安徽工业大学：《化工仪表与自动控制》课程教学资源（PPT课件讲稿）第八章 复合控制系统

Q第八章复合控制系统 复合控制系统是由两个及两个以上简单控制 系统组合起来的控制一个或同时控制多个参 数的控制系统。 常见复合控制系统主要有以下几种: 1.串级控制系统 2.均匀控制系统 3.比值控制系统 4.选择性控制系统 5.分程控制系统 6.多冲量控制系统

第八章 复合控制系统  复合控制系统是由两个及两个以上简单控制 系统组合起来的控制一个或同时控制多个参 数的控制系统。  常见复合控制系统主要有以下几种： 1. 串级控制系统 2. 均匀控制系统 3. 比值控制系统 4. 选择性控制系统 5. 分程控制系统 6. 多冲量控制系统

Qs8.1串级控制系统 ◆串级控制系统是指:在对象滞后较大 干扰作用强烈而且频繁的主控制系统中 对局部参数(副参数)进行预先控制以 提高系统总体控制水平的复合控制系统。 ◆串级控制系统通常包括: 主控制系统:系统目标参数控制系统; 副控制系统:为实现目标参数控制而设置的 辅助参数控制系统

§8.1串级控制系统  串级控制系统是指：在对象滞后较大、 干扰作用强烈而且频繁的主控制系统中， 对局部参数（副参数）进行预先控制以 提高系统总体控制水平的复合控制系统。  串级控制系统通常包括： – 主控制系统：系统目标参数控制系统； – 副控制系统：为实现目标参数控制而设置的 辅助参数控制系统

Q例:管式加热炉的控制 出口温度 ◆主参数(目标参数) 出口温度 炉温 ◆操纵变量:燃料量 ◆副变量:炉温 燃料量 通过出口温度 原料 调节炉温设定值 原料量变化 炉温变化 出口温度变化 通过燃料量 周节炉温

例： 管式加热炉的控制  主参数（目标参数）： 出口温度  操纵变量：燃料量  副变量：炉温 出口温度 炉温 燃料量 原料 原料量变化 炉温变化 出口温度变化 通过燃料量 调节炉温 通过出口温度 调节炉温设定值

串级控制的特 ◆两个回路:主回路、副回路 ◆两个变量:主变量、副变量 ◆改善了对象的特性,有效地克服了滞后 ◆具有一定的自适应能力。可应用于负荷 和操作条件变化较大的场合 ☆自适应:自动调整设定值,以保证系统 整体具有较好的控制质量

串级控制的特点  两个回路：主回路、副回路  两个变量：主变量、副变量  改善了对象的特性，有效地克服了滞后  具有一定的自适应能力。可应用于负荷 和操作条件变化较大的场合。 ❖自适应：自动调整设定值，以保证系统 整体具有较好的控制质量

Q串级控制系统中副回路的确定 主、副回路应有一定的内在联系 2.副回路应尽可能多地包含干扰因素 主要干扰应包含在副回路中 在可能条件下,使副回路包含较多的次要 干扰。 3.注意主、副回路的时间匹配,防止“共 振” 4.尽量使副回路包含较少的滞后时间

串级控制系统中副回路的确定 1. 主、副回路应有一定的内在联系 2. 副回路应尽可能多地包含干扰因素 – 主要干扰应包含在副回路中； – 在可能条件下，使副回路包含较多的次要 干扰。 3. 注意主、副回路的时间匹配，防止“共 振” 4. 尽量使副回路包含较少的滞后时间

Q控制规律与正反作用 ◆控制规律 主回路:无余差—PI、PID控制 副回路:快速反应—纯P控制 ◆正反作用 主回路:根据主、副变量的关系确定正反作 用 副回路:根据系统安全性确定正反作用。 如考虑运行中切除副回路,则副控制器应选 用反作用。 °设定值加大相当于输入信号减小

控制规律与正反作用  控制规律 – 主回路：无余差——PI、PID控制 – 副回路：快速反应——纯P控制。  正反作用 – 主回路：根据主、副变量的关系确定正反作 用； – 副回路：根据系统安全性确定正反作用。 – 如考虑运行中切除副回路，则副控制器应选 用反作用。 • 设定值加大相当于输入信号减小

§8.2均匀控制系统 ◆当系统中具有两个相互关联的参数,其 中任意一个参数的稳定必然导致另一个 参数的大幅度变化,而工艺上需要两者 兼顾时,可采用均匀控制。 ◆均匀控制的目标: 两个参数都是变化的,且变化缓慢 两个参数的变化范围都要尽可能小

§8.2 均匀控制系统  当系统中具有两个相互关联的参数，其 中任意一个参数的稳定必然导致另一个 参数的大幅度变化，而工艺上需要两者 兼顾时，可采用均匀控制。  均匀控制的目标： – 两个参数都是变化的，且变化缓慢； – 两个参数的变化范围都要尽可能小

均匀控制方案 ◆简单均匀控制 采用简单控制系统,选择适宜的控制参数, 降低单个参数的控制精度 减小放大倍数,延长积分时间,不用微分控制 ◆串级均匀控制 通过两个参数的控制制约调和两个参数的矛 盾 串级均匀控制的主、副回路一般都采用低精 度快反应的纯比例控制。要求高精度时可适当加入 积分作用

均匀控制方案  简单均匀控制 – 采用简单控制系统，选择适宜的控制参数， 降低单个参数的控制精度。 • 减小放大倍数，延长积分时间，不用微分控制。  串级均匀控制 – 通过两个参数的控制制约调和两个参数的矛 盾。 – 串级均匀控制的主、副回路一般都采用低精 度快反应的纯比例控制。要求高精度时可适当加入 积分作用

Q§8.3比值控制系统 ◆比值控制系统:实现两个或两个以上参数符合 定比例关系的控制系统 比值控制方案 开环比值控制系统:以一个参数的测定值控制另 个参数; 单闭环比值控制系统:以一个参数的测定值计算出 另一个参数闭环控制的设定值; 双闭环比值控制系统:以一个单闭环参数的测定值 计算另一个参数闭环控制的设定值; 变比值控制系统:以第三个参数的大小决定上述控 制系统的比值

§8.3 比值控制系统  比值控制系统：实现两个或两个以上参数符合 一定比例关系的控制系统。  比值控制方案 – 开环比值控制系统：以一个参数的测定值控制另一 个参数； – 单闭环比值控制系统：以一个参数的测定值计算出 另一个参数闭环控制的设定值； – 双闭环比值控制系统：以一个单闭环参数的测定值 计算另一个参数闭环控制的设定值； – 变比值控制系统：以第三个参数的大小决定上述控 制系统的比值

Q§8.4选择性控制系统 ◆两种系统保护措施 硬保护:极限情况下,声光报警,转入人工控制或 停车; 软保护:极限情况下,转入另一种控制模式,进行 自动处理—选择性控制系统。 ◆根据处理方法不同,选择性控制系统可以分为 类 开关型选择性控制系统:由限位信号切断控制器输 出 连续型选择性控制系统:由限位信号切换为另一个 控制器输出给执行器; 混合型选择性控制系统:采用两个限制信号,同时 进行上述两种控制

§8.4 选择性控制系统  两种系统保护措施 – 硬保护：极限情况下，声光报警，转入人工控制或 停车； – 软保护：极限情况下，转入另一种控制模式，进行 自动处理——选择性控制系统。  根据处理方法不同，选择性控制系统可以分为 三类； – 开关型选择性控制系统：由限位信号切断控制器输 出； – 连续型选择性控制系统：由限位信号切换为另一个 控制器输出给执行器； – 混合型选择性控制系统：采用两个限制信号，同时 进行上述两种控制