第八章 复合控制系统
复合控制系统是由两个及两个以上简单控制系统组合起来的控制一个或同时控制多个参数的控制系统。
常见复合控制系统主要有以下几种：
1,串级控制系统
2,均匀控制系统
3,比值控制系统
4,选择性控制系统
5,分程控制系统
6,多冲量控制系统
§ 8.1串级控制系统
串级控制系统是指：在对象滞后较大、
干扰作用强烈而且频繁的主控制系统中，
对局部参数（副参数）进行预先控制以提高系统总体控制水平的复合控制系统。
串级控制系统通常包括：
– 主控制系统：系统目标参数控制系统；
– 副控制系统：为实现目标参数控制而设置的辅助参数控制系统。
例,管式加热炉的控制
主参数（目标参数）：
出口温度
操纵变量：燃料量
副变量：炉温出口温度炉温燃料量原料原料量变化 炉温变化 出口温度变化通过燃料量调节炉温通过出口温度调节炉温设定值串级控制的特点
两个回路：主回路、副回路
两个变量：主变量、副变量
改善了对象的特性，有效地克服了滞后
具有一定的自适应能力。可应用于负荷和操作条件变化较大的场合。
自适应,自动调整设定值，以保证系统整体具有较好的控制质量。
串级控制系统中副回路的确定
1,主、副回路应有一定的 内在联系
2,副回路应 尽可能多地包含干扰因素
– 主要干扰应包含在副回路中；
– 在可能条件下，使副回路包含较多的次要干扰。
3,注意主、副回路的 时间匹配,防止“共振”
4,尽量使 副回路包含较少的滞后时间 。
控制规律与正反作用
控制规律
– 主回路,无余差 ——PI,PID控制
– 副回路,快速反应 ——纯 P控制。
正反作用
– 主回路,根据主、副变量的关系确定正反作用；
– 副回路,根据系统安全性确定正反作用。
– 如考虑运行中切除副回路,则副控制器应选用反作用。
设定值加大相当于输入信号减小 。
§ 8.2 均匀控制系统
当系统中具有两个相互关联的参数，其中任意一个参数的稳定必然导致另一个参数的大幅度变化，而工艺上需要两者兼顾时，可采用均匀控制。
均匀控制的目标：
– 两个参数都是变化的，且变化缓慢；
– 两个参数的变化范围都要尽可能小。
均匀控制方案
简单均匀控制
– 采用简单控制系统,选择适宜的控制参数，
降低单个参数的控制精度 。
减小放大倍数，延长积分时间，不用微分控制。
串级均匀控制
– 通过两个参数的控制制约调和两个参数的矛盾 。
– 串级均匀控制的主、副回路一般都采用低精度快反应的纯比例控制。 要求高精度时可适当加入积分作用 。
§ 8.3 比值控制系统
比值控制系统,实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统 。
比值控制方案
– 开环比值控制系统,以一个参数的测定值控制另一个参数；
– 单闭环比值控制系统,以一个参数的测定值计算出另一个参数闭环控制的设定值；
– 双闭环比值控制系统,以一个单闭环参数的测定值计算另一个参数闭环控制的设定值；
– 变比值控制系统,以第三个参数的大小决定上述控制系统的比值。
§ 8.4 选择性控制系统
两种系统保护措施
– 硬保护,极限情况下，声光报警，转入人工控制或停车；
– 软保护,极限情况下，转入另一种控制模式，进行自动处理 ——选择性控制系统 。
根据处理方法不同，选择性控制系统可以分为三类；
– 开关型选择性控制系统,由限位信号切断控制器输出；
– 连续型选择性控制系统,由限位信号切换为另一个控制器输出给执行器；
– 混合型选择性控制系统,采用两个限制信号，同时进行上述两种控制。
§ 8.5 分程控制系统
分程控制系统：由一个控制器同时控制两个执行机构并使之次第执行的控制系统。
使用范围：
– 扩大调节范围，提高调节精度；
– 可用于两种不同的介质，以满足工艺要求；
– 用作生产安全的防护措施。
分程控制系统示例
LT
LC
§ 8.6 多冲量控制系统
多冲量控制系统：
——以多个变量经过一定的运算后，共同控制同一个执行器，以实现较高质量的控制系统。
多冲量控制系统示例
——锅炉液位控制系统
LA
LC
LT
LA
LC
LT
FT
LA
LC
LT
FT
FT
单冲量 双冲量 三冲量
e=a-s e=(a-b)-s e=(a-b+c)-s
P215
– 2,4,9,14,18,23,26
本章作业
复合控制系统是由两个及两个以上简单控制系统组合起来的控制一个或同时控制多个参数的控制系统。
常见复合控制系统主要有以下几种：
1,串级控制系统
2,均匀控制系统
3,比值控制系统
4,选择性控制系统
5,分程控制系统
6,多冲量控制系统
§ 8.1串级控制系统
串级控制系统是指：在对象滞后较大、
干扰作用强烈而且频繁的主控制系统中，
对局部参数（副参数）进行预先控制以提高系统总体控制水平的复合控制系统。
串级控制系统通常包括：
– 主控制系统：系统目标参数控制系统；
– 副控制系统：为实现目标参数控制而设置的辅助参数控制系统。
例,管式加热炉的控制
主参数（目标参数）：
出口温度
操纵变量：燃料量
副变量：炉温出口温度炉温燃料量原料原料量变化 炉温变化 出口温度变化通过燃料量调节炉温通过出口温度调节炉温设定值串级控制的特点
两个回路：主回路、副回路
两个变量：主变量、副变量
改善了对象的特性，有效地克服了滞后
具有一定的自适应能力。可应用于负荷和操作条件变化较大的场合。
自适应,自动调整设定值，以保证系统整体具有较好的控制质量。
串级控制系统中副回路的确定
1,主、副回路应有一定的 内在联系
2,副回路应 尽可能多地包含干扰因素
– 主要干扰应包含在副回路中；
– 在可能条件下，使副回路包含较多的次要干扰。
3,注意主、副回路的 时间匹配,防止“共振”
4,尽量使 副回路包含较少的滞后时间 。
控制规律与正反作用
控制规律
– 主回路,无余差 ——PI,PID控制
– 副回路,快速反应 ——纯 P控制。
正反作用
– 主回路,根据主、副变量的关系确定正反作用；
– 副回路,根据系统安全性确定正反作用。
– 如考虑运行中切除副回路,则副控制器应选用反作用。
设定值加大相当于输入信号减小 。
§ 8.2 均匀控制系统
当系统中具有两个相互关联的参数，其中任意一个参数的稳定必然导致另一个参数的大幅度变化，而工艺上需要两者兼顾时，可采用均匀控制。
均匀控制的目标：
– 两个参数都是变化的，且变化缓慢；
– 两个参数的变化范围都要尽可能小。
均匀控制方案
简单均匀控制
– 采用简单控制系统,选择适宜的控制参数，
降低单个参数的控制精度 。
减小放大倍数，延长积分时间，不用微分控制。
串级均匀控制
– 通过两个参数的控制制约调和两个参数的矛盾 。
– 串级均匀控制的主、副回路一般都采用低精度快反应的纯比例控制。 要求高精度时可适当加入积分作用 。
§ 8.3 比值控制系统
比值控制系统,实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统 。
比值控制方案
– 开环比值控制系统,以一个参数的测定值控制另一个参数；
– 单闭环比值控制系统,以一个参数的测定值计算出另一个参数闭环控制的设定值；
– 双闭环比值控制系统,以一个单闭环参数的测定值计算另一个参数闭环控制的设定值；
– 变比值控制系统,以第三个参数的大小决定上述控制系统的比值。
§ 8.4 选择性控制系统
两种系统保护措施
– 硬保护,极限情况下，声光报警，转入人工控制或停车；
– 软保护,极限情况下，转入另一种控制模式，进行自动处理 ——选择性控制系统 。
根据处理方法不同，选择性控制系统可以分为三类；
– 开关型选择性控制系统,由限位信号切断控制器输出；
– 连续型选择性控制系统,由限位信号切换为另一个控制器输出给执行器；
– 混合型选择性控制系统,采用两个限制信号，同时进行上述两种控制。
§ 8.5 分程控制系统
分程控制系统：由一个控制器同时控制两个执行机构并使之次第执行的控制系统。
使用范围：
– 扩大调节范围，提高调节精度；
– 可用于两种不同的介质，以满足工艺要求；
– 用作生产安全的防护措施。
分程控制系统示例
LT
LC
§ 8.6 多冲量控制系统
多冲量控制系统：
——以多个变量经过一定的运算后，共同控制同一个执行器，以实现较高质量的控制系统。
多冲量控制系统示例
——锅炉液位控制系统
LA
LC
LT
LA
LC
LT
FT
LA
LC
LT
FT
FT
单冲量 双冲量 三冲量
e=a-s e=(a-b)-s e=(a-b+c)-s
P215
– 2,4,9,14,18,23,26
本章作业
