PDF《关于串级控制》

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9799 关于串级控制 采用串级控制的目的是 改善外乱响应 和 限制负载的控制范围. 1.通过反馈控制改善外乱响应 采用温控器进行测量控制的目的是、希望使控制对象的状态(测量温度)快速收缩于目标值(温度 的设定等),对于任何外乱,经常使目标值与控制对象的状态的差为"0". 那么,反馈控制是怎样抑制由外乱引起的控制状态的混乱呢?如图1所示,以采用温控器进行药液 的温度控制为例说明如下. 图1:药液の温度控制 此控制系统统是用阀门的开度改变蒸汽的流量,从而控制药液的温度,作为外乱的主要原因有蒸汽的 温度变化,蒸汽的压力变化等. 如果在此控制系统产生这些外乱时,采用反馈控制的话,因为这些影响作为药液温度的变化表现出来 之前,是不能通过温控器进行修正动作的,因此很难迅速收缩由外乱引起的响应混乱. 图2是蒸汽温度下降时的响应例. 蒸汽 开度输出: MV 图2蒸汽温度下降时的响应例 蒸汽温度下降 时间 设定温度 阀门开度 测量温度 技术资料 Ver1

2 http://www.rkcinst.co.jp E-mail: [email protected] Tel: +81

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9799 2.通过与前馈控制并用改善外乱响应 在前图1的控制系统,如果可测量蒸汽温度的变化,且对于蒸汽温度的变化,能够明确知道需要的 适当修正量(开度输出:MV),那么与前馈控制并用的话,会比仅用反馈控制可以改善因蒸汽温度变 动引起的影响.(图3) 图3:蒸汽温度の前馈并用控制の例图3所示前馈控制系统,检测出蒸汽的温度,蒸汽温度产生变动时,因为可尽快修正此变动,对于 蒸汽温度变化这种外乱,可以把药液温度的变动限制在最小限范围. 但是、 因为药液温度不受蒸汽流量的影响, 一般正确把握蒸汽流量 (外乱和プ过程的状态变化的关系) 比较困难,通过并用前馈控制改善控制结果受到限制. (参考:反馈控制和前馈控制) 另、因为图

3 的前馈控制系统仅对蒸汽温度进行补偿,所以对于蒸汽的压力变动没有作用. 3.通过串级控制改善外乱的响应 在图1所示的控制系统假设的外乱是、 「蒸汽温度的变化」和「蒸汽压力的变化」,无论哪种场合, 其变化都会反映为供给药液能量的变化,作为其结果是药液温度产生变化. 因此,假设即使蒸汽的温度或压力变动了,由蒸汽供给药液的能量也能保持一定的话,药液温度应 该能保持在一定值. 从此观点,把供给药液的能量作为药液槽下部的温度检测出来,加在控制回路进行控制的系统. 如图

4 由多重回路构成的控制方式叫「串级控制」,其动作如下. 温控器 MASTER(主)是为了使"药液温度"成为目标温度,决定"药液槽下部的温度",输出温控 器SLAVE(从属)的目标温度. 温控器 SLAVE(从属)是为了使"药液槽下部的温度"成为由温控器 MASTER (主)决定的目标 图3并用蒸汽温度的前馈控制例 计算修正量 开度输出:MV 蒸汽 蒸汽温度 技术资料 Ver1

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9799 温度,而决定"开度输出". 图4:串级控制回路 另、方块图如图

5 所示. SV :药液目标设定温度 FL :蒸汽的流量 SVS :药液槽下部的目标设定温度 PVS :药液槽下部的测量温度 MV :流量控制阀门的开度输出 PV :药液的测量温度 G1 :对于蒸汽流量的药液槽下部温度的响应特性 G2 :从药液槽下部的温度到药液温度测量点的响应特性 图5:串级控制回路的方块图 在串级控制系统中,蒸汽的温度或压力一旦发生变化,温控器把此变化作为药 液槽下部的温度变化检测出来,为了使与来自温控器输出的药液槽设定温度值的 温度差为"0",调节阀门的开度,由此可知比图1单纯的反馈控制系统可以快速抑制由外乱引起的温 度混乱.(图6) 药液槽设定:SVs 远程 SV 开度输出:MV 蒸汽 温控器 温控器 控制阀 技术资料 Ver1

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9799 图6:串级控制的响应(与反馈控制的比较) 4.通过串级控制限制负载的控制范围 单回路控制时如下图

7 如果是控制输出值 MV 为100%的话,加热器有可能烧断. 想把加热器的温度控制在

600 度以下使用,需要如下图

8 图的串级控制. . 区2从属 区3从属 从属温度 控制器 目标值 SV 测量值 从属 PV 加热器 测量值 主PV 主温度 控制器 目标值 SV 控制输出值 主MV 区1主区2主区3主加热器 控制输出值 从属 MV 图8实线:串级控制 虚线:单纯的反馈控制 药液槽下部的温度 药液温度 蒸汽温度的降低 阀开度 时间 时间 时间 图7加热器 测量值 PV 温度 控制器 目标值 SV 控制输出值 MV 区1区2区3加热器 技术资料 Ver1

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9799 如想把从属温度控制器的输入范围设定为 0―600 度, 这样主温度控制器输出的 MV 0%--100%, 即相 当于从属温度控制器的目标值 SV 为0―600 度.即可以使加热器的温度工作在

600 度以下. 5.串级控制的小结 不知是否理解了由串级控制改善外乱响应特性的构成? 图9所示, 在串级控制的控制回路为

2 个, 把反馈本来目的的控制量 (药液温度) 的回路叫,把在内侧的回路叫.(图9) SV :药液目标设定温度 FL :蒸汽的流量 SVS :药液槽下部的目标设定温度 PVS :药液槽下部的测量温度 MV :流量控制阀门的开度输出 PV :药液的测量温度 G1 :对于蒸汽流量的药液槽下部温度的响应特性 G2 :从药液槽下部的温度到药液温度测量点的响应特性 图9:串级控制回路的方块图 如本次介绍的例子,为了通过串级控制有效地改善外乱的响应,需要满足以下条件. ・可构成从属回路 ・外乱发生在从属回路内 ・对于主侧控制对象的响应速度或延迟,从属侧控制对象的响应速度或延迟小 请注意,如果不是如上条件时,则对于发生在主回路内的外乱等不能很好地改善外乱响应. 温控器 温控器 从属回路 控制阀 主回路 技术资料 Ver1

6 http://www.rkcinst.co.jp E-mail: [email protected] Tel: +81

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9799 对应串级控制的 RKC 产品 对应串级控制的产品,有温度温控器 FB 系列 和HA 系列, Z-TIO 系列等. 主与从属为1:1时, 推荐 HA 系列. 用HA 系列进行串级控制,1 台HA 就可实现主,从属的串级控制. HA900 以及 HA400 All Rights Reserved, Copyright ? 2015, RKC INSTRUMENT INC. 输出值 FB900 以及 FB400 过去把主温控器的模拟(传输)信号作为从属温 控器的远程输入信号, FB 系列实现了用通信连接 主与从属的信号传输. 需要多台从属控制器时,推荐 FB 系列. 主 从属 控制输出 主 温度输入 从属 温度输入 加热器 THV 可控硅 调功器 采用 HA900 的串级控制例