3復(fù)雜控制系統(tǒng)-1ppt課件

1、控制工程概論控制工程概論- - 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)最基本、使用最廣泛最基本、使用最廣泛 (85%)。復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加計(jì)算環(huán)節(jié)、控在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加計(jì)算環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)或者其他環(huán)節(jié)，構(gòu)成了復(fù)雜控制系統(tǒng)制環(huán)節(jié)或者其他環(huán)節(jié)，構(gòu)成了復(fù)雜控制系統(tǒng) (15%)。按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和所按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和所完成的功能劃分完成的功能劃分 采用不止一個(gè)控制器，控制器之間相互串接，采用不止一個(gè)控制器，控制器之間相互串接，一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值的一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值的系統(tǒng)，稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)，稱為串級(jí)控制系統(tǒng)

2、。l 基本原理基本原理 燃料 TT TC 加熱爐 原料 (a)溫度定值控制 燃料 FT FC 加熱爐 原料 (b)流量定值控制 TC TT 燃料 FT FC 加熱爐 原料 (c)溫度和流量串級(jí)控制 例：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)例：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)- 主控制器的輸出是副控制器的設(shè)定；主控制器的輸出是副控制器的設(shè)定；- 由兩個(gè)控制器、兩個(gè)檢測(cè)變送器、一個(gè)執(zhí)行器組成；由兩個(gè)控制器、兩個(gè)檢測(cè)變送器、一個(gè)執(zhí)行器組成；- 主回路是定值控制系統(tǒng)，對(duì)主回路的輸出而言，副回路主回路是定值控制系統(tǒng)，對(duì)主回路的輸出而言，副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)副回路的擾動(dòng)而言，副回路是定值是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)副回路的擾動(dòng)而言，副

3、回路是定值控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。溫度溫度流量流量主控制器主控制器副控制器副控制器副被控對(duì)象副被控對(duì)象主被控對(duì)象主被控對(duì)象副回路副回路主回路主回路副被控變量副被控變量主被控變量主被控變量12211122212211( )( )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )ccvppcvpmccvppmGs Gs G s Gs GsY sR sGs G s Gs GsGs Gs G s Gs Gs Gs122211122212211( )( )( )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )fcvpmfc

4、vpmccvppmGsGs G s Gs Gs GsY sF sGs G s Gs GsGs Gs G s Gs Gs Gs211222212211( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )fpcvpmccvppmGs GsY sF sGs G s Gs GsGs Gs G s Gs Gs Gs2222222( )( )( )( )( )1( )( )( )( )cvpcvpmGs G s GsY sR sGs G s Gs Gs控制通道控制通道干擾通道干擾通道干擾通道干擾通道控制通道控制通道l串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析1. 能迅速

5、克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響 當(dāng)擾動(dòng)進(jìn)入副回路后，首先副被控變量檢測(cè)到擾動(dòng)當(dāng)擾動(dòng)進(jìn)入副回路后，首先副被控變量檢測(cè)到擾動(dòng)的影響，并通過副回路的定值控制作用及時(shí)調(diào)節(jié)操縱變的影響，并通過副回路的定值控制作用及時(shí)調(diào)節(jié)操縱變量，使副被控變量恢復(fù)到副設(shè)定值，從而使擾動(dòng)對(duì)主被量，使副被控變量恢復(fù)到副設(shè)定值，從而使擾動(dòng)對(duì)主被控變量的影響減少?？刈兞康挠绊憸p少。l串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析1. 能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響副回路擾動(dòng)通道副回路擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)l串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析1. 能迅速克服進(jìn)入副回路

6、擾動(dòng)的影響能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)：串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)：單回路控制系統(tǒng)中擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)：單回路控制系統(tǒng)中擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)：222222( )( )( )1( )( )( )( )fcvpmGsY sF sGs G s Gs Gs222( )( )( )fY sGsF s22211( )( )( )( )cvpmGs G s Gs Gs迅速克服擾動(dòng)影響，大大迅速克服擾動(dòng)影響，大大減小最大偏差和余差減小最大偏差和余差l串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析2. 改善了對(duì)象特性，提高了工作頻率改善了對(duì)象特性，提高了工作頻率副回路控制

7、通道副回路控制通道傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)減小時(shí)間常數(shù)，加快系統(tǒng)減小時(shí)間常數(shù)，加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量，提高響應(yīng)，減小超調(diào)量，提高控制系統(tǒng)工作頻率?？刂葡到y(tǒng)工作頻率。l串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析3. 串級(jí)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)能力串級(jí)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)能力 主控制器的輸出能按照負(fù)荷或操作條件的變化而變主控制器的輸出能按照負(fù)荷或操作條件的變化而變化，從而不斷改變副控制器的設(shè)定值，使副控制器的設(shè)化，從而不斷改變副控制器的設(shè)定值，使副控制器的設(shè)定值能隨負(fù)荷及操作條件的變化而變化。因此，串級(jí)控定值能隨負(fù)荷及操作條件的變化而變化。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷的變化和操作條件的改變有一定的自適應(yīng)制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷

8、的變化和操作條件的改變有一定的自適應(yīng)能力。能力。l串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析4. 能夠更精確控制操縱變量的流量能夠更精確控制操縱變量的流量 采用串級(jí)控制系統(tǒng)后，引入了流量副回路，使流量采用串級(jí)控制系統(tǒng)后，引入了流量副回路，使流量測(cè)量值與主控制器的輸出一一對(duì)應(yīng)，從而能夠更精確地測(cè)量值與主控制器的輸出一一對(duì)應(yīng)，從而能夠更精確地控制操縱變量的流量?？刂撇倏v變量的流量。l串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析5. 可實(shí)現(xiàn)更靈活的操作方式可實(shí)現(xiàn)更靈活的操作方式 串級(jí)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制、主控和副控等多串級(jí)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制、主控和副控等多種控制方式。因此，在運(yùn)行過程中，

9、如果某些部件出現(xiàn)種控制方式。因此，在運(yùn)行過程中，如果某些部件出現(xiàn)故障，則可靈活地進(jìn)行切換，減少對(duì)生產(chǎn)過程的影響。故障，則可靈活地進(jìn)行切換，減少對(duì)生產(chǎn)過程的影響。l串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主、副回路的設(shè)計(jì)主、副回路的設(shè)計(jì)- - 主被控變量的選擇和主回路的設(shè)計(jì)，仍可用簡單控主被控變量的選擇和主回路的設(shè)計(jì)，仍可用簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。 - - 副回路應(yīng)盡量包含生產(chǎn)過程中主要的、變化劇烈、副回路應(yīng)盡量包含生產(chǎn)過程中主要的、變化劇烈、頻繁和幅度大的擾動(dòng)，并力求包含盡可能多的擾動(dòng)。頻繁和幅度大的擾動(dòng)，并力求包含盡可能多的擾動(dòng)。l串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主

10、、副控制器的選擇主、副控制器的選擇- - 主控制器可采用比例積分作用或比例、積分、微分主控制器可采用比例積分作用或比例、積分、微分三作用控制規(guī)律。三作用控制規(guī)律。- - 副控制器采用單比例作用或比例積分作用控制規(guī)律。副控制器采用單比例作用或比例積分作用控制規(guī)律。l串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇- 依據(jù)控制閥的氣開、氣關(guān)形式，副對(duì)象的放大倍數(shù)，依據(jù)控制閥的氣開、氣關(guān)形式，副對(duì)象的放大倍數(shù)，決定副控制器正反作用方式，使決定副控制器正反作用方式，使Kc2KvKp2Km2乘積乘積為正值，其中為正值，其中Km2通?？偸钦?。通?？偸钦?。-

11、主控制器的正、反作用主要取決于主對(duì)象的放大倍主控制器的正、反作用主要取決于主對(duì)象的放大倍數(shù)，使數(shù)，使Kc1Kp1Km1的乘積為正值，通常的乘積為正值，通常Km1總是正值，總是正值，因此應(yīng)使因此應(yīng)使Kc1Kp1為正值。為正值。l串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇例例1：l串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇例例2：l串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇例例3：l串級(jí)控制控制器的參數(shù)整定串級(jí)控制控制器的參數(shù)整定參數(shù)整定：參數(shù)整定：

12、 通過調(diào)整控制器的參數(shù)，改善控制系統(tǒng)的通過調(diào)整控制器的參數(shù)，改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性找到最佳的調(diào)節(jié)過程，使控制動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性找到最佳的調(diào)節(jié)過程，使控制品質(zhì)最好。品質(zhì)最好。 - 逐步逼近法 （副主副） - 兩步法副主） - 一步法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)）l串級(jí)控制控制器的參數(shù)整定串級(jí)控制控制器的參數(shù)整定逐步逼近法逐步逼近法 斷開主回路，閉合副回路，按單回路控制系統(tǒng)的整定斷開主回路，閉合副回路，按單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定副控制器參數(shù)；方法整定副控制器參數(shù)； 閉合主、副回路，保持上一步取得的副控制器參數(shù)，閉合主、副回路，保持上一步取得的副控制器參數(shù)，按單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定主控制器參數(shù)；按單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定主控制器參數(shù)； 閉合主、副回路，主控制器參數(shù)保持的情況下，再次閉合主、副回路，主控制器參數(shù)保持的情況下，再次調(diào)整副控制器參數(shù)；調(diào)整副控制器參數(shù)；