第二复杂控制系统

《第二复杂控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二复杂控制系统（51页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、工业生产过程控制工业生产过程控制 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院College of Electromechanical Information Engineering第二章复杂控制系统第二章复杂控制系统Chapter 2 Complex Control System 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 在简单反馈控制回路中增加了计算环节、在简单反馈控制回路中增加了计算环节、控制环节或其他环节的控制系统称复杂控控制环节或其他环节的控制系统称复杂控制系统。制系统。从输入输出关系上看，其整体上仍然是单从输入输出关系上看，其整体

2、上仍然是单一的。一的。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理SV蒸汽蒸汽TTTC采出采出进料进料大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理SV蒸汽蒸汽TTTC采出采出进料进料大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理SVFCFTSV蒸汽蒸汽TTTC采出采出进料进料FCFTSV蒸汽蒸汽TTTC采出采出进料进料流量对流量对象

3、象TT1x调节阀调节阀FT温度对温度对象象FCTC1y2y2f1f大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理例例2 2 硝酸生产过程硝酸生产过程氨生成一氧化氮氨生成一氧化氮 控制方案控制方案1、氨气流量定值控制：、氨气流量定值控制：控制方案保持氨气体流控制方案保持氨气体流量为定值，由于炉温是开环、因此炉温不能保持恒定量为定值，由于炉温是开环、因此炉温不能保持恒定2、炉温定值控制：该方案选氧化炉温度为被控变量，、炉温定值控制：该方案选氧化炉温度为被控变量，选择氨气流量作为操纵变量。由于被控过程的滞后时选择氨气流量作为操纵变量。由于被控过程的滞后时间长，时间常

4、数大，控制品质不好。间长，时间常数大，控制品质不好。3、选炉温为主控变量，氨气流量为副控变量，氨气流、选炉温为主控变量，氨气流量为副控变量，氨气流量为操纵变量组成串级控制。量为操纵变量组成串级控制。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理例例2 2 硝酸生产过程硝酸生产过程氨全成一氧化氮氨全成一氧化氮1u2u1my流量对流量对象象TT1r调节阀调节阀FT温度对温度对象象FCTC1y2y2f1f12ur 1e2my随动随动定值定值定值定值大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理定性分析定性分析 定性分析：定性分析：当

5、扰动进入后，首先，副被控变量检测扰当扰动进入后，首先，副被控变量检测扰动的影响，并通过副回路的定值作用进行动的影响，并通过副回路的定值作用进行控制，及时调整操纵变量，使副被控变量控制，及时调整操纵变量，使副被控变量回复到副设定值，从而使扰动对主被控变回复到副设定值，从而使扰动对主被控变量的影响减小。即副环回路对扰动进行粗量的影响减小。即副环回路对扰动进行粗调，主环回路对扰动进行细调。因些串级调，主环回路对扰动进行细调。因些串级能迅速克服进入副回路扰动的影响。能迅速克服进入副回路扰动的影响。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理主回路对应传递函数主回路对

6、应传递函数1212211222121211()()()()()()()()()()()()()()()()()()pcvppmcvpmccvppmG sG sG sG sG sG sY sF sG sG sG sG sG sG sG sG sG sG s 121211222121211()()()()()()()()()()()()()()()()()ccvppcvpmccvppmG s G s G s G s GsY sR sG s G s Gs GsG s G s G s G s Gs Gs 1212222121211()()()()()()()()()()()()()()ppcvpmcc

7、vppmGs GsY sF sGs G s Gs GsG s Gs G s Gs Gs Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理定量分析定量分析)()()()(1)()()(222222sGsGsGsGsGsFsYmpvcP )()()(222sGsFsYP)()()()(1)()()()()(2222222sGsGsGsGsGsGsGsRsYmpvcPvc)()()()(222sGsGsRsYpv 串级时副环回路扰动的传递函数串级时副环回路扰动的传递函数单回路副环扰动的传递函数单回路副环扰动的传递函数单回路副环的传递函数单回路副环的传递函数串级时

8、副环回路的传递函数串级时副环回路的传递函数)()()()(11222sGsGsGsGmpvc)()()()(1)(2222sGsGsGsGsGmpvcc扰动扰动余差余差大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理例例 1 1 串级控制系统分析串级控制系统分析 三种串级和一种单回路控制方案：三种串级和一种单回路控制方案：原料原料燃料油燃料油a)a)方案一方案一原料原料燃料油燃料油a)a)方案四方案四a)a)方案三方案三原料原料燃料油燃料油原料原料燃料油燃料油a)a)方案二方案二方案

9、一方案一是以出口温度为主控变量、是以出口温度为主控变量、燃料流量为副控变量的串级控制燃料流量为副控变量的串级控制系统。该控制系统的副回路由燃系统。该控制系统的副回路由燃料油量控制回路组成。抗干扰能料油量控制回路组成。抗干扰能力强。但该控制方案因燃料黏度较力强。但该控制方案因燃料黏度较大，导压管容易堵而不常被采用。大，导压管容易堵而不常被采用。方案二方案二是以出口温度为主控变量、是以出口温度为主控变量、燃料压力为副控变量的串级控制燃料压力为副控变量的串级控制系统。该控制系统的副回路由燃系统。该控制系统的副回路由燃料油压力控制回路组成。因阀后料油压力控制回路组成。因阀后压力与燃料油流量之间对应关系

10、压力与燃料油流量之间对应关系，因此，用阀后压力作为燃料油，因此，用阀后压力作为燃料油流量的间接变量，组成串级控制流量的间接变量，组成串级控制系统。同样该控制方案因燃料黏系统。同样该控制方案因燃料黏度较大，导压管容易堵而不常被度较大，导压管容易堵而不常被采用。采用。方案三方案三是以出口温度为主控变量、是以出口温度为主控变量、炉膛温度为副控变量的串级控制炉膛温度为副控变量的串级控制系统。该控制系统的副回路由炉膛系统。该控制系统的副回路由炉膛温度控制回路组成。用于克服燃料温度控制回路组成。用于克服燃料油热值或成分的变化造成的影响，油热值或成分的变化造成的影响，这是上面两个方面所不及的。但炉这是上面两

11、个方面所不及的。但炉膛温度检测点的位置重要，要能及膛温度检测点的位置重要，要能及时反映炉膛温度变化。时反映炉膛温度变化。方案四方案四是以出口温度为主控变量是以出口温度为主控变量的单回路控制方案。的单回路控制方案。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sY2 sF2 sF1 1CGs 2CGs VGs O2Gs O1Gs sE1 sX2 sE2 m1Gs m2Gs 1O2O2O2KGsT s C2C2GsK VVGsK m1m1GsK m2m2GsK 1O1

12、O1O1KGsT s C1C1GsK 12C2VO2O22C2VO2m2Y sGs Gs GsGsXsGs Gs Gs Gs m2O2O2VC2O2O2VC2111KsTKKKsTKKK大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs 12C2VO2O22C2VO2m2Y sGs Gs GsGsXsGs Gs Gs Gs m2O2O2VC2O2O2VC2111KsTKKKsTKKKm2O2VC2O2O2VC21KKKKsTKKK111m2O2VC2O2m2O2VC2O2V

13、C2sKKKKTKKKKKKK1O2O2sTK大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理m2O2VC2O2VC2O21KKKKKKKKO2m2O2VC2O2O21TKKKKTT 10C1O2O1m1Gs Gs Gs Gs 0111m1O1O1O2O2C1KsTKsTKK011m1O1O2C1O1O2KKKKsTsT01O2O1m1O1O2C1O2O1O2O12TTKKKKsTTTTsO2O1m1O1O2C120O2O1O2O101,2TTKKKKTTTT令大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理振荡频率为系统振荡，时

14、，当1020CAS102221O2O1O2O1221TTTT O2O1 O2O12 D21TTTT的工作频率为可求得单回路控制系统同理，即统具有相同的衰减率，串级控制系若使单回路控制系统与111 O2O1 O2O1DCASTTTT则大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sY2 sF2 sF1 1CGs 2CGs VGs O2Gs O1Gs sE1 sX2 sE2 m1Gs m2Gs 122O2*O22C2VO2m2FsYsGsGsFsGs Gs Gs Gs 副副 回回 路路 干干 扰扰作作 用用 下下，副副 回回 路路 函函大连民族学

15、院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs 11C1O2O11C1O2O1m1YsGs Gs GsXsGs Gs Gs Gs 1*1O2O12C1O2O1m1Y sGs GsF sGs Gs Gs Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs 。接近于，接近于希望012111sFsYsXsY 11C1O2C2*1O22YsXsGs GsQsYs

16、GsFs 抗抗干干扰扰能能力力用用下下式式表表示示大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 1C2VO2O2C2VO2m2Gs Gs GsGsGs Gs Gs Gs 11C2VO2C1C1O2C2VO2m2C2*O2O2C2VO2m2Gs Gs GsGsGs GsGs Gs Gs GsQsGsGsGs Gs Gs Gs 1O2*O2C2VO2m2GsGsGs Gs Gs Gs C1C2VGs Gs Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX sY sF2 sF1 CG s VGs O2Gs O1Gs mG

17、s 1CVO2O1CVO2O1mYsGs Gs Gs GsXsGs Gs Gs Gs Gs 1O2O12CVO2O1mYsGs GsFsGs Gs Gs Gs Gs sFsYsXsYsQ2D2为单回路系统的抗扰能力 CVGs Gs 单回路系统单回路系统大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 C2C1C2D2CQsGs GsQsGs CC2C1DCKKKsQsQ则例调节器，设所有调节器均采用比CC2C1KKK一般大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs

18、sE1 m1Gs *O2Gs 11O11C1O2O1m1Y sGsF sGs Gs Gs Gs 11C1O2O11C1O2O1m1YsGs Gs GsXsGs Gs Gs Gs 11C1C1O211Y sX sQsGs GsY sF s 抗抗干干扰扰能能力力用用下下式式表表示示大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sX sY sF2 sF1 CG s VGs O2Gs O1Gs mGs 1O11C1VO2O1mY sGsFsGs Gs Gs Gs Gs 1CVO2O1CVO2O1mY sGs Gs Gs GsXsGs Gs Gs Gs Gs D1CV

19、O21Y sX sQsG s Gs GsY sF s 抗抗干干扰扰能能力力用用下下式式表表示示大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 D1CVO2QsG s Gs Gs C1C1O2QsGs Gs 1C2VO2O2C2VO2m2Gs Gs GsGsGs Gs Gs Gs C1C1O2D1CVO2QsGs GsQsGs Gs Gs c c与与d d回回路路抗抗干干扰扰能能力力之之比比 1C2VO2C2VO2m2C1CVO2Gs G s GsGs G s Gs GsGsG s G s Gs 1C1C2CC2VO2m2Gs GsGsGs Gs Gs Gs 1

20、CCVO2m2C1C2C1GsGs Gs Gs GsGs GsGs CC1GsGs在在 11C1D1VO2m2C2QsQsGs Gs GsGs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理1C2,一一般般G G于于是是 1VO2m2G s Gs Gs 1C1D1VO2m2QsQsGs Gs Gs sX1 sY1 sY2 sF2 sF1 1CGs 2CGs VGs O2Gs O1Gs sE1 sX2 sE2 m1Gs m2Gs sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电

21、信息工程学院自动控制原理自动控制原理 1C2VO2O2C2VO2m2Gs Gs GsGsGs Gs Gs Gs 11m2C2VO2GsGs Gs Gs 1O2m2GsGs sX1 sY1 sF2 sF1 1CGs O2Gs O1Gs sE1 m1Gs *O2Gs 时使得，当副回路增益足够大时1O2VC2sWsWsW 1C2VO2Gs Gs Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理外给定外给定测量测量输出输出电源电源流量对流量对象象TT1x调节阀调节阀FT温度对温度对象象

22、FCTC1y2y2f1f1x调节器调节器手动手动内给定内给定外给定外给定大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理流量对流量对象象TT1x调节阀调节阀FT温度对温度对象象FCTC1y2y2f1f1x调节器调节器手动手动内给定内给定外给定外给定大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理

23、例题例题2-42-4：串级控制系统的余差：串级控制系统的余差假设主、副广义对象均为一阶惯性环节，分析当主副控假设主、副广义对象均为一阶惯性环节，分析当主副控制器采用不同的控制规律时，串级控制系统的余差制器采用不同的控制规律时，串级控制系统的余差。21()F ss 12121211();()OOOOOOKKGsGsT sTs 012012122121211111lim()lim()()()()()()SOOSOOOOcOOccesssY ssK KT sT sT sK GsK K G s Gs 设扰动设扰动F2F2为阶跃信号为阶跃信号大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控

24、制原理自动控制原理当主、副控制器中有一个具有积分作用时，串级控制系当主、副控制器中有一个具有积分作用时，串级控制系统的余差均为统的余差均为0 0，2 2、扰动进入主环，同样设扰动为阶跃信号、扰动进入主环，同样设扰动为阶跃信号11()F ss 1222121201()OOssOcOOccK KeKKK KK K 当主副控制器都为当主副控制器都为P P控制规律时，串级控制系统的余差为控制规律时，串级控制系统的余差为0111220121221212111111()lim()()()lim()()()()()()ssSOOOOcSOOOOcOOccesY ssT sKK K GsT sT sT sK

25、GsK K G s Gs 大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理主控制器要采用主控制器要采用PIPI控制规律，才能保证系统无余差控制规律，才能保证系统无余差12212212121()OOCOssOcOOccKKKKeKKKKK K 分析，只有当主控制器为分析，只有当主控制器为PIPI、副控制器为、副控制器为P P，或，或PIPI时，时，串级控制系统才没有余差。串级控制系统才没有余差。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理操作步骤：操

26、作步骤：大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理操作步骤：操作步骤：大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理燃料燃料冷物料冷物料T2TT2CT1TT1C222yMVy燃料阀开度1211yyMVy炉膛炉膛T1T1x调节阀调节阀T2T物料物料T2CT1C炉膛炉膛T1T1x调节阀调节阀T2T物料物料T2CT1C炉膛炉膛T1T1x调节阀调节阀T2T物料物料T2CT1C大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理 sGC1 sG2 sG12SV手动手动内给定内给定外给定外给定1SV手动手动

27、 sGC2大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理切换原则切换原则 当主控制器在主控制方式时控制器正反作用当主控制器在主控制方式时控制器正反作用是否要更换，应根据负反馈原则。当副控制是否要更换，应根据负反馈原则。当副控制器是反作用控制器时，主控制器从串级方式器是反作用控制器时，主控制器从串级方式切换到主控方式时，不需要更换控制器的作切换到主控方式时，不需要更换控制器的作用方式用方式 ，例如原来是正作用的主控制器，切，例如原来是正作用的主控制器，切换完以后仍为正作用。而当副控制器为正作换完以后仍为正作用。而当副控制器为正作用时，由于用时，由于K KC2C2

28、00表明控制阀和副对象的乘积表明控制阀和副对象的乘积也为负，即也为负，即K KV VK KP2P2K KM2M2000，应更换作用方式。应更换作用方式。大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理大连民族学院机电信息工程学院大连民族学院机电信息工程学院自动控制原理自动控制原理