主、副控制鈴控制規(guī)律及正、反作用的選擇

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1.控制規(guī)律的選擇

串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制規(guī)律的選擇原則是不同的。

(1)主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律串級控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量。主變量是生產(chǎn)工藝的主要控制指標，它直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的正常進行，工藝上對它的要求比較嚴格。一般來說注變量不允許余差。所以，主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，以實現(xiàn)主變量的無差控制。有時，對象控制通道容量滯后比較大，例如溫度對象或成分對象等，為了克服容量滯后，可以選擇比例積分微分控制規(guī)律。

(2)副控制器一般采用比例控制規(guī)律在串級控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定副變量并不是目的，設置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量。在干擾作用下，為了維持主變量的不變，副變量就要變。副變量的給定值是隨主控制器的輸出變化而變化的。所以，在控制過程中，對副變量的要求一般都不很嚴格，允許它有波動。因此，副控制器一般采用比例控制規(guī)律。為了能夠快速跟蹤，zui好不帶積分作用，因為積分作用會使跟蹤變得緩慢。副控制器的微分作用也是不需要的，因為當副控制器有微分作用時，一旦主控制器輸出稍有變化，就容易引起控制閥大幅度地變化，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定是不利的。

2.控制器正、反作用的選擇

根據(jù)各種不同情況，主、副控制器的作用方向選擇方法如下:

(1)串級控制系統(tǒng)中的副控制器作用方向的選擇，是根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的氣開、氣關型式后，按照使副控制回路成為一個負反饋系統(tǒng)的原則來確定的。因此，副控制器的作用方向與副對象特性、執(zhí)行器的氣開、氣關型式有關，其選擇方法與簡單控制系統(tǒng)中控制器正、反作用的選擇方法相同，這時可不考慮主控制器的作用方向，只是將主控制器的輸出作為副控制器的給定就行了。

例如圖8-1-2所示的管式加熱爐溫度一溫度串級控制系統(tǒng)中的副回路，如果為了在氣源中斷時，停止供給燃料油，以防燒壞爐子，那么執(zhí)行器應該選氣開閥，是“正”方向。當燃料量加大時，爐膛溫度θ2(副變量)是增加的，因此副對象是“正”方向。為了使副回路構(gòu)成一個負反饋系統(tǒng)，副控制器T2C應選擇“反”作用方向。只有這樣，才能當爐膛溫度受到干擾作用上升時，T2C的輸出降低，從而使氣開閥關小，減少燃料量，促使爐膛溫度下降。

又如圖8-1-5所示的精餾塔塔釜溫度與蒸汽流量的串級控制系統(tǒng)中，如果基于工藝上的考慮，選擇執(zhí)行器為氣關閥。那么，為了使副回路是一個負反饋控制系統(tǒng)，副控制器FC的作用方向應選擇為“正”作用。這時，當由于蒸汽壓力波動而使蒸汽流量增加時，副控制器的輸出就將增加，以使控制閥關小(因是氣關閥)，保證進人再沸器的加熱蒸汽量不受或少受蒸汽壓力波動的影響。這樣，就充分發(fā)揮了副回路克服蒸汽壓力波動這一干擾的快速作用，提高了主變量的控制質(zhì)量。

(2)串級控制系統(tǒng)中主控制器作用方向的選擇可按下述方法進行:當主、副變量在增加(或減小)時，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減小(或增加)，要求控制閥的動作方向是一致的時候，主控制器應選“反”作用;反之，則應選“正”作用。

從上述方法可以看出，串級控制系統(tǒng)中主控制器作用方向的選擇完全由工藝情況確定，與執(zhí)行器的氣開、氣關型式及副控制器的作用方向完全無關。因此，串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的選擇可以按先副后主的順序，即先確定執(zhí)行器的開、關型式及副控制器的正、反作用，然后確定主控制器的作用方向;也可以按先主后副的順序，即先按工藝過程特性的要求確定主控制器的作用方向，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的方法再選定執(zhí)行器的開、關型式及副控制器的作用方向。

例如圖8-1-2所示的管式加熱爐串級控制系統(tǒng)，不論是主變量θ1或副變量θ2增加時，對控制閥動作方向的要求是一致的，都要求關小控制閥，減少供給的燃料量，才能使θ1或θ2降下來，所以此時主控制器T2C應確定為反作用方向。圖8-1-5所示的精餾塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)，由于蒸汽流量(副變量)增加時，需要關小控制閥，培釜溫度(主變量)增加時，也需要關小控制閥，因此它們對控制閥的動作方向要求是一致的，所以主控制器TC也應為反作用方向。

圖8-1-8是冷卻器溫度串級控制系統(tǒng)的示意圖。為了保證被冷卻物料出口溫度的恒定，并及時克服冷劑壓力波動對控制質(zhì)量的影響，設計了以被冷卻物料出口溫度為主變量，冷劑流量為副變量的串級控制系統(tǒng)。分析冷卻部的特性可以知道，當主變量即被冷卻物料出口溫度增加時，需要開大控制閥，而當副變量即冷劑流量增加時，需要關小控制閥，它們對控制閥動作方向的要求是不一致的，因此主控制器TC的作用方向應選用正作用。

(3)當由于工藝過程的需要，控制閥由氣開改為氣關;或由氣關改為氣開時，只要改變副控制器的正反作用而不需改變主控制器的正反作用。

但是必須指出，在有些生產(chǎn)過程中，要求控制系統(tǒng)既可以進行串級控制.又可以實現(xiàn)主控制器單獨工作，即切除副控制器，由主控制器的輸出直接控制執(zhí)行器(稱為主控).這就是說，若系統(tǒng)由串級切換為主控時，是用主控制器的輸出代替原先副控制器的輸出去控制執(zhí)行器，而若系統(tǒng)由主控切換為串級時，是用副控制器的愉出代替主控制器的輸出去控制執(zhí)行器。無論哪一種切換，都必需保證當主變量變化時，去控制閥的信號完全一致。以圖8-1-2所示的管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)為例，當執(zhí)行器為氣開閥時，T1C和T2C均為反作用。主變量θ1增加時，去執(zhí)行器的氣壓信號是要求減小的。這樣才能關小閥門，減少燃料供給量，以使溫度θ1。下降，當系統(tǒng)由串級切換為主控時，若θ1增加，要求主控制器的輸出也減小，因此這時主控制器仍為反作用的，不需改變方向。相反。如果工藝要求執(zhí)行器改為氣關閥.那么T1C為反作用，T2C為正作用。這時若系統(tǒng)為串級控制時，θ1增加，T2C的輸出即去執(zhí)行器的信號是增加的，這樣才能關小閥門，減少燃料供給量。若這時系統(tǒng)由串級切換為主控，為了保證在θ1增加時，控制器的輸出，即去執(zhí)行器的信號仍是增加的，正控制器就必須是正作用，這樣才能保證由串級改為主控后，控制系統(tǒng)(這是實際上是單回路的)是具有負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。

宗旨，系統(tǒng)串級與主控切換的條件是：當主變量變化時，串級時副控制器的輸出與主控時主控制器的輸出信號方向完全一致。根據(jù)這一條件可以判定：只有當副控制器為“反”作用時，才能在串級與主控之間直接進行切換，如果副控制器為“正”作用，則在串級與主控之間進行切換的同時，要改變主控制器的正反作用。為了能使串級系統(tǒng)在串級與主控之間方便地切換，在執(zhí)行器氣開、氣關型式的選擇不受工藝條件限制，可以任選的情況下.應選擇能使副控制器為反作用的那種執(zhí)行器類型，這樣就可免除在串級與主控切換時來回改變主控制器的正、反作用。

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