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第二篇复杂控制系统概念：单回路控制系统－简单控制系统。多回路控制系统称为复杂控制系统。复杂控制系统是由多个测量值、多个调节器；或是由多个测量值、一个调节器、一个补偿器或一个器等等组成的多个回路的控制系统。例如目前应用得很广的串级控制系统、带补偿器的控制系统和解耦控制系统就是复杂控制系统。第五章串级控制系统和比例控制系统一、串级控制的概念以下图所示反应器的温度控制为例有三个热容：夹套里的冷却水，槽壁和反应器里的物料。可将他们视为串联形式，其框图为D2表示来至冷却水入口温度和调节阀前压力的变化（扰动）；D1表示来至物料的流量、入口温度和化学组分的变化(扰动）；这是单回路控制。•存在的问题：系统对扰动（如D2）的反映很慢，例如冷却水入口温度升高，经过三个热容，花了很多时间才影响到θ1，这时调节器才动作加大冷却水的流量，在此过程中θ2已变化很大，使θ1出现很大偏差。•改进（P104图5.3）其方块图如下：•一般串级控制系统如P107图5.11所示：主副调节器、主副对象、主副变送器、主副参数、一次和二次扰动二、串级控制系统的分析串级控制主要用于克服副回路中的二次干扰。1.串级：2.单回路：3.比较（减小二次干扰的作用）串级分母比单回路多了一项Gc2GvGp2Gm2,在系统工作频率里|Gc2GvGp2Gm2|1，且与|Gc2|成正比（通常Gc2=Kc2)。另外串级分母第二项多了一个因子Gc2,通常1.2222211112211mpvcpvcpmcpdGGGGGGGGGGGGDYvppmcpdGGGGGGGDY2111122114.比较（串级从R2到Y2的响应加快）三、串级系统设计应注意的几个问题1.副回路1)副参数（y2）的选择应使副回路的时间常数小，响应快。2)副回路应包含部分主要干扰。2.主、副回路工作频率的选择。Td2≤(1/3)Td1,本来副回路响应就是要快，另外防止加大共振。响应更快。的响应，而且随着到副回路大大加快了从＝单回路：串级：22222222222222222222222222222222222221111)1/(111,,1,cpmvcppppvpmvcppmvcpvcppmvcppvcmmccpppvvKYRKKKKTTsTKKRYKKKKsTKKKKKKKsTKKKKsTKKKRYKGKGsTKGKG四、调节器的选型和整定。1.选型Gc2:P或PD快响应。Gc1:PI无稳态误差。2.整定1)逐步逼近法(费时)p.117；2)两步整定（方便）p.119五、比值控制系统在生产过程中常需要保持两种物料的流量成一定比例关系；如加热炉燃烧过程中，需要保持燃料量与空气量按一定比例进炉膛，又如送入尿素合成塔的二氧化碳压缩空气与液氨的流量要保持一定比例，下边是一实例。例、图5.19所示为一合成塔比值控制系统。要求两种物流QA和QB保持一定的比例，其中QB不可控，当它改变时，要控制QA随之成比例地变化QA/QB=K，控制框图为：a1.比值系数a的确定1)流量Q与其测量信号I呈非线性关系节流元件两端压差与其流量的平方成正比，故有数。是与最大量程有关的常比值系数故即调节，所以平衡时有因为由图知呈非线性关系与式子有上边的式子代入下边的电流信号－型仪表压差变送器输出对当然aQQKQQQQaQQQQaIIQQaaIIQIQQIQQIPPIPPIQKPQKPQKPQKPABABBAAABBA*BBBBBBBBAAABBBAAABBBAAABBBAAA.1616PI16);420(),420()420(),420(mA204IIIDDZ,,2maxmax22max2max222max22max22max2*2max22max2maxmax2maxmax2maxmax222).流量Q与其测量信号I’呈线性关系。2.比值系统中的非线性第1）种情况反馈通道IA=16Q2A/Q2Amax是非线性关系，其增益Kp=dIA/dQA=32QA/Q2Amax随负荷QA而变。如右图所示maxAmaxmaxAmaxAmaxmaxmaxmax444,4,1QQKQQQQaQQIQQaaIIQQIQQIIIIIIIBBBAA'ABB'B'*BBB'BAA'AB'BA'ABA＝故线性关系；所以）相同，只是与和第2)种情况被线性化了3.整定比值控制系统是一流量随动系统，输出（被控）流量跟踪输入流量越快越好，另一要求尽量平稳，不希望波动，所以整定时尽量增大Ψ，处于振荡与非振荡临界状况。整定步骤：首先TI最大，逐渐减小比例带δ直到响应处于临界状态，如同图5.22的b曲线。a曲线太慢，比例带太大；再TI↑使响应有微弱的超调，如图中C曲线所示。4.常见比例控制系统1.双闭环比例控制（应用于控制精度比较高且主流量又允许控制的场合）2.变比例控制系统