清华大学：《过程控制 Process Control》课程教学资源（PPT课件）第二篇 复杂控制系统 第五章 串级控制系统（Cascade Control）

Process Control 过程控制 清华大学自动化系 王京春

第二篇复杂控制系统

1.什么是复杂系统 简单控制系统 u G.(s)

简单控制系统 + - r y u y m G (s) c G (s) p G (s) v G (s) m

复杂控制系统 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。 σ复杂系统-多回路系统

F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。 F复杂系统--多回路系统 复杂控制系统

2.多回路系统 σ特征:基于PI控制策略;由多个控 制回路组成的系统。 案例: (1)一般串级控制系统 次扰动 次扰动 主调节器 副调节器调节阀 副对象 主对象 副变送器 主变送器

主调节器 副调节器 调节阀 副对象 主对象 主变送器 副变送器 二次扰动 一次扰动 F特征：基于PID控制策略；由多个控 制回路组成的系统。 F案例： （1）一般串级控制系统

案例(2)串级比值控制系统 次扰动 次扰动 主调节器 副调节器 调节阀*副对象主对象 除法器 副变送器 变送器 主变送器 案例(3) 前馈控制 T S+ S+1 )+P P阀换热器 图619换热器前馈-反馈控制系统

案例（2）串级比值控制系统 案例（3） 2r PI PI 阀 换热器 k – –  + + + + Q 1 2 D 1 1 2 1   s s   p – + 前馈控制 图6.19 换热器前馈-反馈控制系统 主调节器 副调节器 调节阀 副对象 主对象 主变送器 副变送器 二次扰动 一次扰动 除法器 变送器

案例(4) μc 119 D21 g K12g1 K22g2 y2 限制 控制系统 过程 图713应用前馈补偿法进行解耦

案例（4） C1 K11 g11 K21 g21 K12 g12 K22 g22 D21 D12 C2 + + y1 + + y2 + + c1 1 + c2 + 2 < 限制 控制系统 过程 图7.13 应用前馈补偿法进行解耦

3.多回路系统的发展 a80-90%控制系统是基于PID控制的系 统,包括多回路系统。 多回路系统应用状况 以乙烯生产厂为例,它共有421个控 制回路 其中:常规PID单回路347个 串级、比值等74个(串级24) 多回路系统占17.5%

F80-90%控制系统是基于PID控制的系 统，包括多回路系统。 F多回路系统应用状况 以乙烯生产厂为例，它共有421个控 制回路 其中：常规PID单回路 347个 串级、比值等 74个（串级24） 多回路系统占17.5%

4第二篇内容 串级控制系统 比值控制系统 前馈控制系统 大迟延控制系统 非线性增益控制系统 σ解耦控制系统

F串级控制系统 F比值控制系统 F前馈控制系统 F大迟延控制系统 F非线性增益控制系统 F解耦控制系统

5.若干典型控制系统 反应器 加热炉 进料 换热器 σ精馏塔 T 冷却液③ 产品

F反应器 F加热炉 F精馏塔 F换热器