过程自动检测与控制技术_CHAPT7_复杂控制系统.ppt

【过程自动检测与控制技术】第七章探讨的是复杂控制系统，特别是串级控制系统的应用和特点。串级控制是一种用于改善复杂工业过程中控制性能的策略，它由两个或多个控制器串联组成，分别对不同变量进行控制。 在第一节串级控制系统中，以一个夹套式反应器为例，其中反应温度是主要的被控变量。由于反应过程放热，冷却水通过夹套调节以保持温度平衡。当使用单一的回路控制系统时，由于换热过程的缓慢和大的时间常数，会导致容量滞后，使得反应温度控制精度无法满足生产要求。为了解决这个问题，引入了串级控制，通过增设一个控制回路来稳定夹套温度，以提高整个系统的控制精度。 串级控制系统有两个显著特点。由于存在副回路，它可以改善被控对象的动态特性。副回路可以快速响应并抵消对主被控变量的影响，如反应器内的温度。串级控制具有出色的抗干扰能力。当干扰作用于副回路时，副控制器能先进行预调整，减轻对主回路的影响。若主回路仍受到干扰，主控制器再进行细调，从而提升整体控制效果。同时，当干扰作用于主回路时，由于副回路的存在，等效的副对象时间常数减小，使得控制响应更快，控制质量优于单回路系统。 串级控制系统还展示了一定的自适应能力。在理想情况下，如果副回路的增益远大于其他环节的增益，系统可以近似认为是线性的，这有助于系统对操作条件变化的适应性。 设计串级控制系统时，首要任务是设计副回路，目的是将主要的干扰源包含在副回路内。这样可以确保系统对这些干扰有更快的响应，提高整个系统的稳定性和控制性能。此外，控制器的选择和参数整定也是关键步骤，需要根据被控对象的特性以及工艺要求进行合理配置，以实现最佳控制效果。 串级控制系统通过多回路控制策略，提高了过程控制的精确性和鲁棒性，特别适用于那些具有大滞后、非线性或复杂干扰的工业过程。在实际应用中，正确设计和实施串级控制系统能显著提升生产效率和产品质量，减少运行成本，是现代自动化工程中的一个重要工具。