复杂控制系统
复杂控制系统
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复杂控制系统
控制系统
01 定义
03 分类
目录
02 简计算环节，控制环节或者其他环节的控制系统。
定义
在单回路控制系统的基础上，再增加计算环节，控制环节或者其他环节的控制系统称为复杂控制系统
简介
随着生产的发展、工艺的革新必然导致对操作条件的要求更加严格，变量间的相关关系更加复杂，为适应生 产发展的需要，产生了复杂控制系统。在特定条件下，采用复杂控制系统对提高控制品质，扩大自动化应用范围 起着关键性作用。做粗略估计，通常复杂控制系统约占全部控制系统的10%，但是，对生产过程的贡献则达80%
用来解决前后被控量供求矛盾，保证它们的变化不会反应过于剧烈的一种控制方案。
根据扰动或者设定值的变化按补偿原理而工作的控制系统，其特点是当扰动产生以后，被控量还未变化以前， 根据扰动作用的大小进行控制，以补偿扰动作用对被控变量的影响。
一般而言，通过对一只调节阀的操作便能够实现对一台调节器的输出工作，如果通过一只调节器对两个或者 是两个以上的调节阀进行控制，并且是通过对信号的分析根据不同的需求去对不同的阀门进行操作，这种控制方 式就是分程控制。分程控制经常应用于DCS系统中，在化工行业获得了较为广泛的应用。在分程控制的作用下， 将一个调节器的信号进行分段处理，信号被分为若干段以后，每段信号对应一个执行器进行控制工作，通过执行 器的分段连续共同完成一个较为复杂的任务。例如在化工生产中，受到原料的物理或者是化学属性的影响，需要 对其进行严密的控制，这就借助于分程控制。例如对于氮气而言，需要利用密封的方式对其进行储存，且氮气的 压力需要维持在一定的范围内。在化工生产中，一些材料是通过利用氮气的压力作为动力进行传送的，在对氮气 压力的维持下，实现了原料传送的稳定性。
复杂系统控制理论及方法研究
复杂系统控制理论及方法研究一、引言复杂系统是由多个互相作用的组成部分所构成的系统，具有不确定性、非线性、耦合性和多样性等特点。
由于其内部结构繁复，和外界相互作用复杂，因此对复杂系统的控制和优化问题一直是科学家和工程师们研究的热点。
复杂系统控制理论及方法是为了解决这一问题而形成的一种交叉学科，涵盖了数学、自动控制、计算机科学和机械工程等多个学科领域。
本文将重点介绍复杂系统控制理论及方法的研究现状和发展趋势。
二、复杂系统控制理论研究1.控制理论的基础概念复杂系统的控制需要在系统的行为、性质和可控性等方面进行深入分析，确定合适的控制策略和算法。
控制理论中的基本概念包括系统模型、控制对象、控制器和监测器等。
2.控制策略与算法控制策略在设计上采用的是系统级控制策略，从系统整体的角度思考，对系统进行统一的控制。
控制算法采用非线性控制算法，通过建立系统的数学模型和控制策略，利用优化方法对系统进行全局优化调整。
三、复杂系统控制方法研究1. 自适应控制方法自适应控制方法是能够自动调整控制策略参数的方法，能够快速适应系统变化。
该方法采用自适应神经网络优化算法，通过在线学习和逐步调整控制策略，使控制器的参数不断逼近最佳值，从而达到控制系统的稳定性和优化性能。
自适应控制方法适用于受到干扰、具有非线性和不确定性的复杂系统控制。
2. 模糊控制方法模糊控制方法是一种基于权重关系的控制方法，能够对复杂系统的特性进行拟合，处理模糊信息，适用于输入输出变量复杂难以描述的系统。
利用模糊规则建立模糊模型，从而实现对系统的控制。
该方法应用广泛，可用于各种复杂工程领域的控制问题，如电力系统、航空飞行控制等。
四、复杂系统控制方法应用研究1. 无人机控制探索无人机技术正在飞速发展，但由于自身特殊的复杂性，在控制过程中遇到众多困难。
通过采用现代控制理论和方法，探索无人机控制问题，可以有效改善其控制性能、提高其安全性和可靠性，也有利于推动无人机技术的发展。
复杂系统控制和优化技术
复杂系统控制和优化技术复杂系统是指由多个部分相互作用而形成的系统，如交通网络、金融市场、生态系统等。
这些系统通常具有多样性、不确定性和灵敏性。
因此，对于复杂系统的控制和优化显得尤为重要。
本文将探讨复杂系统控制和优化技术。
1. 复杂系统控制技术复杂系统控制技术的目标是通过控制系统的输入和输出来稳定和优化系统的性能。
常用的复杂系统控制技术包括反馈控制、前馈控制和自适应控制。
反馈控制是一种最基本的控制方法，它通过对系统输出的反馈来调整输入，从而稳定系统。
反馈控制的本质是把输出与目标进行比较，然后产生误差信号并作为控制信号输入系统。
前馈控制是在输入信号中加入一个先验信息，以改进系统响应速度和稳定性。
具体来说，即在目标信号之前，将一些预测信号加入输入信号之中。
这样，系统会更快地响应，并更加稳定。
常见的前馈控制技术包括预测控制和自适应前馈控制。
自适应控制是一种能够自动调整控制器参数以达到最佳性能的控制方法。
自适应控制器利用反馈信号对系统进行监控，并根据监控结果改变控制器的行为。
最常用的自适应控制技术包括模型参考自适应控制、最小方差自适应控制和模糊自适应控制。
2. 复杂系统优化技术复杂系统优化技术的目标是找到系统的最优解，以达到最大化系统的性能。
常用的复杂系统优化技术包括遗传算法、蚁群算法和粒子群优化算法等。
遗传算法是一种基于进化的优化算法。
它通过对解决方案进行一定的变异、交叉和选择等操作，以逐步优化解决方案。
遗传算法的核心思想是将每个候选解看作一个“基因”，并通过对基因进行“进化”产生新的解决方案。
蚁群算法是一种基于蚂蚁群体行为的优化算法。
它借鉴了蚂蚁在寻找食物时的行为特征，通过模拟蚁群的行为寻找问题的最优解。
蚁群算法的重要性在于它能够适应复杂系统的非线性特性。
粒子群优化算法是一种基于群体行为的优化算法，其核心思想是将优化问题转化为寻求一组粒子在搜索空间中的最优位置。
与遗传算法和蚁群算法相比，粒子群优化算法更加灵活和高效。
常用复杂控制系统
0
20
T01 T02' T01T02'
02
1
Kc1K02' K01Km1 T01T02'
标准形式： s2 20s 02 0
串级控制系统的工作频率为：
串 0
12
1 2 T01 T02'
2
T01T02 '
（2）提高了系统的工作频率
单回路系统特征方程为 1 Gc (s)Gv (s)G02 (s)G01(s)Gm1(s) 0
K
' 02
1
Kc2 Kv K02 Kc2 Kv K02 Km2
K
' 02
1 Km2
当K02或KV随操作条件或负荷变化时，K02’几乎不变.
当采用串级控制时，主环是一个定值系统，而副环 却是一个随动系统。主调节器能够根据操作条件和负荷 变化的情况，不断修改副调节器的给定值，以适应操作 条件和负荷的变化。
5.应用于非线性过程 特点：负荷或操作条件改变导致过程特性改变。若单回路控 制，需随时改变调节器整定参数以保证系统的衰减率不变； 串级控制，则可自动调整副调节器的给定值。
合成反应器温度串级控制：换热器呈非线性特性
注意
串级控制虽然应用范围广，但必 须根据具体情况，充分利用优点，才 能收到预期的效果。
整定原则: 尽量加大副调节器的增益，提高副回路的频率，
使主、副回路的工作频率错开，以减少相互影响。 先整副环后整主环。
1. 逐步逼近整定法
1）主开环、副闭环，整定副调的参数；记为 GC2(s)1
2) 副回路等效成一个环节，闭合主回路，整定主调节器参数，
记为
GC1(s)1
3）观察过渡过程曲线，满足要求，所求调节器参数即为
串级、比值、前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量六种复杂控制系统
1、串级控制系统
串级控制系统是应用最早，效果最好，使 用最广泛的一种复杂控制系统，它的特点 是两个调节器相串联，主调节器的输出作 为副调节器的设定，当对象的滞后较大， 干扰比较剧烈、频繁时，可考虑采用串级 控制系统。
1、基本概念
串级控制系统(Cascade Cont ro1System)是一 种常用的复杂控制系统，它根据系统结构
主回路(外回路)：断开副调节器的反馈回路 后的整个外回路。
副回路(内回路)：由副参数、副调节器及所 包括的一部分对象所组成的闭合回路（随
动回路)
主对象(惰性区)：主参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为副变量，输出信 号为主参数(主变量)。
副对象(导前区)：副参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为调节量，其输出 信号为副参数(副参数 将要达到危险值时，就适当降低生产要求， 让它暂时维持生产，并逐渐调整生产，使 之朝正常工况发展。能实现软限控制的控 制系统称为选择性控制系统，又称为取代 控制系统或超驰控制系统。
通常把控制回路中有选择器的控制系统称 为选择性控制(selective control)系统。选择 器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两 类。高选器输出是其输入信号中的高信号， 低选器输出是其输入信号中的低信号。
控制系统一般又可分为简单控制系统和复 杂控制系统两大类，所谓复杂，是相对于 简单而言的。凡是多参数，具有两个以上 变送器、两个以上调节器或两个以上调节 阀组成多回路的自动控制系统，称之为复 杂控制系统。
目前常用的复杂控制系统有串级、比值、 前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量等， 并且随着生产发展的需要和科学技术进步， 又陆续出现了许多其他新型的复杂控制系 统。
路外，使调整k时不影响控制回路稳定性。
复杂系统控制理论的应用与发展
复杂系统控制理论的应用与发展一、引言复杂系统是指由大量相互作用的部件构成的系统，这些部件之间无法单独考量，需要整体来进行分析和控制。
复杂系统的控制理论是研究如何通过控制某些变量来使整个系统达到预期目标的一门学科。
该理论已经广泛应用于诸如工业、交通、财经和社会管理等领域，并不断发展和完善。
二、控制方法的分类1.模型预测控制模型预测控制是一种基于模型的控制方法，首先对系统进行建模，建立数学模型。
通过模型预测，计算未来响应曲线，然后根据预测结果，制定控制策略来控制系统。
模型预测控制适用于许多系统，例如飞机导航系统和化工生产中的反应过程。
2.反馈控制反馈控制是指将系统输出与期望输出进行比较，通过调整控制输入来稳定系统，使输出误差最小。
反馈控制应用广泛，例如在飞机驾驶中，自动驾驶系统会通过输入导航数据进行调整，以保持在预定的航线上飞行。
三、复杂系统控制理论的应用1.交通管理城市交通管理是一个复杂的系统，交通拥堵和交通事故是城市交通管理中的两个主要问题。
因此，交通管理中的复杂系统控制理论应用越来越广泛。
例如，公路控制系统通过使用各种传感器和控制设备，帮助管理交通流。
2.金融投资金融投资涉及到许多复杂的变量和系统，例如股票市场、外汇市场和货币市场。
复杂系统控制理论可以帮助投资者建立有效的投资策略和风险管理方法，并通过对市场数据的调整，来使投资组合达到最大化。
3.医疗保健医疗保健是一个复杂的系统，包括医院、医生、患者和医疗设备等多个因素。
复杂系统控制理论可以用来改善医院管理和医疗过程，如医院排队排队系统的优化，放射成像技术的影响等。
四、未来的发展趋势复杂系统控制理论仍在持续发展和完善，未来的发展趋势包括：1.数据分析和人工智能随着技术的发展，机器学习和人工智能变得越来越重要。
数据分析和机器学习可以帮助我们理解大量数据，提高系统控制的精度和效率。
2.智能化和自动化随着技术的进步，智能化和自动化的应用将会越来越多，自然而然，复杂系统控制理论的应用将获得一系列的突破。
常见的复杂控制系统
串级控制系统主、副被控变量的选择 选择原则如下： 根据工艺过程的控制要求选择主被控变量；主被控 变量应反映工艺指标。 副被控变量应包含主要扰动，并应包含尽可能多的 扰动。 主、副回路的时间常数和时滞应错开，即工作频率 错开，以防止共振现象发生。 主、副被控变量之间应有一一对应关系。 主被控变量的选择应使主对象有较大的增益和足够 的灵敏度。 应考虑经济性和工艺的合理性。
采用外部积分的防饱和积分系统
y
x1
yep
G2
K
T | |
G1
K
T | |
2-6（a）采用外部积分的防饱和积分系统
yep
1
K2
2
1 TI 2 s
3
G1外部积分的防饱和环节的主环开环系统方框图
最终得到输入节点e1与输出节点x1之间的传递函 数： K 1 G (s)W (s) K G (s)W (s) K G (s)W (s)(1 1 )
=
1-
2 T1 x串 g
+ T 2 + K T 2K Z K f K m 2K 2T 1 1 g T 1T 2 2x串
w单 =
1-
1 2 T1 + T 2 x单 g g T 1T 2 2x单
假定串级控制系统和单回路控制以同样的衰减率工作，即令
x串 = x单
T 1 + T 2 + K T 2K Z K f K m 2K 2T 1 w串 = = w单 T1 + T 2 K T 2K Z K f K m 2K 2T 1 = 1+ T1 + T 2 1+ T1 (1 + K T 2K Z K f K m 2K 2 ) T2 T 1+ 1 T2
智能控制复杂系统的分层递阶智能控制
2.3.5 贝叶斯学习控制
❖ 所谓贝叶斯学习控制，就是运用一种基于贝叶斯定理旳 迭代措施来估计未知旳密度函数信息。
❖ 类似于记录模式识别中旳状况，假如概率分布或密度函 数位置或不全已知，则控制器旳设计可以首先学习未知旳密 度函数，然后根据估计信息实现控制律。假如这种估计迫近 真实函数，则控制律也迫近最优控制律。
2.3.3 基于模式识别旳学习控制
1. 基本思想
针对先验知识不完全旳对象和环境，将控制局势进 行分类，确定这种分类旳决策，根据不一样旳决策 切换控制作用旳选择，通过对控制器性能估计来引 导学习过程，从而使系统总旳性能得到改善。
2.3.3 基于模式识别旳学习控制
2. 原理 学习控制系统是具有三个反馈环旳层次构造。底层 是简朴反馈环，包括一种赔偿器，它提供控制作用； 中间层是自适应层，包括一种模式识别器，它对赔 偿器进行调整，以影响对象动态特性变化旳估计； 高层是学习环，包括一种“教师”（一种控制器）， 它对模式识别器进行训练，以做出最优或近似最优 旳识别。
4. 解释器（explanator) 解释器可以向顾客解释专家系统旳行为，包括解释推理结 论旳对旳性以及系统输出其他候选解得原因。
5. 接口（interface) 接口又称界面，它可以使系统与顾客进行对话，使顾客可 以输入必要旳数据、提出问题和理解推理过程和推理成果 等。系统则通过接口规定顾客回答提问，并回答顾客提出 旳问题，进行必要旳解释。
协调级
• 是组织级和执行级的接口，负责将组织级的指令分配 为执行级的各项子任务，同时反馈任务执行的信息。
执行级
• 一般由多个硬件控制器所组成，负责具体的过程控制。
2.1.2 组织级
组织级功能
机器推理 • 根据前提和规则，推出结论的能力
第7章 复杂过程控制系统
r
冷却水(F2)
出料
①进料流量、进料入口温度 及其化学成分，表示为Fl； ②冷却水的入口温度和阀前 压力，表示为 F2。
2
连续反应釜单回路温度控制系统
F2 Tr 温度检测变送单元 控制器 执行器 夹套 釜壁
F1 釜 T1
连续反应釜单回路温度控制系统框图
问题： 来自于冷却水的干扰F2会使夹套温度T2很快 发生变化 ，怎样及时抑制干扰F2对反应温 度T2的影响 ？ 关键： 把T2的变化及时检测到并加以控制，就可以 使调节阀尽早动作。
G02 ( s ) K 02 T02 s 1
Gc2 (s) Kc2 Gv (s) Kv Gm2 (s) Km2
' K K K ( T s 1) K ' c2 v 02 02 G02 ( s) ' 02 1 Kc2 Kv K02 Km2 (T02 s 1) T02 s 1
令
2 可写成标准形式： s 2 20 s 0 0
当 0 1 时
2 ' 1 ( T T 2 01 02 ) 串 =0 1- = ' 2 T01T02
' 而对于单回路： 单 0
'2 1 (T01 T02 ) '2 1 2 ' T01T02
23
2．两步整定法
1）在工况稳定、主副回路闭合的情况下，主控制器采 用纯比例控制，且比例度置于100%，用衰减曲线法（ 如n=4:1）整定副控制器参数，求得副控制器在4:1衰 减过程下的比例度δ2s和衰减振荡周期T2s。 2）将副控制器的比例度置为δ2s，把副回路等效成主 回路的一个环节，用同样的方法整定主控制器参数， 求得主控制器的比例度δ1s和衰减振荡周期T1s。 3）根据求得的δ2s、T2s、δ1s、T1s，按经验公式计 算出主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间 。 4）按照先副后主、先比例后积分再微分的次序将系 统投入运行，并观察过渡过程曲线，必要时进行适 当的调整，直到系统的控制质量符合要求为止。
复杂控制系统课件
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航空航天控制系统实例
总结词
航空航天控制系统的特点是高精度、高可靠性和高度集成化。
详细描述
航空航天控制系统的实例包括飞机和航天器的自动驾驶系统、导航系统、推进系统等。这些系统需要 精确地控制飞行姿态、速度和高度等参数，以实现安全、稳定的飞行和发射。同时，这些系统还需要 能够承受极端环境和条件下的工作，以确保飞行的安全和可靠性。
遗传算法是一种基于生物 进化原理的优化算法。
它通过模拟生物进化过程 中的基因突变、交叉和选 择等操作，来寻找最优解。
遗传算法具有全局搜索能 力强、能够处理多变量和 非线性问题等优点，但计 算量较大，需要调整的参 数也较多。
05
复杂控制系统的稳定性分析
稳定性分析的基本概念
平衡状态
系统在不受外界干扰的情 况下，能够保持不变的状态。
稳定性
系统受到外界干扰后，能 够恢复到平衡状态的性能。
线性系统与非线性系统
线性系统是指系统的输出 与输入成正比，而非线性 系统是指系统的输出与输
入不成正比。
线性系统的稳定性分析
1 2 3
劳斯-赫尔维茨准则 用于判断线性系统是否稳定的准则，通过计算系 统的特征方程的根来判断系统的稳定性。
频域分析法 通过分析系统的频率响应来研究系统的稳定性， 主要方法有Nyquist稳定判据和Bode图法。
优化算法广泛应用于控制系统设 计、信号处理、机器学习等领域。
优化算法的目标是找到使某个性 能指标达到最优的控制参数。
优化算法可以通过不同的迭代方 法来逼近最优解，如梯度下降法、 牛顿法等。
梯度下降法
梯度下降法是一种基于函数梯度的优化算 法。
它通过不断沿着函数梯度的负方向更新参 数，来逐渐逼近最优解。
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第一节 串级控制系统
2. 主控制器作用方向的选择
当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出， 为使主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是 一致的时候，主控制器应选“反”作用；反之，则应选 “正”作用。
例如图所示的管式加热炉串级控制系统。
主变量θ1或副变量θ2增加时，都要求关小控制阀， 减少供给的燃料量，才能使θ1或θ2降下来，所以此时主 控制器T1C应确定为反作用方向。
第二节 其他复杂控制系统
生产的软限措施
当一个变量将要达到危险值时,就适当降低生产要 求,让它暂时维持生产,并逐渐调整生产,使之朝正常工 况发展。实现软限控制系统,称为取代控制系统,又称 为选择性控制系统。
第二节 其他复杂控制系统
参数Ⅰ
⊕
控制器Ⅰ
参数Ⅱ
⊕
控制器Ⅱ
选择器
控制阀 取代控制示意图
辅助锅炉压力取代控制系统
串级控制系统中的副控制器作用方向的选择，根据 工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按 照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。
例如图所示的管式加热炉温度-温度串级控制系统中的 副回路。
气源中断，停止供给燃料油时，执行器选气开阀， “正”方向。 燃料量加大时，炉膛温度θ2（副变量）增加，副对象 “正”方向。 为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C选择“反” 方向。
满足均匀控制要求的方法
通过控制器的参数整定来实现。
简单均匀控制
第二节 其他复杂控制系统
（2）串级均匀控制
可在简单均匀控制方案基础 上增加一个流量副回路，即构成 串级均匀控制。
参数整定的方法
由小到大地进行调整。
串级均匀控制
串级均匀控制系统的主、副控制器一般都采用纯比例 作用的。只在要求较高时，为了防止偏差过大而超过允许 范围，才引入适当的积分作用。
第二节 其他复杂控制系统
特点
由于增加了副回路，可以及时克服由于塔内或排 出端压力改变所引起的流量变化。
串级均匀控制系统协调两个变量间的关系是通过 控制器参数整定来实现的。
在串级均匀控制系统中，参数整定的目的不是 使变量尽快地回到给定值，而是要求变量在允许的范 围内作缓慢的变化。
第二节 其他复杂控制系统
在确定副回路时，除了要考虑它的快速性外，还应 该使副回路包括主要干扰，可能条件下应力求包括较 多的次要干扰。
第一节 串级控制系统
加热炉出口温度与燃料油 压力串级控制系统
如果燃料油的压力比较稳定, 而燃料油的组分波动较大, 那么,该图串级控制系统的
副回路作用就不大。
第一节 串级控制系统
小结
在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路， 不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作 用于主对象上的干扰也能加速克服过程。副回路 具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、 细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服 掉的干扰影响能彻底加以克服。因此，在串级控 制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充， 充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。
二、比值控制系统
工业上为了保持两种或两种以上物料的比值为一定 的控制叫比值控制。
几个概念 主物料、主动信号
从物料、从动信号
第二节 其他复杂控制系统 比值控制系统的类型：
1.开环比值控制
从物料量Q2与主物料量Q1 的比值关系为
KQ2 Q1
开环比值控制
第二节 其他复杂控制系统
特点
结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以 根据比值要求来设定。
第二节 其他复杂控制系统
五、分程控制系统
分程控制就是由一只调节器的输出信号控制两只或更 多只控制阀,每只控制阀在控制器输出信号的某段范统
从控制系统的结构来看,分程控制属于单回路的定值控 制系统,其控制过程与简单控制系统一样。
分程控制系统常用的应用场合：
第二节 其他复杂控制系统
反馈控制与前馈控制比较
不论什么干扰,只要引起被控变量变化,都可以进行控 制,这是反馈控制的优点。 前馈控制是一种按扰动变化大小进行控制的系统,控 制作用在扰动发生的同时就产生, 这就是前馈控制的主 要特点。 往往用“前馈”来克服主要干扰,再用“反馈”来克 服其他干扰,组成“复合”的前馈-反馈控制系统。
出作为副变量给定值的那个控制器。
第一节 串级控制系统
副控制器 其给定值来自主控制器的输出，并按副变
量的测量值与给定值的偏差而工作的那个 控制器。
主回路
由主变量的测量变送装置，主、副控制器， 执行器和主、副对象构成的外回路。
副回路 由副变量的测量变送装置，副控制器执行器和
副对象所构成的内回路。
第一节 串级控制系统
第一节 串级控制系统
选择串级控制系统的副变量一般有两类情况：
一类情况是选择与主变量有一定关系的某一中间变量 作为副变量;
另一类选择的副变量就是操纵变量本身,这样能及时克 服它的波动,减小对主变量的影响。
第一节 串级控制系统
举例
精馏塔塔釜温度串级控制 系统
1—精馏塔；2—再沸器
通过这套串级控制系统， 能够在塔釜温度稳定不变时， 蒸汽流量能保持恒定值，而 当温度在外来干扰作用下偏 离给定值时，又要求蒸汽流 量能作相应的变化，以使能 量的需要与供给之间得到平 衡，从而保持釜温在要求的 数值上。
管式加热炉出口温度串 级控制系统
气源中断，停止供给燃料油时，执行器选气开阀， “正” 方向。
燃料量加大时，炉膛温度θ2（副变量）增加，副对象 “正” 方向。
为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C选择“反” 方向。
第一节 串级控制系统
五、控制器参数整定与系统投运
串级控制系统主、副控制器的参数整定的两种方法。
1.生产中需用多种物料作调节介质的过程
如果主、副对象特性太接近，就不能完全靠控制器 参数的改变来避免“共振”了。
第一节 串级控制系统
2.一步整定法
副控制器的参数按经验直接确定,主控制器的参数按 简单控制系统整定。
实践证明
这种整定方法，对于对主变量要求较高，而对副变 量没有什么要求或要求不严，允许它在一定范围内变化 的串级控制系统，是很有效的。
第一节 串级控制系统
以原料油出口温度为主要被控变量的炉出口温度与炉膛温 度的串级控制系统
管式加热炉出口温度串 级控制系统
管式加热炉出口温度串级控制系 统的方框图
第一节 串级控制系统
在上述控制系统中，有两个控制器T1C和T2C，接收 来 自 对 象 不 同 部 位 的 测 量 信 号 θ1 和 θ2 。 T1C 的 输 出 作 为 T2C的给定值，而后者的输出去控制执行器以改变操纵变 量。从系统的结构看，这两个控制器是串接工作的。
第一节 串级控制系统
原因
当燃料压力或燃料本身的热值变化后，先影响 炉膛的温度，然后通过传热过程才能逐渐影响原料 油的出口温度，这个通道容量滞后很大，时间常数 约15min左右，反应缓慢，而温度控制器TC是根据 原料油的出口温度与给定值的偏差工作的。所以当 干扰作用在对象上后，并不能较快地产生控制作用 以克服干扰被控变量的影响。当工艺上要求原料油 的出口温度非常严格时，为了解决容量滞后问题， 还需对加热炉的工艺作进一步分析。
第二节 其他复杂控制系统 均匀控制的要求
（1）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。 （2）前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许 的范围内波动。
前一设备的液位和后一设备的进料量之关系 1—液位变化曲线；2—流量变化曲线
第二节 其他复杂控制系统
2.均匀控制方案
（1）简单均匀控制
目的
为了协调液位与排出流量之 间的关系，允许它们都在各自许 可的范围内作缓慢的变化。
这种方案的优点是结 构简单,能确保两流 量比值不变,是应用 最多的方案。
第二节 其他复杂控制系统
3.变比值控制系统
要求两种物料的比值能灵活地随第三参数的需要而加 以调整，这样就出现一种变比值控制系统。
变比值控制系统
第二节 其他复杂控制系统
三、前馈控制系统
反馈与前馈
换热器的反馈控制
换热器的前馈控制
第一节 串级控制系统
三、主、副控制器控制规律的选择
目的 为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选
用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控 制。
副变量的给定值是随主控制器的输出变化而 变化的。副控制器一般采用比例控制规律。
第一节 串级控制系统
四、主、副控制器正反作用的选择
1.副控制器作用方向的选择
几个串级控制系统中常用的名词
主变量 工艺控制指标，在串级控制系统中起主导
作用的被控变量。
第一节 串级控制系统
副变量 串级控制系统中为了稳定主变量或因某
种需要而引入的辅助变量。
主对象 为主变量表征其特性的生产设备。
副对象 为副变量表征其特性的工艺生产设备。
主控制器 按主变量的测量值与给定值而工作，其输
串级控制系统典型方块图
第一节 串级控制系统
二、串级控制系统的特点及应用
1.系统的结构
串级控制系统有两个闭合回路。主回路是个定值控 制系统, 副回路是个随动系统。
在串级控制系统中,主变量是反映产品质量或生产 过程运行情况的主要工艺参数。副变量的引入往往是为 了提高主变量的控制质量,它是基于主,副变量之间具有 一定的内在关系而工作的。
1.两步整定法 按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副
控制器，后整定主控制器的方法。
第一节 串级控制系统
共振问题
如果主、副对象时间常数相差不大，动态联系密切， 可能会出现“共振”现象。
可适当减小副控制器比例度或积分时间，以达到减 小副回路操作周期的目的。同理，可以加大主控制器的 比例度或积分时间，以期增大主回路操作周期，使主、 副回路的操作周期之比加大，避免“共振”。