口訣中：“串級(jí)系統(tǒng)有何難?”是指學(xué)習(xí)方法，因?yàn)閺?fù)雜控制系統(tǒng)是以簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)為前提的，在掌握了簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上來(lái)學(xué)習(xí)復(fù)雜控制系統(tǒng)就不難了。
現(xiàn)結(jié)合實(shí)例來(lái)進(jìn)一步理解口訣的含義。上圖是個(gè)加熱爐爐溫的單回路控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷變化而引起爐溫改變時(shí)，經(jīng)溫度傳感器、PID調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥V構(gòu)成的控制系統(tǒng)，改變?nèi)加土縌以平衡負(fù)荷的變化，而使?fàn)t溫保持不變。但如果燃油的進(jìn)口壓力波動(dòng)較大且波動(dòng)頻繁時(shí)，將會(huì)引起爐溫的大幅度變化，為克服燃油壓力波動(dòng)帶來(lái)的干擾，可以先構(gòu)建一個(gè)燃油量的控制系統(tǒng)來(lái)消除油壓的波動(dòng)，而把爐溫溫控儀(單回路PID控制器)的輸出作為流量調(diào)節(jié)器(外給定調(diào)節(jié)器)Q的給定值，形成回路，使流量調(diào)節(jié)器按爐溫控制的需要而工作，構(gòu)成了串級(jí)控制系統(tǒng)。
結(jié)合口訣先來(lái)看看串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖。從串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖中可看出：“主調(diào)輸出送副調(diào)，副調(diào)主調(diào)信號(hào)串”。所謂串級(jí)控制，就是用兩個(gè)PID調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起進(jìn)行控制，主調(diào)(單回路PID調(diào)節(jié)器)的輸出作為副調(diào)(外給定調(diào)節(jié)器)的給定，這也是串級(jí)控制系統(tǒng)名稱的來(lái)歷。
串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路因?yàn)樵谥骰芈分畠?nèi)，所以稱為副環(huán)，主回路則稱為外環(huán)，這就是口訣中的：“主、副回路內(nèi)外環(huán)”。其中主回路是由主變送器、主控制器、執(zhí)行器、主對(duì)象構(gòu)成的一個(gè)閉合回路，也就是副回路反饋斷開后的整個(gè)回路。副回路是由副變送器、副控制器、執(zhí)行器、副對(duì)象構(gòu)成的閉合回路。這樣就有了主、副參數(shù)之分，主參數(shù)就是在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被調(diào)參數(shù)，即生產(chǎn)中的重要工藝指標(biāo)。而副參數(shù)就是影響主參數(shù)的主要變量或者是為了滿足某種關(guān)系的需要而引人的中間變量。這樣根據(jù)主、副參數(shù)也就可以確定系統(tǒng)的主、副對(duì)象及相應(yīng)的主副變送器了。
串級(jí)控制當(dāng)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)受到外界干擾，而使主、副參數(shù)偏離給定值時(shí)，通過(guò)主、副控制器來(lái)克服外界干擾，使系統(tǒng)恢復(fù)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)干擾施加點(diǎn)的位置不同，其可分為三種情況，結(jié)合圖例看儀表工是怎樣用口訣對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明的：
1、若由于燃油壓力發(fā)生變化時(shí)，干擾將作用于副回路，這時(shí)副控制器便立即進(jìn)行調(diào)節(jié)，即較小的干擾，經(jīng)副控制器的調(diào)節(jié)后，一般影響不到爐溫的變化。當(dāng)干擾較大時(shí)，進(jìn)而影響到主參數(shù)時(shí)，則主控制器也投入調(diào)節(jié)過(guò)程，這時(shí)主、副控制器一起來(lái)調(diào)節(jié)，就加速了克服干擾的控制過(guò)程。使?fàn)t溫盡快回復(fù)到給定值上。這過(guò)程就如口訣說(shuō)的：“小干擾，副回消滅掉；大干擾，副環(huán)搶先調(diào)，剩微量，主、副一起調(diào)，調(diào)得速度快，過(guò)程質(zhì)量高”。
2、假如加熱爐由于外界因素或爐內(nèi)工況發(fā)生變化，使?fàn)t溫受干擾而偏離給定值時(shí)，即干擾作用于主回路時(shí)，主控制器的輸出便發(fā)生變化，使副控制器的給定值變化，副控制器將根據(jù)偏差來(lái)改變調(diào)節(jié)閥的開度，以使?fàn)t溫盡快回到給定值上。這就是：“主調(diào)發(fā)命令，副調(diào)及時(shí)調(diào)，通道縮短了，過(guò)程品質(zhì)好”。
3、干擾同時(shí)作用于主、副回路時(shí)，就用：“主、副同變化，副調(diào)偏差大；主、副反變化，副調(diào)小偏差，根據(jù)偏差值，控制調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)速度快，過(guò)程品質(zhì)佳”。原因是：在干擾作用下，主、副參數(shù)同向變化時(shí)，副控制器所承受的偏差為主、副參數(shù)兩者之合，所以偏差值較大；當(dāng)主、副參數(shù)反向變化時(shí)，控制器所承受的偏差為主、副參數(shù)兩者作用之差，所以偏差值較小；但不管偏差是增大還是減小，其結(jié)果都是加快控制過(guò)程，而使主、副參數(shù)快速回復(fù)并穩(wěn)定在給定值上。
通過(guò)以上口訣可以看出，串級(jí)控制系統(tǒng)由于兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起工作，又引入了一個(gè)閉合的副回路，因此，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對(duì)作用于主回路的干擾也能加快控制的速度。由于副回路具有先調(diào)、快調(diào)、粗調(diào)的特點(diǎn)，而主回路則具有后調(diào)、慢調(diào)、細(xì)調(diào)的特點(diǎn)，對(duì)于副回路沒(méi)有克服掉的，但也大大削弱的干擾能徹底的克服掉。這就是口訣說(shuō)的：“副環(huán)粗調(diào)動(dòng)作快，主環(huán)細(xì)調(diào)嚴(yán)把關(guān)，主副調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)好，調(diào)節(jié)品質(zhì)超‘簡(jiǎn)單’”。
關(guān)于串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的選擇
串級(jí)控制系統(tǒng)要獲得良好的控制效果，調(diào)節(jié)器的選擇至關(guān)重要，昌暉儀表人工智能PID調(diào)節(jié)器系列有單回路PID調(diào)節(jié)器和外給定調(diào)節(jié)器之分，調(diào)節(jié)器控制輸出有電流、電壓和調(diào)節(jié)閥正反轉(zhuǎn)開關(guān)量輸出，可以輕松與各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，并且在串級(jí)調(diào)節(jié)參數(shù)整定中以快捷、簡(jiǎn)便方式迅速獲得最佳控制參數(shù)，高可靠性和長(zhǎng)壽命調(diào)節(jié)器可為您的持續(xù)生產(chǎn)保駕護(hù)航。
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