1、控制工程概論控制工程概論- - 復雜控制系統復雜控制系統簡單控制系統簡單控制系統最基本、使用最廣泛最基本、使用最廣泛 (85%)。復雜控制系統復雜控制系統在簡單控制系統的基礎上增加計算環節、控在簡單控制系統的基礎上增加計算環節、控制環節或者其他環節，構成了復雜控制系統制環節或者其他環節，構成了復雜控制系統 (15%)。按系統的結構形式和所按系統的結構形式和所完成的功能劃分完成的功能劃分 采用不止一個控制器，控制器之間相互串接，采用不止一個控制器，控制器之間相互串接，一個控制器的輸出作為另一個控制器的設定值的一個控制器的輸出作為另一個控制器的設定值的系統，稱為串級控制系統。系統，稱為串級控制系統

2、。l 基本原理基本原理 燃料 TT TC 加熱爐 原料 (a)溫度定值控制 燃料 FT FC 加熱爐 原料 (b)流量定值控制 TC TT 燃料 FT FC 加熱爐 原料 (c)溫度和流量串級控制 例：加熱爐出口溫度控制系統例：加熱爐出口溫度控制系統- 主控制器的輸出是副控制器的設定；主控制器的輸出是副控制器的設定；- 由兩個控制器、兩個檢測變送器、一個執行器組成；由兩個控制器、兩個檢測變送器、一個執行器組成；- 主回路是定值控制系統，對主回路的輸出而言，副回路主回路是定值控制系統，對主回路的輸出而言，副回路是隨動控制系統，對副回路的擾動而言，副回路是定值是隨動控制系統，對副回路的擾動而言，副

3、回路是定值控制系統。控制系統。溫度溫度流量流量主控制器主控制器副控制器副控制器副被控對象副被控對象主被控對象主被控對象副回路副回路主回路主回路副被控變量副被控變量主被控變量主被控變量12211122212211( )( )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )ccvppcvpmccvppmGs Gs G s Gs GsY sR sGs G s Gs GsGs Gs G s Gs Gs Gs122211122212211( )( )( )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )fcvpmfc

4、vpmccvppmGsGs G s Gs Gs GsY sF sGs G s Gs GsGs Gs G s Gs Gs Gs211222212211( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )fpcvpmccvppmGs GsY sF sGs G s Gs GsGs Gs G s Gs Gs Gs2222222( )( )( )( )( )1( )( )( )( )cvpcvpmGs G s GsY sR sGs G s Gs Gs控制通道控制通道干擾通道干擾通道干擾通道干擾通道控制通道控制通道l串級控制系統的性能分析串級控制系統的性能分析1. 能迅速

5、克服進入副回路擾動的影響能迅速克服進入副回路擾動的影響 當擾動進入副回路后，首先副被控變量檢測到擾動當擾動進入副回路后，首先副被控變量檢測到擾動的影響，并通過副回路的定值控制作用及時調節操縱變的影響，并通過副回路的定值控制作用及時調節操縱變量，使副被控變量恢復到副設定值，從而使擾動對主被量，使副被控變量恢復到副設定值，從而使擾動對主被控變量的影響減少。控變量的影響減少。l串級控制系統的性能分析串級控制系統的性能分析1. 能迅速克服進入副回路擾動的影響能迅速克服進入副回路擾動的影響副回路擾動通道副回路擾動通道傳遞函數傳遞函數l串級控制系統的性能分析串級控制系統的性能分析1. 能迅速克服進入副回路

6、擾動的影響能迅速克服進入副回路擾動的影響串級控制系統中副回路擾動通道傳遞函數：串級控制系統中副回路擾動通道傳遞函數：單回路控制系統中擾動通道傳遞函數：單回路控制系統中擾動通道傳遞函數：222222( )( )( )1( )( )( )( )fcvpmGsY sF sGs G s Gs Gs222( )( )( )fY sGsF s22211( )( )( )( )cvpmGs G s Gs Gs迅速克服擾動影響，大大迅速克服擾動影響，大大減小最大偏差和余差減小最大偏差和余差l串級控制系統的性能分析串級控制系統的性能分析2. 改善了對象特性，提高了工作頻率改善了對象特性，提高了工作頻率副回路控制

7、通道副回路控制通道傳遞函數傳遞函數減小時間常數，加快系統減小時間常數，加快系統響應，減小超調量，提高響應，減小超調量，提高控制系統工作頻率。控制系統工作頻率。l串級控制系統的性能分析串級控制系統的性能分析3. 串級控制系統的自適應能力串級控制系統的自適應能力 主控制器的輸出能按照負荷或操作條件的變化而變主控制器的輸出能按照負荷或操作條件的變化而變化，從而不斷改變副控制器的設定值，使副控制器的設化，從而不斷改變副控制器的設定值，使副控制器的設定值能隨負荷及操作條件的變化而變化。因此，串級控定值能隨負荷及操作條件的變化而變化。因此，串級控制系統對負荷的變化和操作條件的改變有一定的自適應制系統對負荷

8、的變化和操作條件的改變有一定的自適應能力。能力。l串級控制系統的性能分析串級控制系統的性能分析4. 能夠更精確控制操縱變量的流量能夠更精確控制操縱變量的流量 采用串級控制系統后，引入了流量副回路，使流量采用串級控制系統后，引入了流量副回路，使流量測量值與主控制器的輸出一一對應，從而能夠更精確地測量值與主控制器的輸出一一對應，從而能夠更精確地控制操縱變量的流量。控制操縱變量的流量。l串級控制系統的性能分析串級控制系統的性能分析5. 可實現更靈活的操作方式可實現更靈活的操作方式 串級控制系統可以實現串級控制、主控和副控等多串級控制系統可以實現串級控制、主控和副控等多種控制方式。因此，在運行過程中，

9、如果某些部件出現種控制方式。因此，在運行過程中，如果某些部件出現故障，則可靈活地進行切換，減少對生產過程的影響。故障，則可靈活地進行切換，減少對生產過程的影響。l串級控制系統的設計串級控制系統的設計主、副回路的設計主、副回路的設計- - 主被控變量的選擇和主回路的設計，仍可用簡單控主被控變量的選擇和主回路的設計，仍可用簡單控制系統的設計原則進行。制系統的設計原則進行。 - - 副回路應盡量包含生產過程中主要的、變化劇烈、副回路應盡量包含生產過程中主要的、變化劇烈、頻繁和幅度大的擾動，并力求包含盡可能多的擾動。頻繁和幅度大的擾動，并力求包含盡可能多的擾動。l串級控制系統的設計串級控制系統的設計主

10、、副控制器的選擇主、副控制器的選擇- - 主控制器可采用比例積分作用或比例、積分、微分主控制器可采用比例積分作用或比例、積分、微分三作用控制規律。三作用控制規律。- - 副控制器采用單比例作用或比例積分作用控制規律。副控制器采用單比例作用或比例積分作用控制規律。l串級控制系統的設計串級控制系統的設計主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇- 依據控制閥的氣開、氣關形式，副對象的放大倍數，依據控制閥的氣開、氣關形式，副對象的放大倍數，決定副控制器正反作用方式，使決定副控制器正反作用方式，使Kc2KvKp2Km2乘積乘積為正值，其中為正值，其中Km2通常總是正值。通常總是正值。-

11、主控制器的正、反作用主要取決于主對象的放大倍主控制器的正、反作用主要取決于主對象的放大倍數，使數，使Kc1Kp1Km1的乘積為正值，通常的乘積為正值，通常Km1總是正值，總是正值，因此應使因此應使Kc1Kp1為正值。為正值。l串級控制系統的設計串級控制系統的設計主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇例例1：l串級控制系統的設計串級控制系統的設計主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇例例2：l串級控制系統的設計串級控制系統的設計主、副控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的選擇例例3：l串級控制控制器的參數整定串級控制控制器的參數整定參數整定：參數整定：

12、 通過調整控制器的參數，改善控制系統的通過調整控制器的參數，改善控制系統的動態和靜態特性找到最佳的調節過程，使控制動態和靜態特性找到最佳的調節過程，使控制品質最好。品質最好。 - 逐步逼近法 （副主副） - 兩步法副主） - 一步法根據經驗）l串級控制控制器的參數整定串級控制控制器的參數整定逐步逼近法逐步逼近法 斷開主回路，閉合副回路，按單回路控制系統的整定斷開主回路，閉合副回路，按單回路控制系統的整定方法整定副控制器參數；方法整定副控制器參數； 閉合主、副回路，保持上一步取得的副控制器參數，閉合主、副回路，保持上一步取得的副控制器參數，按單回路控制系統的整定方法整定主控制器參數；按單回路控制系統的整定方法整定主控制器參數； 閉合主、副回路，主控制器參數保持的情況下，再次閉合主、副回路，主控制器參數保持的情況下，再次調整副控制器參數；調整副控制器參數；