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（已结帖）-工控擂台-串级控制系统的适用范围
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加TA为好友 发表于： 21:54:44 楼主
1、请结合实际应用谈谈你对串级控制的理解？
2、串级控制系统的适用范围是什么？
能结合实际例子的回答、原创最多、阐述最全的将得大奖，纯复制、粘贴将不得mp！
下周初结贴，9个最优回帖分别获得20MP、10MP、10MP、10MP、20积分、20积分、20积分、20积分、20积分！
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加TA为好友 发表于： 11:23:04 1楼
&&& 浅显理解串级控制是由两个或两个以上的控制器串联连接，一个控制器的输出是另一个控制器的设定，一个控制器的输出是另一个的测量。主回路是定值控制系统。对主控制器的输出而言主，副回路是随动控制系统，对进入副回路的扰动而言主，副回路是定值控制系统，串级控制回路系统增加了副回路，使性能得到改善。操作中，水量，产汽量，液位一般都有串级控制调节。
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加TA为好友 发表于： 16:46:44 2楼
串级控制系统简单的说是有两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。以加热炉温度控制为例，该系统由两套检测变送器、两个控制器、两个被控对象、和一个控制阀组成，利用主、副两个控制器串联在一起，来稳定一个主变量的系统。主控制器的输出作为副控制器的给定，副控制器的输出去操纵控制阀。
应用场合：对象的滞后和时间常数较大（过渡时间长）；干扰作用强而频繁；负荷变化大；给定值经常变化。
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加TA为好友 发表于： 13:55:45 3楼
1、请结合实际应用谈谈你对串级控制的理解？-------我理解的串级控制是在过程控制领域的一种较为常见的控制方法，它是在定值控制中，由主、副两个控制对象，主、副两个控制器，主、副两个反馈控制环路，主、副两个控制变量，分别按照内环从控制环路、外环主控制环路的形式构建的控制系统，主、副两个控制器是串接工作的，所以叫串级控制系统。其系统框图如下图所示。
串级控制系统的给定值与主变量反馈信号比较后输入到主控制器。主副控制器在串级控制系统中一般也还是常见的PID型控制器，经过主控制器的PID控制输出给副回路，作为内控制环（副回路）的给定，副回路同样有副控制变量反馈，与主控制器输出比较求和后输入给副控制器，经过副控制器的PID运算控制后给出控制信号到执行器，执行器的执行控制作用于副对象，副控制变量发生变化产生相应的对主控制对象的控制作用，使得主控制变量（即整个定值系统的被控变量）保持恒定。串级控制的副回路作用通道短、时间常数小，可以获得比单回路控制系统超前的控制作用，所以副回路响应较快，能够针对进入副回路的干扰较为迅速的形成抑制作用，改变副控制的输出，进而作用到主控制对象，使得被控变量保持恒定。基于同样原因，但干扰进入主回路或同时进入主副回路时，都可以较好的保持被控变量的稳定。副回路的控制器一般是PI控制器，有时为了充分体现副回路控制快速响应性，也可以整定成P控制器；主回路可以按照常规的方法整定为PI、PID型控制器（当一般不能让主副控制器都是纯比例控制器）。主副回路变量要求有一定的内在关联，或者有关联的中间变量做副变量，或者是直接就选定为主回路操作变量，这都是为了使得副变量在较大程度上能够影响主变量的变化；同时，系统的主要干扰要包括在副回路中，并使次要干扰也尽可能包含在内而纯滞后环节尽量不包含于其内，这样对主要干扰能够迅速抑制。从某种意义上看，引入了副回路后整个控制系统具有了自适应性，这种主副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，提高了控制品质的鲁棒性，控制器参数的整定也降低了难度。
2、串级控制系统的适用范围是什么？---------串级控制系统是在简单控制系统基础上发展起来的，它适用于控制对象滞后特性和时间常数较大，干扰作用强而频繁，负荷波动大，采用简单控制系统控制质量较差，难以满足工艺要求的场合。
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加TA为好友 发表于： 15:36:59 4楼
我们用在玻璃液熔化通路温度控制中，温度和流量两个对象。效果还不错。
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加TA为好友 发表于： 20:23:18 5楼
这个是控制模型
由两套检测变送器、两个控制器、两个被控对象、和一个控制阀组成，利用主、副两个控制器串联在一起，来稳定一个主变量的系统。主控制器的输出作为副控制器的给定，副控制器的输出去操纵控制阀。
（1）干扰进入副回路; 干扰小：由副回路迅速克服，主回路不动;干扰大：副回路随动，主回路定值，且同向调节.
（2）干扰进入主回路; 副回路随动，可即时改变副参数以达到稳定主参数的目的。
（3）干扰同时进入主、副回路;干扰同向：调节方向相同，调节作用强，偏差小&; 干扰反向：调节作用相反，互相抵消，偏差小
可见，副回路不仅能迅速克服作用于副回路的干扰； 也能迅速克服作用于主回路的干扰。
串级控制系统的特点是:具有两个回路，两个变量。 设置副回路来提高对主变量的控制质量；副回路的作用是把一些主要干扰在没有进入主对象以前，立即加以克服。具有超前、克服滞后的作用。 对负荷改变时有一定的自适应能力。
适用范围:（1）对象的滞后和时间常数较大（过渡时间长）
（2）干扰作用强而频繁；
（3）负荷变化大；
（4）给定值经常变化。
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加TA为好友 发表于： 21:36:46 6楼
1、串级控制基本概念
&&&&&& 串级控制系统是采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
2、串级控制特点&
&&&&&&&&a.&改善对象特性:由于等效副回路的时间常数和放大系数都比原副对象的小，使系统的响应速度加快，控制及时，提高了控制质量。&
&&&&&&&b. 提高系统频率:由于等效副回路的时间常数比原副对象的小，使系统的工作频率比采用单回路控制时高，能及时克服干扰、消除偏差。&
&&&&&& c.提高干扰能力:控制器的总放大系数增大，克服干扰能力就增强；特别是当干扰落在副回路内时，由于响应快、控制及时，就大大提高抗干扰能力。&
&&&&&& d.有自适应能力:主回路是定值系统，副回路是随动系统。主控制器可据操作条件等变化，不断调整副控制器给定值，使控制系统具有较好的负荷变化适应能力
3、串级控制的应用场合
&&&&& a.用于具有较大纯滞后的过程
&&&&& b.用于具有较大容量滞后的过程。
&&&&& c.用于有较大扰动的过程。
&&&&& d.用于具有非线性特性的过程。
4、主、副变量的选择
&&&&& a.主变量选择同单回路的被控变量。
&&&&& b.副回路应包括系统的主要干扰。
&&&& c.主、副时间常数相匹配，10～3左右。
&&&& d.要满足工艺的合理性与可实现性
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加TA为好友 发表于： 00:12:32 7楼
1、请结合实际应用谈谈你对串级控制的理解？
串级控制，顾名思义就是由两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的控制系统。
其主要特点有：
a)、在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统（见3、5楼串级控制系统框图）；
b)、系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量；
c)、由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；
d)、系统对负荷改变时有一定的自适应能力。&
2、串级控制系统的适用范围是什么？
a）、对象的滞后和时间常数很大的场合；
b）、干扰作用强而频繁的场合；
c）、负荷变化大的场合；
d）、对控制质量要求较高的场合。
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加TA为好友 发表于： 15:34:10 8楼
串级控制在设计原则上是为了防止主要干扰的频繁波动，导致控制回路无法实现稳定，这个干扰由于进入系统的位置与检测变量之间有一个较大的滞后，因此其通过检测变量很难进行调节，于是需要另一个检测来显示干扰的大小。
这样的系统其控制精度较高，也是其可以控制的余地很小，其大部分是温度控制，由于温度的滞后性，很难及时的消除干扰的影响。最常见的就是温度&&流量构成的串级调节。
这个温度&&流量的串级控制，其温度是一个要求被控的量，这个量受到的干扰很多，另一个流量就是检测这个热源的参数，因为这个热源的波动是这个温度控制的最不稳定因素，即是最主要的干扰。
串级控制的特点就是限制这个副回路的干扰幅度，以此来达到控制被控参数的稳定性，这个从设计原理上是没问题的。
在实际应用中，怎样准确的检测这个副回路的被控参数就是个最主要的工作，因为只有这个干扰被及时的趋势正确的检测出来，才能发挥串级回路的特点，以此来抵消副回路的影响。
怎样准确的检测出这个副回路的被控参数呢，这个就那温度&&流量的串级控制来说，这个流量的检测，其大部分是孔板流量计，这样的流量计在实际使用中其只能保证趋势正确很难达到精度要求，因此这样的控制也是可以实现的，但是若是流量计本身检测的趋势是错误的，甚至失真，那么其串级回路不但不能抵消副回路的干扰，反而会加大干扰的力度，不能消除副回路的影响，因此其很难达到控制要求，其控制质量还不如普通的简单控制。
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加TA为好友 发表于： 21:30:07 9楼
一个控制回路最薄弱的环节是什么，是调节机构，这个控制回路就如同一个人，通过眼睛检测到的物体，经过大脑处理后，最后作用到手脚上，可是若手脚不灵活，在聪明的大脑也是白搭。
同样对于一个控制系统，其这个系统的精度控制质量就是由这个执行调节机构决定的，而现今的调节系统的精度比检测仪表要低很多，其绝大多数都是5%，同时受到现场安装使用环境的影响，其动作是否良好有时都很难达到更不用提精度了。
因此不论是串级调节还是简单调节，其调节阀的性能最终影响了整个系统的性能，既是串级控制能够消除最大干扰但是由于调节阀的性能不理想，根本无法达到使用效果，那么这个串级控制也不会稳定。
偶厂先前一套设备气分装置，其是一个液化气分离装置，要求的温度控制严格，工艺温度控制参数范围狭窄，基本上上下不超过2度，其热源是蒸汽。在建造时设计的都是温度&&流量（蒸汽）串级控制系统，但是由于检测蒸汽的流量计是一个国产的涡街，其质量不可靠，加上蒸汽带水影响，在开车调试时没有一个串级控制能够稳定运行，最后只好全部改成温度的简单控制系统。
因此在设计串级控制回路时，不但要考虑现场工艺参数的滞后性和控制难度还要充分分析各个仪表的性能和实际情况，只有充分的考虑才会使系统稳定。同是偶的感觉就是并不是越复杂的系统控制精度越高，但是越简单的系统出现问题的几率越小。
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加TA为好友 发表于： 23:15:46 10楼
串级控制系统－－－－-两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。 　　
&&& 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
　　前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
　　整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
串级控制系统应用场合 　
&&& 　 应用于容量滞后较大的过程
　　 应用于纯时延较大的过程
　　 &应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程
　　 &应用于参数互相关联的过程
　&&&& 应用于非线性过程
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加TA为好友 发表于： 10:45:06 11楼
以前工厂中用的工业管道加热中用的板式换热器，液体流量作为内环，板换出口温度做外外环，用横河的DCS控制还算可以&&
流量作为变化比较快的对象，放在内环可以迅速响应，从而减少扰动。 而温度变化有一点的滞后性，放在外环。这个问题过程控制的书上讲的很详细&&
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加TA为好友 发表于： 15:00:12 12楼
我结合我得研究生毕业论文来写一下吧，我的论文题目是喷雾干燥过程复合模糊控制方法研究，因为1. 喷雾干燥过程属于大时滞容积延迟过程。控制作用产生后，在滞后时间内，被控参数没有响应，这样的系统易产生明显超调和扰动。（难控制、解决方案：补偿）
2. 喷雾干燥过程是一个多参数温度控制的过程。对自动控制系统来讲，单回路控制方法只是通过控制一个参数来调节整个控制系统，很明显不能准确地满足控制要求。
3. 喷雾干燥过程又是一个存在干扰的非线性控制过程。系统难以准确建模，要求控制方法能够适应非线性特点，同时又具有很强的抗干扰能力 。
4. 喷雾干燥过程是一个多物料、能耗系统。根据生产要求，进行喷雾干燥的产品种类会发生改变。要求控制系统能应对不同物料做出相应改变。能耗要求系统能够选用优良控制方法，提高能源利用率。
而串级控制刚好能够解决以上此问题，我通过进风温度、排风温度共同控制蒸汽调节阀，必单纯用排风温度单回路控制灵敏多了，采用PID1和PID2两个控制器串级实现对整个系统的控制，其中PID1控制器的反馈信号是排风温度T1，是主调节器；PID2控制器的反馈信号是进风温度T2，是副调节器；两个控制器的执行机构都是蒸汽阀，系统通过控制蒸汽阀的开度来不断调节整个干燥系统的温度。
应用场合：
1.大时滞、容积延迟过程。增加灵敏性。2,多参数相关联过程，属于多反馈多闭环。3、非线性过程，多回路共同调节。
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加TA为好友 发表于： 16:11:36 13楼
今天刚书本上学习了这玩意。就出考题了。。神哉！
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加TA为好友 发表于： 11:51:15 14楼
回复内容：
对：小七 ** 关于今天刚书本上学习了这玩意。就出考题了。。神哉！ 内容的回复：
学了就要用啊，来试试撒。
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加TA为好友 发表于： 21:46:49 15楼
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> 串级PID控制原理及有点分析
串级PID控制原理及有点分析
计算机系统的典型结构如下图所示，系统中有两个器，Gc2(s)称为副调节器传递函数，包围Gc2(s)的内环称为副回路。Gc1(s)称为主调节器传递函数，包围Gc1(s)的外环称为主回咱。主调节器的输出量u1作为副回路的给定量R2(s).本文引用地址：控制系统的计算机顺序是先主回路(1),后副回路(2)。控制方式有两种：一种是异步采样控制，即主回路的采样控制周期T1是副回路采样控制周期T2的整数倍。这是因为一般控制系统中主控对象的响应速度慢、副控对象的响应速度快的缘故。另一种是同频采样控制，即主、副回路的采样控制周期相同。这时，应根据副回路选择采样周期，因为副回路的受控对象的响应速度较快。串级控制的主要优点：1、将干扰加到副回路中，由副回路控制对其进行抑制；2、副回路中参数的变化，由副回路给予控制，对被控制量Gc1的影响大为减弱；3、副回路的惯性由副回路给予调节，因而提高了整个系统的响应速度。副回路是串级系统设计的关健。副回路设计的方式有很多种，下面介绍按预期闭环特性设计副调节器的设计方法。由副回路框图可得副回路闭环系统的传递函数为：
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微信公众号一6-13在如图6-29所示的化工过程中，化学反应；解答：；1）调节阀：气开式；2）调节器：反作用；3）框图：；6-14简述比例、积分、微分控制规律各自的特点；解答：P193；1）比例控制：是最简单的调节规律，它对控制作用和；2）积分控制：积分调节的特点是没有静差；3）微分控制：超前调节；6-21试比较临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线；解答：P201；临界比
在如图6-29所示的化工过程中，化学反应为吸热反应。为使化学反应持续进行，必须用热水通过加热套加热反应物料，以保证化学反应在规定的温度下进行。如果温度太低，不但会导致反映停止，还会使物料产生聚合凝固导致设备堵塞，为生产过程再次运行造成麻烦甚至损坏设备。为此设计如图6-29所示的温度控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀的TC正、反作用；画出该控制系统的框图。
1）调节阀：气开式。
2）调节器：反作用。
简述比例、积分、微分控制规律各自的特点。
解答：P193
1）比例控制：是最简单的调节规律，它对控制作用和扰动作用的响应都很迅速。比例调节只有一个参数，整定简便。比例调节的主要缺点是系统存在静差。
2）积分控制：积分调节的特点是没有静差。但它的动态偏差最大、调节时间长，只能用于有自衡特性的简单对象、很少单独使用。
3）微分控制：超前调节。
6-21 试比较临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法及经验法的特点。
解答：P201
临界比例度法：
衰减曲线法：
响应曲线法：
如图6-30所示热交换器，将进入其中的冷却物料加热到设定温度。工艺要求热物料温度的?T??1?C，而且不能发生过热情况，以免造成生产事故。试设计一个简单控制系统，实现热物料的温度控制，并确定调节阀的气开、气关方式，调节器的正反作用方式，以及调节器的调节规律。
1）被控参数选择：
热交换器出口温度。
2）控制参数选择：
载热介质流量。
3）检测仪表选择：
温度传感器与温度变送器。
4）调节阀选择：
1 流量特性选择：对数流量特性。 ○
2 气开、气关方式选择：气开。 ○
5）调节器选择：
1 调节规律选择：PI或PID。
2 正反作用方式选择：反作用方式。
系统各环节正、负符号判别：被控过程：＋；变送器：＋；调节阀：＋； 根据系统构成负反馈条件：各环节符号之积必为“－”，则调节器为“－”。
6）画出控制系统流程图：如图所示。
7）画出控制系统方框图：如图所示。
8）简述控制系统工作原理：
思考题与习题
与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？
解答：P212―7.1.2
分析串级系统的工作原理，说明为什么副回路的存在会使系统抑制扰动的能力增强。
解答：P208―7.1.1
7-5 在串级控制系统中当主回路为定值（设定值）控制时，副回路也是定值控制吗？为什么？
解答：P212
不是，副回路是随动控制。
在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据工艺要求，需对热物料出口温度进行严格控制。对系统分析发现，主要扰动为燃料压力波动。故设计如图7-43所示的控制系统。要求：
（1）画出控制系统框图；
（2）为保证设备安全，炉温不能过高。确定调节阀的气开、气关形式。
（3）确定两个调节器的正反作用。
（1）控制系统框图如图所示。
（2）气开式。
（3）副调节器：反作用；
主调节器：反作用。
简述前馈控制的工作原理，与反馈控制相比，它有什么优点和局限？
1）当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量，以抵消扰动对被控参数的影响。P221
2）优点：前馈控制器在扰动出现时立即进行控制，控制及时，对特定扰动引起的动、静态偏差控制比较有效。
局限：P224―1）、2）
为什么一般不单独采用前馈控制方案？
由于前馈控制的局限性。
图7-44为一单回路水位控制系统。如果蒸气用量经常发生变化，为了改善控制质量，将单回路控制系统改为前馈-反馈复合控制系统，画出控制系统工艺流程图和框图，并对新增回路的功能进行简单说明。
1）控制系统工艺流程图如图所示。
控制系统框图如图所示。
2）新增回路功能说明：
物料比值K与控制系统比值系数K?有何不同？怎样将物料比值转换成控制系统比值系数K?？
1）K是工艺规定的流量比；K?是仪表信号之间的比例系数。
2）用P234式（7-37）和P235式（7-38）进行转换。
单闭环比值控制系统的主、副流量之比Q21是否恒定？总物料Q总=Q1?Q2是否恒定？双闭环比值系统中Q2Q1与Q总的情况怎样？
2）不能恒定。
3）都能恒定。
画出图7-45所示比值控制系统框图。该系统的总流量是否恒定？如果总流量不恒定，要作什么改动才能实现总流量恒定？
1）系统框图如图所示：图7-21a）。
2）是单闭环比值控制系统，总流量不能恒定。
3）采用双闭环比值控制系统，如图所示：图7-22。
在某化学反应器内进行气相反应，调节阀A、B分别用来控制进料流量和反应生成物的初料流量。为了控制反应器内压力，设计图7-46所示的分程控制系统。试画出其框图，并确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式。
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为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统？
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> &>&分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好？
分析为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好？
&& 18:43:44&&&
& 所属频道: & &
串级调节与单回路调节相比，多了一个副调节回路。调节系统的主要干扰都包括在副调节回路中，因此，副调节回路能及时发现并消除干扰对主调节参数的影响，提高调节品质。串级调节中，主、副调节器总的放大系数（主、副调节器放大系数的乘积）可整定得比单回路调节系统大，因此提高了系统的响应速度和抗干扰能力，也就有利于改善调节品质。串级调节系统中，副回路的调节对象特性变化对整个系统的影响不大，如许多系统利用流量（或差压）围绕调节阀门或挡板组成副回路，可以克服调节机构的滞后和非线性的影响。而当主调节器参数操作条件变化或负荷变化时，主调节器又能自动改变副调节器的给定值，提高了系统的适应能力。因此，串级调节的品质要比单回路调节好。
来源：中国电站集控运行技术网
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