张 利 zhanglinj@gmail.com 复杂控制系统 张 利 zhanglinj@gmail.com.

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1 张 利 zhanglinj@gmail.com
复杂控制系统 张 利

2 串级控制系统 TmC TmT 被加热原料 燃料 出口温度 TsC TsT TC TT 被加热原料 燃料 出口温度

3 组成原理 TmC TmT 被加热原料 燃料 出口温度 TsC TsT TmC TsC 调节阀 炉膛 TsT 加热炉出口 TmT _ 出口温度
Q P Tm给定值 Rs Rm Zm Zs f1 f2 Tm

4 串级控制系统

5 术语 主给定值 主调节器 副调节器 调节阀 副对象 副检测 变送 主对象 主检测变送 _ 主被控变量 副被控变量 调节变量 副给定值
副检测 变送 主对象 主检测变送 _ 主被控变量 副被控变量 调节变量 副给定值 副测量值 f1 f2 副调节系统或副环 主测量值

6 调节过程 调节过程 1．干扰作用于副对象 由于副环的出现，使调节作用变得更快、更强。使干扰在进入主环时大大减小。 TmC
1．干扰作用于副对象 由于副环的出现，使调节作用变得更快、更强。使干扰在进入主环时大大减小。 TmC TmT 被加热原料 燃料 出口温度 TsC TsT 如燃料的性质发生改变

7 调节过程 2．干扰作用于主对象 串级控制也能有效地去克服干扰 TmC TmT 如被加热原料的性质改变 TsC TsT 被加热原料 出口温度
2．干扰作用于主对象 串级控制也能有效地去克服干扰 TmC TmT 被加热原料 燃料 出口温度 TsC TsT 如被加热原料的性质改变

8 调节过程 3．干扰同时作用于主、副对象 （1）受干扰作用，主、副变量变化方向相同 由于有副回路的存在，系统能更早、更快、更强地克服干扰。
3．干扰同时作用于主、副对象 （1）受干扰作用，主、副变量变化方向相同 由于有副回路的存在，系统能更早、更快、更强地克服干扰。 TmC TmT 被加热原料 燃料 出口温度 TsC TsT 如燃料压力升高，同时被加热原料流量下降

9 调节过程 3．干扰同时作用于主、副对象 （2）受干扰作用，主、副变量变化方向相反 主、副变量变化方向相反的情况下，串级系统比较稳定。 TmC
（2）受干扰作用，主、副变量变化方向相反 主、副变量变化方向相反的情况下，串级系统比较稳定。 TmC TmT 被加热原料 燃料 出口温度 TsC TsT 如燃料压力升高， 同时被加热原料 流量上升

10 调节过程 在串级控制系统中，由于从对象提取出副变量并增加一个副环，整个系统克服干扰的能力更强，克服干扰的作用更及时，控制性能明显提高。
主给定值 主调节器 副调节器 调节阀 副对象 副检测 变送 主对象 主检测变送 _ 主被控变量 副被控变量 调节变量 副给定值 副测量值 f1 f2 副调节系统或副环 主测量值 在串级控制系统中，由于从对象提取出副变量并增加一个副环，整个系统克服干扰的能力更强，克服干扰的作用更及时，控制性能明显提高。

11 串级系统特点 1．分级控制思想 将一个调节通道较长的对象分为两级 2．串级系统结构组成 3．系统工作方式 副环：随动；主环：定值
4．控制性能 引入副环，系统对于干扰反应更及时，克服干扰的速度更快，能有效地克服系统滞后，改善控制精度和提高控制质量。

12 串级系统设计 1．主、副被控变量的选择

13 主、副被控变量的选择

14 主、副被控变量的选择 （1）使主要干扰作用在副对象。 （2）使副对象包含适当多的干扰。
（3）主、副对象的时间常数不能太接近，通常使副对象的时间常数Ts明显小于主对象的时间常数TＭ。

15 调节器调节规律的选择

16 调节器作用方向的选择

17 调节器作用方向的选择 例：调节阀选气开阀

18 调节器作用方向的选择 主被控变量： 副被控变量： 主被控对象： 副被控对象： ＋ LC+ FC- + FT+ LT+ _ 出口温度 Ts Q
调节阀- + FT+ LT+ _ 出口温度 Ts Q P Tm给定值 Rs Rm Zm Zs f1 f2 反作用 正作用

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20 4.2 均匀控制 LC FC 在理想状态不能实现的情况下，只有冲突的双方各自降低要求，以求共存。均匀控制思想就是在这样的应用背景下提出来的。

21 4.2 均匀控制

22 均匀控制

23 均匀控制 ⑤ 控制目标不同：简单控制系统控制目标更严格； ⑥ 系统结构相同：

24 均匀控制

25 均匀控制

26 均匀控制

27 均匀控制 杜绝微分作用

28 均匀控制

29 均匀控制

30 均匀控制

31 4.3 比值控制Rate control system
基本原理、结构和性能分析 比值控制系统是控制两个物料流量比值的控制系统。 一个物料流量需要跟随另一个物料流量变化，前者称为从动量，后者称为主动量。 主动量：主要物料或关键物料流量，是可测； 从动量：可测可控，一般供应有余；

32 4.3 比值控制Rate 1.开环比值系统 调节器 调节阀 对象 检测 变送 _ 从变量Q2 调节变量 给定值 测量值 f1 主变量Q1
检测 变送 _ 从变量Q2 调节变量 给定值 测量值 f1 主变量Q1 FC Q1 Q2

33 比值控制Rate control system
2.单闭环比值控制系统 TC F1T F2C F2T F1Y 主动量 从动量 * F2C 调节阀 对象 F2T _ 调节变量 给定值 测量值 F1Y F1T 主流量 从动量

34 比值控制Rate control system
双闭环比值系统 F2C 调节阀 副对象 F2T _ 调节变量 给定值 测量值 F1Y 从流量 F1C 主对象 F1T 主流量 TC F1T F2C F2T F1Y 主动量 从动量 * F1C

35 比值控制Rate control system
变比值控制系统

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