串级控制系统的基本属性组成结构及在工业中的应用锚固钻机
文章来源：中天机械网 | 2023-09-12
2017-11-20 10:25:07来源：贤集网原创
串级控制系统是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。串级控制系统有两个回路，主、副调节器作用方式的确定原则是要保证两个回路均为负反馈，确定过程是首先判定为保证内环是负反馈副调节器应选用那种作用方式，然后再确定主调节器的作用方式。下面贤集网小编就深一步的为您介绍一下串级控制系统的基本属性、组成结构及在工业中的应用。
串级控制系统的基本属性
一、串级控制系统的定义：
串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。它是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。
二、串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?
串级控制系统的主要特点为：
(1)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；
(2)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；
(3)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；
(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。
三、串级控制系统中主、剧变量应如何选择?
主变量的选择原则与简单控制系统中被控变量的选择原则是一样的，副变量的选择原则是：
(1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的变化；
(2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰；
(3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近；
(4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生。
四、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?
串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量，使之等于给定值，而主变量就是主回路的输出，所以说主回路是定值控制系统。副回路的输出是副变量，副回路的给定值是主控制器的输出，所以在串级控制系统中，副变量不是要求不变的，而是要求随主控制器的输出变化而变化，因此是一个随动控制系统。
五、怎样选择串级控？
串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不断跟随主控制器的输出变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要的。
六、如何选择串级控制系统中主、副控制器的正、反作用?
副控制器的作用方向与副对象特性、控制阀的气开、气关型式有关，其选择方法与简单控制系统中控制器正、反作用的选择方法相同，是按照使副回路成为—个负反馈系统的原则来确定的。
七、串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定主要有哪两种方法?
有两步整定法和一步整定法两种。按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做两步整定法。 根据经验直接确定副控制器的参数，只需按简单控制系统参数整定的方法来整定主控制器参数的方法称一步整定法。
串级控制系统的组成结构
1.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；
①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；
②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；
③一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
2. 串级控制系统的工作过程
当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析：
1）扰动作用于副回路；
2）扰动作用于主过程；
3）扰动同时作用于副回路和主过程。
分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。
3. 系统特点及分析
①改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量；
②能迅速克服进入副回路的二次扰动；
③提高了系统的工作频率；
④对负荷变化的适应性较强。
4. 工程应用场合
①应用于容量滞后较大的过程；
②应用于纯时延较大的过程；
③应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程；
④应用于参数互相关联的过程；
⑤应用于非线性过程。
5. 系统设计
①主参数的选择和主回路的设计；
②副参数的选择和副回路的设计；
③控制系统控制参数的选择；
④串级控制系统主、副调节器控制规律的选择；
⑤串级控制系统主、副调节器正、反作用方式的确定。
串级控制系统在工业中的应用
（1）折叠容量滞后
在过程控制系统中，被控过程的容量滞后较大，特别是一些被控量是温度等参数时，控制要求较高，如果采用单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。利用串级控制系统存在二次回路而改善过程动态特性，提高系统工作频率，合理构造二次回路，减小容量滞后对过程的影响，加快响应速度。在构造二次回路时，应该选择一个滞后较小的副回路，保证快速动作的副回路。
（2）折叠控过程的
被控过程中存在纯滞后会严重影响控制系统的动态特性，使控制系统不能满足生产工艺的要求。使用串级控制系统，在距离调节阀较近、纯滞后较小的位置构成副回路，把主要扰动包含在副回路中，提高副回路对系统的控制能力，可以减小纯滞后对主被控量的影响。改善控制系统的控制质量。
（3）折叠剧烈幅度
串级控制系统的副回路对于回路内的扰动具有很强的抑制能力。只要在设计时把变化剧烈幅度大的扰动包含在副回路中，即可以大大削弱其对主被控量的影响。
（4）折叠克服过程
在过程控制中，一般的被控过程都存在着一定的非线性。这会导致当负载变化时整个系统的特性发生变化，影响控制系统的动态特性。单回路系统往往不能满足生产工艺的要求，由于串级控制系统的副回路是随动控制系统，具有一定的自适应性，在一定程度上可以补偿非线性对系统动态特性的影响。
以上是贤集网小编为您介绍的串级控制系统的基本属性、组成结构及在工业中的应用。在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性，副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。