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1、1电厂锅炉过热汽温控制系统分析被控量:主汽温1控制手段:减温器的喷水主汽温对象特点:滞后和惯性较大采用单回路控制品质不好导前信号导前信号125.1串级控制系统一.串级控制系统的组成原理第1页/共44页2副回路(内回路):粗调副回路(内回路):粗调 克服进入副回路中的扰动克服进入副回路中的扰动主回路(外回路):细调主回路(外回路):细调 主调的输出是副调的给定主调的输出是副调的给定主参数(主变量):主参数(主变量):1反应慢反应慢副参数(副变量):副参数(副变量):2 反应快反应快给定值内扰副变量PI1PI2执行器阀门减温器过热器变送器变送器主变量主调副调副对象主对象第2页/共44页3二二.串级
2、控制系统的分析串级控制系统的分析副回路化简为等效副对象副回路化简为等效副对象(一)副回路对控制品质的影响1.1.减小了时间常数减小了时间常数Gc1Gc2Gm2GfG02G01Gm1Gc1G02G01Gm1第3页/共44页42.提高了系统的工作频率串级控制系统简化图串级控制系统简化图单回路控制系统单回路控制系统Gc1G02G01Gm1Gc1GfG02G01Gm1第4页/共44页5(二)副回路的抗干扰能力Gc1Gc2Gm2GfG02G01Gm1Gc1Gc2Gm2GfG02G01Gm11/Gc2G02第5页/共44页61.主回路是定值控制系统,副回路是随动控制系统,其给定值随主控制器的输出而变化的。
3、2.副对象的等效放大倍数基本不变。(三)副回路对负荷变化的适应性 第6页/共44页7串级与单回路的比较第7页/共44页8串级控制系统的特点:(1)由于副回路的存在,改善了对象的动态特性。减小了对象的时间常数,提高了系统的工作频率,快速性变好。(2)对进入副回路的扰动具有很强的克服能力,对进入主回路的扰动也有一定克服能力。(3)对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力。第8页/共44页9三、串级控制系统的设计1.主变量的选择 与单回路系统被控量的选择一样2.副变量的选择(1)副回路应包括主要的和更多的扰动。第9页/共44页10(2)主、副回路对象的时间常数应匹配。(3)应注意工艺上的合理性和经
4、济性。第10页/共44页113.主、副控制器控制规律的选择(1)主变量是生产工艺的重要指标,副变量的引入是为提高主变量的控制精度。主控制器宜选择PI或PID。副控制器选P或 PI。(2)生产工艺对主变量的控制要求较高,对副变量的控制要求也不低。主控和副控均选PI,但若主控输出变化太剧烈,副变量也难以稳定工作。第11页/共44页12四四.串级控制系统的整定串级控制系统的整定R1Y2Gc1Gc2G01Gm1G02Gm2Y1整定方法整定方法:逐次逼近法逐次逼近法,两步整定法两步整定法,补偿法补偿法第12页/共44页131.逐次逼近法逐次逼近法(1)断开主环,按单回路方法整定副回路,得到副控的参数,记
5、作Gc2(s)1。(2)闭合主环,整定主回路,得到主控的参数,记作Gc1(s)1。(3)主环、闭环均闭合,再整定副回路,得到Gc2(s)2。(4)重新整定主回路,得到Gc1(s)2。如果不满意,重复步骤(3)、(4),直到满意为止。第13页/共44页142.两步整定法两步整定法(1)先将主调=100,按单回路衰减曲线法整定副回路,减小副,直到副变量呈4:1衰减振荡(=75%)为止,记下此时s2和Ts2。(2)在副调为s2条件下,减小主,直到主变量呈4:1衰减振荡为止,记下此时s1和Ts1。(3)根据s1、Ts1、s2和Ts2,按经验公式,得到主调和副调参数值。第14页/共44页153.一步整定
6、法一步整定法(1)由表5.2选一个合适的副调放大系数(P作用)。(2)将系统投入串级控制,按单回路方法整定主调的参数。观察控制过程,根据K值匹配原理,适当地调整参数,直到主变量的控制品质最佳。(3)如果在整定过程中出现“共振”,只需加大主、副控制器中任一比例带值就可以消除。第15页/共44页165.2 前馈前馈-反馈复合控制系统反馈复合控制系统换热器的前馈控制分析被调量:被调量:1 1调节量:调节量:q q主要扰动:主要扰动:D D第16页/共44页17一.前馈控制的概念前馈控制是按扰动量的变化进行控制的。推导前馈控制器的传函GcfGuG第17页/共44页18二.前馈-反馈控制分析完全补偿条件
7、GcfGuGH(s)Gc第18页/共44页19前馈-反馈控制系统的优点:(1)可以对系统中的主要干扰进行前馈补偿。(2)前馈可近似补偿,降低了前馈控制器精度的要求。(3)既可实现高精度控制,又能保证系统稳定运行。第19页/共44页20三、采用前馈控制的原则(1)系统中的扰动量是可测不可控的。(2)系统中的扰动量的变化幅值大、频率高。(3)在系统中存在着对被控量影响显著的主要扰动。(4)控制通道的迟延时间较大或扰动通道的时间常数较小。第20页/共44页21前馈-反馈控制实例汽包锅炉水位控制示意图过热器W给水蒸汽 DH省煤器汽包被控量控制量前馈信号第21页/共44页22一、常规控制方案 微分先行控
8、制方案:微分作用串联在反馈回路上 5.3 大迟延对象控制系统第22页/共44页23二、二、SmithSmith预估补偿:在闭环中去掉纯迟延环节预估补偿:在闭环中去掉纯迟延环节即消去特征方程中的即消去特征方程中的e ess项项 Y(s)R(s)E(s)D(s)G0(s)U(s)Y0(s)5.3 大迟延对象控制系统Y(s)R(s)E(s)D(s)G0(s)U(s)Y0(s)第23页/共44页24B(s)U(s)Y(s)Smith滞后补偿闭环控制系统D(s)G(s)R(s)E(s)加入补偿器后,使控制器入口的信号E(s)相同第24页/共44页25例5-2 迟延对象控制系统三种方法仿真第25页/共44
9、页26三、大林(Dahlin)算法 设计思想是:设计一个合适的控制器Gc(z),使系统的闭环传递函数为具有带纯迟延的一阶惯性环节,并要求纯延迟时间等于被控对象的纯迟延时间。主要目的是避免出现超调第26页/共44页275.4 比值控制系统一、比值控制系统的类型(一)单闭环比值控制系统 主流量主流量QQ1 1副流量副流量QQ2 2第27页/共44页28特点:结构简单,实施方便,能保证主、副流量的比值,但主流量不受控制。主检测变送器副检测变送器比值器调节器调节阀副对象主流量主流量QQ1 1副流量副流量QQ2 2第28页/共44页29试推导静态时Q1和Q2关系第29页/共44页30(二)双闭环比值控制
10、系统主检测变送器副检测变送器比值器主调节器调节阀副对象QQ1 1QQ2 2副调节器调节阀主对象第30页/共44页31试推导静态时Q1和Q2关系第31页/共44页32(三)变比值控制系统主检测变送器检测变送器比值调节器主调节器调节阀副对象QQ1 1QQ2 2除法器主对象检测变送器第32页/共44页33第33页/共44页34二、比值控制系统的设计(一)主、副物料流量的确定(1)一般选生产过程中起主导作用的物料流量为主流量。(2)不可控的或者工艺上不允许控制的物料流量一般选为主流量,而可控的物料流量选为副流量。(3)较昂贵的物料流量可选为主流量。(4)按生产工艺的特殊要求确定主、副物料流量。第34页
11、/共44页35(二)控制方案的选择(1)仅要求两物料流量之比值一定,负荷变化不大,主流量不可控制,则可选单闭环比值控制方案。(2)在生产过程中,主、副流量扰动频繁,负荷变化较大,同时要保证主、副物料流量恒定,则可选用双闭环比值控制方案。(3)当生产要求两种物料流量的比值能灵活地随第三个参数的需要进行调节时,可选用变比值控制方案。第35页/共44页36(三)调节器控制规律的确定(1 1)单闭环比值控制系统,比值器选P P,控制器选PIPI。(2 2)双闭环比值控制系统,两个调节器均应选PIPI。(3 3)串级(变)比值控制系统,主调节器选PIPI或PIDPID控制规律,副调节器选用P(P(或PI
12、)PI)控制规律。第36页/共44页37三、比值控制系统整定(1)(1)变比值控制系统,可按串级控制系统进行。变比值控制系统,可按串级控制系统进行。(2)(2)单闭环比值控制系统的整定:单闭环比值控制系统的整定:1 1)根据工艺要求的流量比值)根据工艺要求的流量比值K K,进行投运。,进行投运。2 2)将积分时间置于最大值,由大到小逐步改变比例带,直到在阶跃干扰下)将积分时间置于最大值,由大到小逐步改变比例带,直到在阶跃干扰下过渡过程处于振荡与不振荡的临界过程为止。过渡过程处于振荡与不振荡的临界过程为止。3 3)若有积分作用,则适当放宽比例带,减小积分时间,直到出现临界过程)若有积分作用,则适
13、当放宽比例带,减小积分时间,直到出现临界过程或稍有点过调。或稍有点过调。(3)(3)双闭环比值控制系统,副回路按单回路整定,主流量回路的过渡过程一般双闭环比值控制系统,副回路按单回路整定,主流量回路的过渡过程一般应整定成非周期过程。应整定成非周期过程。第37页/共44页385.5 解耦控制系统一.耦合程度的分析方法Gc1Gc2G11G21G12G22R1R2C1C2U1U2第38页/共44页39双入双出对象的静态特性图K11K21K12K22C1C2U1U2第39页/共44页40带前馈补偿器的双变量全解耦系统Gc1Gc2G11G21G12G22U1U2N12N21第40页/共44页41解耦环节结合控制器的前馈补偿全解耦系统Gc11Gc22G11G21G12G22Gc12Gc21第41页/共44页42双变量的反馈解耦系统Gc11Gc22Gv11Gv21Gv12Gv22Gf12Gf21第42页/共44页43双变量解耦系统框图Gc1Gc2G11G21G12G22N21N11N12N22第43页/共44页44感谢您的观看!第44页/共44页
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