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复杂控制系统的工作原理
2019-11-05 10:59
       简单控制系统只有一个被控变量,是目前用得最多的一种形式。但是它有一定局限性,对于多变量间相互关联的对象、对于时滞及时间常数大的对象、对于干扰较多且频繁的对象,采用简单的控制系统控制品质变得很差,满足不了控制的要求。

       简单控制系统能有效地控制线性过程,但事实上,大多数过程都是非线性的。对于一些非线性程度不高的过程,可以近似当作线过程处理。可是,对于一些非线性很强的过程,简单控制已经无能为力,因此,无论怎么调整参数都是没有用的。

        要解决这个问题,就需要在简单控制系统的基础上增加辅助回路或其他环节,使简单的控制系统变得复杂些,统称为复杂控制系统。

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        常见的复杂控制系统有:串级控制系统、比值控制系统、分程控制系统、选择控制系统、前馈控制系统等。当然,还有一些复杂控制系统,如非线性控制系统、史密斯时间预估器控制系统、解耦控制系统等。

         这些控制系统,虽然理论上仍属于经典控制理论范畴,但它们都是为了解决彼此特殊要求而开发的,都有各自的应用场合,即各自特色。

        串级控制系统

        串级控制系统是复杂控制系统中最普遍使用的一种结构形式。

       所谓串级控制系统,即一种由主、副两个控制器彼此串接的双回路控制系统。主控制器根据主变量与给定值的偏差输出信号,作为副控制器的给定值,副控制器同时接受副变量信号和给定值并控制调节机构(执行器。副控制器的工作是随动调节、主控制器的工作是定值调节。

        串级控制系统有主、副两个控制回路,主、副控制器相串联工作,其中主控制器有自己独立的设定值,它的输出作为副控制器的给定值,副控制器的输出控制执行器,通过副变量调节主变量。因此,串级控制系统的主回路是一个定值控制系统,而副回路则是一个随动控制系统。副控制器的控制规律一般P或IP控制,主控制器的控制规律一般采用PI或PID控制。

        串级控制系统有两个检测变量送器:一个检测主变量,另一个检测副变量。

        串级控制系统的工作过程,只存在二次干扰时:

       当二次扰动进入副对象,引起副变量发生变化,由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数,因而在扰动还没有影响到主变量时,副控制器就开始动作,调节其输出控制执行器,及时减小或消除变化,以避免扰动对主变量的影响。

          如果二次扰动较强,使主变量也受到影响而偏离了稳态值,经主控制器的作用调节其输出,使副控制器的控制作用增强,输出变化幅度更大的控制执行器,以克服扰动对主变量的影响。

         当一次扰动进入主对象,引起主变量发生变化,由于主控制器的作用,其输出发生变化,使副控制器的输入值改变,副控制器调节其输出控制执行器,调节副对象使副变量相应变化,进而调节主对象使主变量回到设定值。

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