PID串级控制
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）⼀、PID控制原理与程序流程(⼀)过程控制的基本概念过程控制――对⽣产过程的某⼀或某些物理参数进⾏的⾃动控制。
1、模拟控制系统图5-1-1 基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进⾏⽐较，得到偏差，模拟调节器依⼀定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执⾏器作⽤于过程。
控制规律⽤对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。
2、微机过程控制系统图5-1-2 微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。
控制规律的实现，是通过软件来完成的。
改变控制规律，只要改变相应的程序即可。
3、数字控制系统DDC图5-1-3 DDC系统构成框图DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机⽤于过程控制的最典型的⼀种系统。
微型计算机通过过程输⼊通道对⼀个或多个物理量进⾏检测，并根据确定的控制规律(算法)进⾏计算，通过输出通道直接去控制执⾏机构，使各被控量达到预定的要求。
由于计算机的决策直接作⽤于过程，故称为直接数字控制。
DDC系统也是计算机在⼯业应⽤中最普遍的⼀种形式。
(⼆)模拟PID调节器1、模拟PID控制系统组成图5－1－4 模拟PID控制系统原理框图2、模拟PID调节器的微分⽅程和传输函数PID调节器是⼀种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的⽐例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进⾏控制。
a、PID调节器的微分⽅程式中b、PID调节器的传输函数a、⽐例环节：即时成⽐例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差⼀旦产⽣，调节器⽴即产⽣控制作⽤以减⼩偏差。
b、积分环节：主要⽤于消除静差，提⾼系统的⽆差度。
积分作⽤的强弱取决于积分时间常数TI，TI越⼤，积分作⽤越弱，反之则越强。
c、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太⼤之前，在系统中引⼊⼀个有效的早期修正信号，从⽽加快系统的动作速度，减⼩调节时间。
串级PID调试技巧
串级PID调试技巧【调节串环PID大概过程（注意修正反向）】1、估计大概的起飞油门。
2、调整角速度内环参数。
3、将角度外环加上，调整外环参数。
4、横滚俯仰参数一般可取一致，将飞机解绑，抓在手中测试两个轴混合控制的效果（注意安全），有问题回到“烤四轴”继续调整，直至飞机在手中不会抽搐。
5、大概设置偏航参数（不追求动态响应，起飞后头不偏即可），起飞后再观察横滚和俯仰轴向打舵的反应，如有问题回到“烤四轴”。
6、横滚和俯仰ok以后，再调整偏航轴参数以达到好的动态效果。
*//*【过程详解】1、要在飞机的起飞油门基础上进行PID参数的调整，否则“烤四轴”的时候调试稳定了，飞起来很可能又会晃荡。
2、内环的参数最为关键！理想的内环参数能够很好地跟随打舵（角速度控制模式下的打舵）控制量。
在平衡位置附近（正负30度左右），舵量突加，飞机快速响应；舵量回中，飞机立刻停止运动（几乎没有回弹和震荡）。
2.1首先改变程序，将角度外环去掉，将打舵量作为内环的期望（角速度模式，在APM中叫ACRO模式，在大疆中叫手动模式）。
2.2加上P，P太小，不能修正角速度误差表现为很“软”倾斜后难以修正，打舵响应也差。
P太大，在平衡位置容易震荡，打舵回中或给干扰（用手突加干扰）时会震荡。
合适的P能较好的对打舵进行响应，又不太会震荡，但是舵量回中后会回弹好几下才能停止（没有D）。
2.3加上D，D的效果十分明显，加快打舵响应，最大的作用是能很好地抑制舵量回中后的震荡，可谓立竿见影。
太大的D会在横滚俯仰混控时表现出来（尽管在“烤四轴”时的表现可能很好），具体表现是四轴抓在手里推油门会抽搐。
如果这样，只能回到“烤四轴”降低D，同时P也只能跟着降低。
D 调整完后可以再次加大P值，以能够跟随打舵为判断标准。
2.4加上I，会发现手感变得柔和了些。
由于笔者“烤四轴”的装置中四轴的重心高于旋转轴，这决定了在四轴偏离水平位置后会有重力分量使得四轴会继续偏离平衡位置。
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）⼀、PID控制原理与程序流程(⼀)过程控制的基本概念过程控制――对⽣产过程的某⼀或某些物理参数进⾏的⾃动控制。
1、模拟控制系统图5-1-1 基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进⾏⽐较，得到偏差，模拟调节器依⼀定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执⾏器作⽤于过程。
控制规律⽤对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。
2、微机过程控制系统图5-1-2 微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。
控制规律的实现，是通过软件来完成的。
改变控制规律，只要改变相应的程序即可。
3、数字控制系统DDC图5-1-3 DDC系统构成框图DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机⽤于过程控制的最典型的⼀种系统。
微型计算机通过过程输⼊通道对⼀个或多个物理量进⾏检测，并根据确定的控制规律(算法)进⾏计算，通过输出通道直接去控制执⾏机构，使各被控量达到预定的要求。
由于计算机的决策直接作⽤于过程，故称为直接数字控制。
DDC系统也是计算机在⼯业应⽤中最普遍的⼀种形式。
(⼆)模拟PID调节器1、模拟PID控制系统组成图5－1－4 模拟PID控制系统原理框图2、模拟PID调节器的微分⽅程和传输函数PID调节器是⼀种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的⽐例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进⾏控制。
a、PID调节器的微分⽅程式中b、PID调节器的传输函数3、PID调节器各校正环节的作⽤a、⽐例环节：即时成⽐例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差⼀旦产⽣，调节器⽴即产⽣控制作⽤以减⼩偏差。
b、积分环节：主要⽤于消除静差，提⾼系统的⽆差度。
积分作⽤的强弱取决于积分时间常数TI，TI越⼤，积分作⽤越弱，反之则越强。
c、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太⼤之前，在系统中引⼊⼀个有效的早期修正信号，从⽽加快系统的动作速度，减⼩调节时间。
串级PID系统设计分析
串级 PID系统设计分析摘要：带有负反馈调节的串级PID系统，是工业控制领域经典的控制模型，本文结合某电厂容器液位调节的具体实例，分析其设计思路、组成架构与调节过程，阐明串级PID调节的综合性能与优缺点，论证其可靠性与有效性，为其它改进型PID设计提供必要的参考。
关键词：工业控制；PID；串级调节；液位控制1.概述：串级PID调节，是化工、医药、石油、电力、制造等领域重要的控制模型之一，本文以国内某电厂容器液位调节为对象，通过观察串级PID调节的响应过程，分析其调节性能的优缺点，为后续的PID改进提供进一步的设计参考。
容器液位的动态调节，是电厂的主要调节系统之一，通过上充管线和下泻管线的阀门开度来具体控制液位的高低，确保其在合理范围，防止超出设计要求。
一般由主PID模块和辅助PID模块组成，去掉微分参数，防止系统超调。
1.PID系统的设计电站正常运行时，其一回路水装量的调节是一个动态平衡的过程中，通过化学和容积控制系统（RCV）的上充管线阀门（RCV046VP）和下泻管线阀门（RCV013VP）实现动态调节。
PID闭环控制算法的本质是对目标设定值与构成负反馈环节测量值的偏差进行动态拟合，持续减小至理想状态甚至消除，从而将目标对象控制在预期的设定值。
具体映射到稳压器液位控制系统，其设定值L(set）与测量值L(meas)组成主调节器（RCP404RG）的偏差输入信号，经过PID的比例-积分运输后，输出结果与下泻流量值（RCV005MD）相加，作为辅调节器（RCV404RG）的设定值，对冲上充流量（RCV018MD），两者形成辅调节器（RCV404RG）的偏差输入信号，经过纯积分环节运算后，输出0%—100%作为上充管线阀门RCV046VP的开度命令信号，最终控制上充流量完成稳压器液位的闭环调节。
由于稳压器液位与一回路平均温度正相关，其设定值L(set)由一回路平均温度高选信号（Tavg max）和二回路汽机功率整定温度值（Tref）决定的，具体公式如下：L(set) = Lref0+1.786(Tavg—Tavg0)+0.6(Tavg—Tref)Lref0=23%：热态零功率时对应温度下的参考水位Tavg：一回路平均温度（289.5℃—311℃）Tavg0=289.5℃（热态零功率时一回路的平均温度）Tref：二回路汽机功率的温度矫正值，由汽机冲动级压力经函数运算后得到[1]图1串级PID设计架构PID微分环节取的是输入偏差信号的导数值，根据变化趋势进行超前矫正，在缩短系统响应时间的同时，会加剧稳压器液位波动，使得调节过程出现震荡，影响系统稳定性，所以稳压器调节系统去除了微分（DERIV）环节，主调节器（RCP404RG）采用PI控制，在减小水位偏差的同时，消除稳态误差，辅调节器（RCV404RG）采用纯积分控制，其时间常数是主调节器的1/25，较小的时间常数加快了串级PID整体的响应速度，从而达到PID一次超调后稳定的控制目标。
PID串级控制
PID串级控制系统摘要:本文将串级控制结构与预测控制算法相结合，提出一种预测-PID串级控制策略，讨论了设计要点，并通过仿真试验说明，这一控制策略既保持了原来预测控制的强鲁棒性和跟踪性能，又具有足够的抗干扰性。
文章最后还给出了这一方案在某合成氨厂的控制效果。
关键词:预测控制;串级控制;广义动态矩阵控制PID控制PID Cascade Control SystemAbstract：In this paper, the predictive-PID cascade control strategy is proposed through combining the cascade control structure with the predictive control algorithm. Its main design, points are discussed. Simulation results show that the new control strategy not only keeps the strong robustness and fast tracking performance of the original predictive control algorithm, but also rejects the disturbance rapidly. The real-time control result of this new method in a synthetic ammonia plat is also given.Key words: predictive control; cascade control; generalized dynamic matrix control; PID control0 引言动态矩阵控制是近年来在工业过程控制领域中得到广泛重视和应用的一类预测控制算法[1]。
双容水箱串级PID控制实验液位
双容水箱液位串级PID控制实验一、实验目的1、进一步熟悉PID调节规律2、学习串级PID控制系统的组成和原理3、学习串级PID控制系统投运和参数整定二、实验设备1、四水箱实验系统DDC实验软件2、PC机（Window 2000 Professional 操作系统）三、实验原理1、控制系统的组成及原理一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。
两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。
本仿真系统的双容水箱串级控制系统如下图所示：图17－1 本仿真系统的双容水箱串级控制系统框图串级控制器术语说明主变量：y1称主变量。
使它保持平稳使控制的主要目的副变量：y2称副变量。
它是被控制过程中引出的中间变量副对象：上水箱主对象：下水箱主控制器：PID控制器1，它接受的是主变量的偏差e1，其输出是去改变副控制器的设定值副控制器：PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门副回路：处于串级控制系统内部的，由PID控制器2和上水箱组成的回路主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为一个单回路，即主回路。
串级控制系统从总体上看，仍然是一个定值控制系统，因此，主变量在干扰作用下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。
但是串级控制系统和单回路系统相比，在结构上从对象中引入一个中间变量（副变量）构成了一个回路，因此具有一系列的特点。
串级控制系统的主要优点有：1）副回路的干扰抑制作用发生在副回路的干扰，在影响主回路之前即可由副控制器加以校正2）主回路响应速度的改善副回路的存在，使副对象的相位滞后对控制系统的影响减小，从而改善了主回路的相应速度3）鲁棒性的增强串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性4）副回路控制的作用副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的方法，因此得到了广泛的应用。
生物质气化炉模糊免疫PID—P串级控制研究
２ ＋０２＝２ ０２＋２ ６ ４ ｋ Ｃ Ｃ ４ ．４ Ｊ
算 法 和控 制结 构非 常 简单 ， 作 稳 定 ， 用 方 便 ， 要 工 使 但 求 获得 对 象 数 学模 型 。人 工 免 疫 是 智 能 信 息 处 理 系 统 的新 兴 研究 领域 ， 是在 研 究 生 物 免疫 系 统各 种 原 它 理和机 制 的基 础 上 发 展 起 来 的一 种 基 于 信 息 处 理 技
质 ） 在 高温 条 件 下 通 过 热 化 学 反 应 转 化 为 燃 气 的过 ， 程 。生 物 质 气 化 产 生 的 燃 气 主 要 成 分 有 Ｃ Ｈ Ｏ， 和
定 ， 以获 得 可 靠 的控 制 效 果 ， 难 因此 迫 切 需 要 采 用 一 种先 进 的控制 算法 来 提 高 气 化 炉 温度 ， 到气 化 产物 达 成分 的含 氧量 稳定 控 制 的 目的 。 ＰＤ控 制是 最 早 发 展 起 来 的工 业 过 程 控 制 方 法 ， Ｉ
术和计 算 技术 的新 型智 能 系 统 的 统 称 。 目前 ， 工 免 人
收稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０ ０— ６— ４ 作 者 简 介 ：姚 国 强 （ ９ ７一） 男 ， 海 人 ， 验 师 ， 士 研 究 生 ，（ １６ ， 上 实 硕 Ｅ～
ｍ ｉ ３ １２ ６ ＠ ｑ ． ｏ ａ ）７ ４ ９ ６ ４ ｑ ｅｍ： ｌ
也是应 用 最 为广 泛 的控 制 策 略 之 一 ， 所 涉 及 的设 计 它
Ｃ 等 。燃气 经 净化 后 ， Ｈ 可用 来集 中供气 、 热 和发 电 供 等 。一 般气 化 分 为 ４个 过程 ， 即燃 料 的 氧 化 、 原 、 还 裂 解 （ 解 ） 干燥 ， 主要 的反 应式 为 ： 热 和 其
四轴PID控制算法详解(单环PID、串级PID)
正文开始：这篇文章分为三个部分：•PID原理普及•常用四轴的两种PID算法讲解(单环PID、串级PID)•如何做到垂直起飞、四轴飞行时为何会飘、如何做到脱控？PID原理普及1、对自动控制系统的基本要求：稳、准、快：稳定性（P和I降低系统稳定性，D提高系统稳定性）：在平衡状态下，系统受到某个干扰后，经过一段时间其被控量可以达到某一稳定状态；准确性（P和I提高稳态精度，D无作用）：系统处于稳态时，其稳态误差；快速性（P和D提高响应速度，I降低响应速度）：系统对动态响应的要求。
一般由过渡时间的长短来衡量。
2、稳定性：当系统处于平衡状态时，受到某一干扰作用后，如果系统输出能够恢复到原来的稳态值，那么系统就是稳定的；否则，系统不稳定。
3、动态特性（暂态特性，由于系统惯性引起）：系统突加给定量（或者负载突然变化）时，其系统输出的动态响应曲线。
延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间、超调量和振荡次数。
通常：上升时间和峰值时间用来评价系统的响应速度；超调量用来评价系统的阻尼程度；调节时间同时反应响应速度和阻尼程度；4、稳态特性：在参考信号输出下，经过无穷时间，其系统输出与参考信号的误差。
影响因素：系统结构、参数和输入量的形式等5、比例（P）控制规律：具有P控制的系统，其稳态误差可通过P控制器的增益Kp来调整：Kp越大，稳态误差越小；反之，稳态误差越大。
但是Kp越大，其系统的稳定性会降低。
由上式可知，控制器的输出m(t)与输入误差信号e(t)成比例关系，偏差减小的速度取决于比例系数Kp：Kp越大，偏差减小的越快，但是很容易引起振荡（尤其是在前向通道中存在较大的时滞环节时）；Kp减小，发生振荡的可能性小，但是调节速度变慢。
单纯的P控制无法消除稳态误差，所以必须要引入积分I控制。
原因：（R为参考输入信号，Kv为开环增益）当参考输入信号R不为0时，其稳态误差只能趋近于0，不能等于0。
因为开环增益Kv不为0。
6 比例微分（PD）控制规律：可以反应输入信号的变化趋势，具有某种预见性，可为系统引进一个有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，而从提高系统的稳定性。
论串级PID温度控制的应用
论串级PID温度控制的应用在工业电气自动化控制领域，PID温度控制已经广泛使用，相比传统PID 温度控制，串级PID温度控制的可控制性、高精度性以及可切换性更能让工艺更上一层。
本次以汽车涂装生产车间闪干烘干炉温度控制为背景，采用日本山武SDC45温度控制表与三菱PLC相结合的自动控制炉内工艺要求温度，根据工艺变化要求可以选择送风、回风及串级PID温度控制相切换的控制理念，取得良好的温度控制效果，为提高喷涂工艺质量打下良好的基础。
标签：PID温度控制；可控制性；高精度性；串级PID温度控制；山武SDC45温度控制表前言在当前的工业电气自动化控制领域，PID温度控制已经广泛使用，属于传统温度控制，为达到更好的控制效果及更稳定的温度曲线，现在串级PID控制逐渐发展起来。
采用现有的带有串级温度控制的温度控制器与流行的PLC相结合，使项目的开发设计硬件相对简单化；采用温度控制器与PLC的总线式通信使软件设计也相对系统化，可读性增强；采用人机界面的参数设置及数据显示统计功能更使得直观性，可操控性增强。
在实现高精度温度控制的同时可以保证设备的维护简单，操作方便，数据记录齐全等特点。
1 系统的硬件组成1.1 人机界面人机界面（可编程序终端及操作显示面板）是工厂维护人员直接的操作对象及数据收集统计的设备。
此次采用三菱的GT16系列人机触摸屏，颜色及分辨率都可以给人以视觉上的享受。
1.2 PLC系统PLC是整个系统的控制器，采集现场各个区域的温度信号，及风阀限位开关的开闭信号控制相应风机的运转，并且与温控器通信实现在人机界面上对温控器的设定值SP，PID参数等的设定及传送。
此次采用三菱的Q系列PLC及其相对应的与上位机通信用的同轴电缆通信模块，与远程I/O通信的CC-LINK模块，与温控器组网通信用的串口模块，及各类数字I/O输入输出模块和温度采集用的模拟量输入模块。
1.3 串级温度控制器串级温度控制器是此次项目的重点，它是整个温度控制系统的核心，以其自身的串级控制功能来实现串级温度控制。
串级控制系统ppt课件
单回路系统的积分饱和现象举例
单回路PID控制系统（无抗积分饱和措施） (参见模型…/CascadePID/SinglePidwithInteSatur.mdl)
单回路系统的防积分饱和
ysp(t) e(s)
＋
KC ＋
－
＋
d(t)
v
广义
＋ ＋
对象
y(t)
1 TI s +1
讨论：正常情况为标准的PI控制算法；而当出现超限 时，自动切除积分作用。
串级回
路的等 R1
效系统
＋ －
D2
0.2 5s +1
s +1
D1
u Kc
0.8
＋ ＋
y2
1
＋ ＋
s +1
20s + 1
y1
原单
R1
回路
＋
D2
D1
u
1
＋ ＋
y2
1
＋ ＋
Kc
5s +1
20s + 1
y1
系统
－
副回路对主对象开环特性 的影响举例
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ω d 1 = ω 01 1 ξ1
2
T01 + T02 1 ξ1 = T01T02 2ξ1
2
双容对象的串级控制系统如下图所示: 双容对象的串级控制系统如下图所示:
X 1 (S ) X 2 (S ) K c1 Kc2
K2 1+T02 S
W2 ) (S
Y2 (S )
K1 1+T01S
Y1 ( S )
X (S )
Kc
K2 1+T02 S
K1 1+T01S
Y (S )
其特征方程式为: 其特征方程式为:
T01T02 S 2 + (T01 + T02 ) S + (1 + K c K1 K 2 ) = 0
则:
T01 + T02 2ζ 1ω 01 = T01T02
自然振 荡频率
阻尼比
阻尼振荡频率为: 阻尼振荡频率为:
仍以管式加热炉出口温度控制为例,分析温度-流量串级控 仍以管式加热炉出口温度控制为例,分析温度制系统克服干扰的过程. 制系统克服干扰的过程. 调节阀: 调节阀:气开式 温度调节器,流量调节器: 温度调节器,流量调节器:反作用
情况一:干扰来自燃料油流量的变化 情况一:
初始阶段,出口温度不变,温度控制器的输出不变,流量控 初始阶段,出口温度不变,温度控制器的输出不变, 制器就按照变化了的测量值与没变的设定值之差进行控制, 制器就按照变化了的测量值与没变的设定值之差进行控制, 改变执行阀的原有开度,使燃料油向原来的设定值靠近. 改变执行阀的原有开度,使燃料油向原来的设定值靠近. 当出口温度发生变化时,温度控制器不断改变着流量控制器 当出口温度发生变化时, 的设定值, 的设定值,流量控制器就按照测量值与变化了的设定值之差 进行控制, 进行控制,直到炉出口温度重新恢复到设定值 . 先副回路, 后主回路 先副回路,
串级控制系统的通用方框图: 串级控制系统的通用方框图:
二次扰动 设定值 一次扰动 主参数
主调节器
副调节器
执行阀
副 对象
主 对象
副参数
副检测变送器 主检测变送器
内回路选取时应包含主要干扰,同时时间常数不宜过长. 内回路选取时应包含主要干扰,同时时间常数不宜过长.
二,串级控制系统的工作过程(参见P198) P198) 串级控制系统的工作过程(参见P198
方案二:管式加热炉出口温度的间接控制(1) 方案二:管式加热炉出口温度的间接控制(
流量检测 变送器
期望 流量 流量控 制器
存在的问题: 存在的问题:
在这个方案中,炉出口温度不是被控量,当来自原料入 在这个方案中,炉出口温度不是被控量, 口温度和初始温度等干扰因素使出口温度发生变化时, 口温度和初始温度等干扰因素使出口温度发生变化时,此间 接控制系统无法将变化了的温度调回来; 接控制系统无法将变化了的温度调回来;
2
T02 ( K c 2 K 2 + 1)
当要求衰减比ξ1 = ξ 2时,有
′ ωd 2 T02 = ω d 1 1 + T01 T
02
1+
T01
显然 ω d 2 > ω d 1,而且当主,副对象特性一定时,K c 2 越大,工作频率越高.
串级控制系统由于副回路的存在,提高了系统的工作频率, 串级控制系统由于副回路的存在,提高了系统的工作频率, 减小了振荡周期,在衰减系数相同的情况下,缩短了调节时间, 减小了振荡周期,在衰减系数相同的情况下,缩短了调节时间, 提高了系统的快速性. 提高了系统的快速性.
一般 K c 2取值较大,K c1 > K c ∴ K c1 K c 2 > K c
即:串级控制系统克服二次干扰的能力大于单回路控制系统 10～100倍 (约10～100倍). 串级控制系统克服一次干扰的能力也比单回路控制系统强. 串级控制系统克服一次干扰的能力也比单回路控制系统强. 2,提高了系统的工作频率 双容对象的单回路控制系统如下图所示: 双容对象的单回路控制系统如下图所示:
3,减小了对象的时间常数
′ K2 特点2可知副回路的传递函数: ( = 由特点2可知副回路的传递函数: W2 S) ′ T02 S + 1 式中: 式中: T02 ′ 等效副对象的时间常数T02 = ( K c 2 K 2 + 1)
′ 等效副对象的放大倍数K 2 =
Kc2 K2 ( K c 2 K 2 + 1)
W02 ) (S
W01 ) (S
Y1 (S )
H (S )
无串级时,开环传函: G ( S ) = W ( S )W ( S )W ( S ) 无串级时,开环传函: c 02 01 有串级时,开环传函: 有串级时,开环传函:
W02 ( S ) G′( S ) = Wc ( S ) W01 ( S ) 1 + W02 ( S ) H ( S )
第六章 串级控制系统设计
§6.1 串级控制原理 §6.2 串级控制系统的特点 §6.3 串级控制系统的设计 §6.4 串级控制系统的参数整定 §6.5 串级控制系统的工业应用
返回
§6.1 串级控制原理
一,串级控制系统的组成
例 :管式加热炉是炼油厂经常采用的设备之一(如下所示), 管式加热炉是炼油厂经常采用的设备之一 如下所示), 是炼油厂经常采用的设备之一(
WV ( s )W02 ( s )W01 ( s) Y1 S) ( = F2 S) 1 [ Wc1 ( s)Wc 2 ( s )WV ( s)W02 ( s )W01 ( s )Wm1 ( s) Wc 2 ( s)WV ( s )W02 ( s)Wm 2 ( s )] ( Y1 S) X 1 S) ( / ( 若克服二次干扰的能力用 来表示 Y1 S) F2 S) ( / ( Y S) X 1 S) ( / ( 则 1 = Wc1 ( S )Wc 2 ( S ) = K c1 K c 2 Y1 S) F2 S) ( / (
1 W01 ( S ) H (S )
当W02 ( S ) H ( S ) >> 1时
G ′( S ) ≈ Wc ( S )
所以,串级控制可以减小或消除副对象的非线性. 所以,串级控制可以减小或消除副对象的非线性.
返回
§6.3 串级控制系统的设计
一,主变量的选择
与单回路控制系统的选择原则一致,即选择直接或间接反映 与单回路控制系统的选择原则一致, 生产过程的产品产量,质量,节能,环保以及安全等控制要求 生产过程的产品产量,质量,节能, 的参数作为主变量. 的参数作为主变量.
其工艺要求是:炉出口温度保持恒定. 其工艺要求是:炉出口温度保持恒定.
干扰: 干扰:
原料的流量,初始温度; 原料的流量,初始温度; 燃料的流量,燃料热值. 燃料的流量,燃料热值.
方案一:管式加热炉出口温度的单回路控制 方案一:
温度检测 变送器
期望 温度
存在的问题: 存在的问题:
温度控 制器
由于原料,燃料的流量等扰动导致控制作用不及时; 由于原料,燃料的流量等扰动导致控制作用不及时; 偏差大,控制质量差. 偏差大,控制质量差.
Y1 ( s )
Z1 ( s )
Z 2 ( s)
Wm 2 (s ) (s
Wm1 ( s )
输出对于输入的传递函数: 输出对于输入的传递函数:
Wc1 ( s )Wc 2 ( s)WV ( s )W02 ( s )W01 ( s) Y1 S) ( = X 1 S) 1 [ Wc1 ( s )Wc 2 ( s )WV ( s )W02 ( s)W01 ( s)Wm1 ( s ) Wc 2 ( s )WV ( s )W02 ( s )Wm 2 ( s)] (
Y S) ( WV ( s )W02 ( s )W01 ( s ) = F2 S) 1 + Wc ( s )WV ( s )W02 ( s )W01 ( s )Wm ( s ) (
Y S) X(S) ( / 则: = Wc ( S ) = K c Y S) F2 S) ( / (
假设:Wc ( S ) = K c
管式加热炉出口温度的间接控制( 管式加热炉出口温度的间接控制(2)
期望炉膛 温度
方案三:加热炉出口温度与燃料流量的串级控制 方案三:
用温度控制器的输出作为流量控制器的设定值, 用温度控制器的输出作为流量控制器的设定值,由流量 控制器的输出去控制燃料油管线的控制阀,可以抑制燃料 控制器的输出去控制燃料油管线的控制阀,可以抑制燃料 油流量的扰动 同样:加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制可以抑制燃料油 同样:加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制可以抑制燃料油 流量的扰动和热值扰动. 流量的扰动和热值扰动.
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§6.2 串级控制系统的特点
1,能迅速克服进入副回路的二次干扰 串级控制系统方框图如下: 级控制系统方框图如下:
F2 ( s )
F1 ( s )
X 1 (s)
E1 ( s )
Wc1 ( s )
X 2 (s)
E2 ( s)
Wc 2 ( s )
WV (s )
W02 ( s )
Y2 ( s )
W01 ( s )
情况二:干扰来自原料油方面,使炉出口温度升高 情况二:干扰来自原料油方面,
出口温度 温度控制器输出 流量控制器设定值 .
燃料油流量为适应温度控制的需要而不断变化. 燃料油流量为适应温度控制的需要而不断变化.
情况三:一次干扰和二次干扰同时存在 情况三:
主,副变量同向变化 主,副调节器共同作用,执行阀的开度大幅度变化,使得 副调节器共同作用,执行阀的开度大幅度变化, 炉出口温度很快恢复到设定值. 炉出口温度很快恢复到设定值. 主,副变量反向变化 两种干扰作用相互抵消,或燃料油流量只作很小的调整. 两种干扰作用相互抵消,或燃料油流量只作很小的调整. 通过分析可知:副控制器具有"粗调"的作用, 通过分析可知:副控制器具有"粗调"的作用,而主控制 器具有"细调"的作用,两者互相配合, 器具有"细调"的作用,两者互相配合,控制质量必然高于单回 路控制系统. 路控制系统.