三復雜控制系統任務一串級控制系統任務一串級控制系統一、基本概念二、串級控制系統的組成三、串級控制系統的工作原理四、串級控制系統的整定一、基本概念1、定義：系統中有兩個相互串聯的調節器，兩個反饋通道分別將測量信號送入兩個調節器，并以此形成的雙回路控制系統。2、理解：

1）有兩個調節器相互串聯，主調的輸出作為給定值送入副調；

2）有兩個反饋回路，內（副）回路嵌套于外（主）回路中；

3）有兩個測量反饋信號，分別反饋回主、副調節器。3.串級控制系統實例——主汽溫度控制系統主汽溫分段控制，過熱器的高溫段和低溫段之間設置噴水減溫器。因氣溫對象有很大的惰性，調節反映較慢，采用單回路控制效果不理想，故采用串級控制系統。二、串級控制系統的組成相關術語：主參數：主要被控參數（過熱汽溫θ1）副參數：提前反映主參數變化趨勢的中間參數（高過入口汽溫θ2）主調節器：輸入是主參數的偏差，輸出是副調節器的給定值。副調節器：輸入是主調輸出與副參數的偏差，輸出調節信號給執行器。主回路：即斷開副參數反饋通道的外回路；副回路：即內回路，包括副調、執行器、噴水調節法、減溫器和副參數的溫度測量變送器。三、工作原理1、內回路：副參數θ2超前于主參數θ1

變化，且與其變化方向相同，對擾動響應很快。對副參數進行調節可以實現對主參數的超前調節，改善了動態特性。應把擾動盡量納入內回路，以提高系統的抗干擾能力。副調常采用P或PD調節器，實現對擾動的快速響應。故內回路可以看做一個快速隨動系統，分析系統時可以用一個比例環節等效代替。2、外回路：是一個定值系統，承擔主參數的定值調節作用，故主調一般采用PI或PID調節器。但因對象慣性遲延的存在，擾動發生時外回路的動作滯后于內回路，在其粗調的基礎上進行細調，使系統的整體調節作用變強。最終使系統達到穩態時，主參數穩定在給定值（θ1=θ0）。四、整定調節器參數整定順序：先整定內回路，再整定外回路。按照“先內后外”的順序進行。任務二前饋-反饋復合控制系統一、前饋控制系統二、前饋-反饋復合控制系統三、前饋控制器的設計一、前饋控制系統1、前饋控制：控制器根據擾動信號的大小和方向對被控量進行調節。故又稱擾動補償控制。2、概念的理解：1）測量信號是擾動信號，不是被控量；2）前饋控制器只是補償擾動對被調量的影響，無給定值輸入，故控制效果未知。3）一個前饋控制器僅對某一擾動信號進行補償，無法克服所有擾動。3、系統結構擾動是冷水流量，調節量是熱水流量，混合水溫是被調量。4、控制特點：1）調節及時，系統的快速性好；2）一個前饋通道只能對某一擾動信號進行補償；3）前饋控制的控制效果未知。5、前饋控制器傳遞函數的確定完全補償性原理：使擾動信號通過擾動通道和調節通道對被調量的影響正好相互抵消。完全補償性條件：WD(s)+WB(s)Wob(s)=0

前饋控制器傳遞函數：二、前饋-反饋復合控制系統反饋控制能克服所有擾動信號對被控量產生的影響，保證被調量等于給定值，但調節滯后于擾動，不及時；前饋控制根據擾動調節，調節及時，但一個前饋只能補償一種擾動，無法克服所有擾動，且調節效果未知。

1、基本概念：在反饋的基礎上，加上主要擾動的前饋控制，構成前饋－反饋控制系統。綜合了開環和閉環控制各自的優點。當外界擾動作用時，在輸出量還沒有反映之前，先按開環進行粗調，盡量使控制作用在一開始就抵消擾動對控制對象的大部分影響，然后通過反饋進行細調，使被調量等于給定值。這樣系統既有補償主要擾動信號的前饋控制，又有克服所有擾動的被控量反饋控制。2、概念的理解：1）復合控制是指系統采取了前饋和反饋兩種不同的控制方式；2）前饋控制的作用是對主要信號進行完全補償；3）引入反饋是為了克服所有擾動對被控量產生的影響。4）測量信號既有被控量，又有擾動信號。3、前饋-反饋復合控制系統實例分析——混合水溫控制系統。4、系統構成1）擾動信號測量變送器；2）被控量測量變送器；3）前饋控制器；4）反饋調節器；5）執行器和調節機構；6）擾動通道對象；7）控制通道對象。5、前饋-反饋復合控制系統特點1）系統綜合了反饋控制和前饋控制的優點，彌補了二者的缺點，故應用廣泛。2）引入前饋補償不影響反饋系統的穩定性。3）引入反饋調節不影響前饋控制的完全補償條件。三、前饋控制器的設計完全補償條件：任務三導前微分控制系統一、基本概念二、導前微分控制系統的組成三、導前微分控制系統工作原理一、基本概念1、定義：包含導前信號微分內回路和主參數反饋調節外回路的雙回路控制統。2、概念的理解：1）雖是雙回路，但只有一個調節器；2）兩個反饋回路，導前微分回路是嵌套在主參數反饋調節回路內的內回路。3）被控對象由遲延和慣性小的導前區和遲延和慣性大的慣性區組成。4）內回路反饋通道由微分器和測量變送器組成，承擔對導前信號運算的作用。3、實例——汽包爐主汽溫度導前微分控制系統。二、導前微分控制系統的組成元件構成：調節器、兩個測量變送器、微分器、執行器、噴水調節閥和被控對象。主參數：最主要的被控參數（θ1）；副參數：能提前反映主參數變化趨勢的中間參數（θ2）。主回路：斷開微分器的測量反饋通道后的閉合回路。導前微分回路：包括調節器、執行器、噴水調節閥、導前區對象、副參數測量變送器和微分器。導前微分控制系統三、導前微分控制系統工作原理1、導前微分回路微分器能直接反映副參數隨時間的變化趨勢，間接反映主信號的變化方向，且超前主信號的變化，對擾動響應很快。通過內回路對副參數的調節，實現對主參數的超前調節，改善了調節系統的動態特性。因內回路是根據副參數隨時間的變化率進行調節的，故系統處于穩態時，微分器的輸出信號為零，此時系統為一單回路控制系統。2、主回路導前微分控制系統的主回路是一個定值系統，承擔主參數的定值調節任務。其作用滯后于導前微分回路，在其粗調的基礎上進行細調。