文档介绍：第4章复杂控制系统
第一页，共148页。
串级控制系统
当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上的要求，这时，可考虑采用串级控制系统.
x2(t)
θ2(t)
θ1(t)
－
－
＋
*
第十一页，共148页。
（2）主副回路的干扰影响方向相反。如：
燃料压力f3(t)↑→炉膛温度↑ →出口温度↑
→副控制器开始调节
原油流量f1(t) ↑→出口温度↓→主控制器反向调节，使副控制器调节量减小。
主控制器
调节阀
x1
炉膛
原料油
f3、f4
f1、f2
管壁
温度变送器1
温度变送器2
副控制器
＋
x2(t)
θ2(t)
θ1(t)
－
－
＋
*
第十二页，共148页。
将串级控制系统等效成单回路控制系统讨论。
Gc1(s)
Gv(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
Go2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
Gc2(s)
＋
X2(s)
Θ2(s)
F1(s)、F2(s)
Gm2(s)
Gm1(s)
－
－
F3(s)、F4(s)
G*o2(s)
G’o2(s)
X2(s)
Θ2(s)
将副环等效为：
*
第十三页，共148页。
改善被控过程的动态特性
控制通道等效副对象的传函：
设：
则：
T02′<< T02
K02 ′≈1/Km2
*
第十四页，共148页。
Gc1(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
G*o2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
G’o2(s)
Θ2(s)
F1(s)、F2(s)
Gm1(s)
－
G*c1(s)
Gv(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
Go2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
F1(s)、F2(s)
Gm1(s)
－
串级控制等效
真正的单回路控制
T02 ′<< T02 ，说明主环控制通道时间常数缩短，改善了系统的动态性能。
*
第十五页，共148页。
同理，通过对系统振荡频率的推导可知：
副回路的引入，提高了系统的工作频率，也改善了系统的动态性能。
从系统特征方程：1+Gc1(s)G’o2(s)Go1(s)Gm1(s)=0
可求出系统的工作频率ωc
Gc1(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
G*o2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
G’o2(s)
Θ2(s)
F1(s)、F2(s)
Gm1(s)
－
*
第十六页，共148页。
抗干扰能力增强
对于进入副回路的干扰，串级控制和单回路控制前向通道的区别：
真正的单回路控制
Gc1(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
G*o2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
G’o2(s)
Θ2(s)
F1(s)、F2(s)
Gm1(s)
－
G*c1(s)
Gv(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
Go2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
F1(s)、F2(s)
Gm1(s)
－
串级控制等效
*
第十七页，共148页。
干扰通道的传函：
设：
则：
T02*<< T02
K02 *<< K02
*
第十八页，共148页。
K02 *<< K02 说明干扰通道的影响力降低；
T02 *<< T02 说明干扰通道时间常数缩短，即副回路的控制速度快。
真正的单回路控制
Gc1(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
G*o2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
G’o2(s)
Θ2(s)
F1(s)、F2(s)
Gm1(s)
－
G*c1(s)
Gv(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
Go2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
F1(s)、F2(s)
Gm1(s)
－
串级控制等效
*
第十九页，共148页。
Gc1(s)
X1(s)
Θ1(s)
＋
G*o2(s)
F3(s)、F4(s)
Go1(s)
G’o2(s)
Θ2(s)
F1(s)、F2(