副问路的扰动而言,副控制回路是定值控制系统。


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本文作者:RainFly      文章标题: 串级控制系统的基本原理
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