1、第四節第四節 單回路控制系統和單回路控制系統和 復雜控制系統復雜控制系統l在熱工生產過程控制中，最基本的且應用最多的是單回路控制系統l其他各種復雜控制系統都是在單回路控制系統的基礎上發展起來的l僅有一個測量變送器、一個控制器和一個執行器（包括控制機構），連同被控對象組成的閉環負反饋控制系統。一、單回路控制系統單回路控制系統的分析與整定（一）被控量的選擇l被控量是表征生產過程是否符合工藝要求的物理量。l為了提高測量的靈敏度、減小遲延，應采用先進的測量方法，選擇合理的取樣點，正確合理的安裝檢測元件。（二）控制量的選擇l原則上選擇工藝上允許作為控制手段的變量作為控制量，一般不應選擇不可控的變量作為控

2、制量。（四）影響系統控制質量的 主要因素l對于單回路控制系統，雖然控制對象的動態特性和調節器的參數選擇對控制過程品質有決定性影響，但是測量元件、變送器、執行器、控制機構的性能優劣對控制系統的工作也有不容忽視的影響。1、測量元件l主要由傳感器構成。測量元件的慣性大小對控制品質產生影響。因此任何一種測量單元都具有時間常數，其動態特性可以用一階慣性環節來表示。l在單回路反饋控制系統分析時，為了突出回路中的主要環節，常將測量單元視為一個比例環節2、變送器l轉換時間常數較小，對控制品質影響不大。但是變送器的穩定性和線性度對控制系統工作品質影響較大。l由測量元件和變送器組成的測量單元中，時間常數的存在對系

3、統的工作影響最大l為了減小測量單元中慣性的影響，應盡量減小測量元件的慣性。可采取的措施有采用快速測量元件，合理選擇變送器的安裝位置，盡量縮短信號取樣管道的長度，以減小容積遲延等。3、執行器和控制機構l將控制器輸出的弱強度控制信號進行功率放大，轉換為機械位移輸出l執行器和控制機構均安裝于生產現場，外界環境較為惡劣。因此它們的性能好壞對控制系統的工作品質有很大的影響。l執行器按驅動源不同可分為電動執行器，氣動執行器和液動執行器三大類。l無論是電動還是氣動其動作的遲延和慣性都是比較小的 ，在控制系統中可作為比例環節來處理。l控制機構在控制系統中的作用極為重要，其性能的優劣直接影響自動控制系統能否投入

4、運行。電廠中應用較多的控制機構是各種控制閥門和風門擋板。l由于閥門的時間常數都很小，因此從其動態特性看，可認為是比例環節。單回路控制系統的整定l被控對象的動態特性是不容易改變的，要取得滿意的控制效果，就要設置合適的調節器參數，因此單回路控制系統的參數整定實際上就是調節器的參數整定問題。整定方法整定方法l理論計算整定法，這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。l工程整定法，主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。1、串級調節系統l對于時間常數較大，有較大遲延的調節對象，在某些場合下即使采用PID調節規律依然不能

5、得到滿意的調節品質，這時可采用串級調節系統。例如：鍋爐過熱汽溫調節系統通常采用串級工作方式。二、復雜調節系統 與單回路調節系統的區別在于有兩個調節器，兩個閉合回路（內回路和外回路）串級調節系統的特點：（1）由于副回路具有快速性，因此，串級調節系統對進入副回路的擾動有很強的克服能力（2）由于副回路起了改善調節對象動態特性的作用，從而提高了整個系統的調節品質。例如：過熱汽溫調節系統l其中間被調量就是減溫器后的汽溫，汽溫調節器除接受過熱器出口溫度信號外，還同時接受減溫器后的汽溫的微分信號。2、采用中間被調量微分信號的調節系統l這個系統的特點是：調節器除了接受調節對象的主被調量信號外，還接受一個中間被

6、調量 信號。由于中間被調量的響應比主被調量快，因此，這個微分信號起著導前作用，以補償主被調量的滯后。在穩態時，中間被調量微分信號等于零，調節器維持主被調量為給定值。l按擾動進行的調節稱為前饋調節。前饋調節是開環調節，不構成閉合回路。3、前饋反饋控制系統l前饋調節器根據擾動的大小和方向，按一定的規律輸出一信號加到反饋調節器上，通過調節作用達到補償的目的。如果這種前饋作用恰到好處，可以使被調量不會由于擾動而產生偏差，在理想情況下，被調量的變化應等于零。l盡管按照完全補償的原則來設計的前饋調節器不易實現，但是采用前饋調節器實現局部補償，以改善調節品質，卻是完全有可能的。l由于前饋調節是一種開環調節，所以在局部補償的條件下還必須采用反饋調節，以確保被調量在穩態時能恢復到給定值。l當生產過程的調節要求高，而反饋控制又不能滿足所要求的調節品質時，可以考慮采用前饋反饋調節，其選用的原則：（1）若調節系統中調節通道的遲延時間較大，反饋調節達不到良好的調節效果時。