2023/2/111上一講內容回顧介紹了串級控制系統的概念與特點；結合控制原理，具體分析了串級系統的抗干擾性能；討論了串級控制系統的設計原則；詳細介紹了串級控制系統的參數整定過程.第1頁/共24頁第一頁，共25頁。2023/2/112問題討論串級控制的概念，說明與單回路控制的區別。以左圖的反應器為例，說明引入串級控制的意義。為什么引入串級控制可顯著減少內回路的干擾，并顯著提高控制系統魯棒性？如何選擇主副控制器的控制規律，如何整定PID參數？第2頁/共24頁第二頁，共25頁。2023/2/113串級PID系統的積分飽和問題情況1：流量副回路出現“積分飽和”，可采用單回路抗積分飽和方法；情況2：當主副控制器均采用單回路抗積分飽和方法時，可能出現限位參數不一致的情形，同樣存在發生“積分飽和”的可能性。第3頁/共24頁第三頁，共25頁。2023/2/114單回路系統的防積分飽和方法：正常情況為標準的PD+PI控制算法；而當出現超限時，通過限制積分作用達到切除積分作用的目的。第4頁/共24頁第四頁，共25頁。2023/2/115單回路防積分飽和方法

在串級控制系統中的局限性串級PID控制系統（只采取單回路抗積分飽和措施）(參見模型…/CascadePID/CascadePidwithLimit.mdl)第5頁/共24頁第五頁，共25頁。2023/2/116串級系統積分飽和現象仿真串級系統產生積分飽和的原因分析？第6頁/共24頁第六頁，共25頁。2023/2/117串級控制系統主調節器

防積分飽和連接法第7頁/共24頁第七頁，共25頁。2023/2/118串級控制系統的防積分飽和第8頁/共24頁第八頁，共25頁。2023/2/119串級系統的防積分飽和方法舉例串級PID控制系統（采取抗積分飽和措施）(參見模型…/CascadePID/CasPidwithAntiSatur.mdl)第9頁/共24頁第九頁，共25頁。2023/2/1110串級系統防積分飽和措施舉例第10頁/共24頁第十頁，共25頁。2023/2/1111工業PID控制器常用結構功能:控制輸出跟蹤,防積分飽和,輸出限幅,正反作用選擇,測量值濾波,設定值變化率限幅等.第11頁/共24頁第十一頁，共25頁。2023/2/1112均勻控制內容均勻控制的概念與特點；常見的均勻控制系統；均勻控制系統的應用場合；仿真舉例；結論第12頁/共24頁第十二頁，共25頁。2023/2/1113均勻控制問題當塔甲的進料量變化時，希望塔甲的液位h(t)與出料qo(t)同時平穩，以確保后續設備進料波動的減少。這完全不同于單純的液位控制系統（那里只關心液位的平穩，而不關注控制變量的變化情況），而要求液位與出料同時“均勻”地變化。第13頁/共24頁第十三頁，共25頁。2023/2/1114均勻控制系統的特點不同于常規的定值控制系統，而對被控變量(CV)與控制變量(MV)都有平穩的要求；為解決CV與MV都希望平穩這一對矛盾，只能要求CV與MV都漸變。均勻控制通常要求在最大干擾下，液位在貯罐的上下限內波動，而流量應在一定范圍內平緩漸變。均勻控制指的是控制功能，而不是控制方案。第14頁/共24頁第十四頁，共25頁。2023/2/1115常用的均勻控制方案單回路均勻控制系統串級均勻控制系統討論：兩種方案有何不同？第15頁/共24頁第十五頁，共25頁。2023/2/1116均勻控制系統的分析假設流量回路調節迅速，對液位對象而言其動態滯后可忽略；并不考慮液位測量滯后。則廣義對象特性可表示成A為塔底截面積第16頁/共24頁第十六頁，共25頁。2023/2/1117均勻控制系統的分析(續)假設液位測量范圍為Hmax，進出流量的測量范圍均為Qmax，則廣義對象特性可表示成其中h(t)、qi(t)、qo(t)分別為液位與進出流量的歸一化值。第17頁/共24頁第十七頁，共25頁。2023/2/1118均勻控制系統的分析(續)對于純比例控制器Gc=Kc，可得到的閉環特性為：第18頁/共24頁第十八頁，共25頁。2023/2/1119純比例均勻控制系統的特點可實現進出物料的自動平衡；當物料的平均停留時間Th一定時，控制器增益Kc的減少可使出料更加平緩，但使液位的波動范圍與余差同時增大；為減少液位的調節余差，主控制器需要引入少量的積分作用。第19頁/共24頁第十九頁，共25頁。2023/2/1120均勻控制系統的PID參數整定對于串級均勻控制系統的副調節器，應選擇PI規律，按單回路工程整定法確定其PI參數。對于主調節器，一般應選擇純比例規律，即積分時間足夠大。通過調整增益Kc以使出料盡可能地平緩，而同時確保液位不超出允許范圍。有時為減少液位的調節余差，可引入少量的積分作用。當液位測量噪聲較大時，為避免出料流量的同頻率波動，可對液位測量信號進行低通濾波。第20頁/共24頁第二十頁，共25頁。2023/2/1121均勻控制仿真舉例假設流量回路調節迅速，對液位對象而言其動態滯后可忽略；并不考慮液位測量滯后。則廣義對象特性可表示成A為塔底截面積第21頁/共24頁第二十一頁，共25頁。2023/2/1122均勻控制SimuLink仿真模型分析均勻控制與液位控制的控制目標與控制參數的不同(參見模型…/EqualControl/CascadePid.mdl)第22頁/共24頁第二十二頁，共25頁。2023/2/1123結論介紹了液位均勻控制的概念與特點；討論了常見的均勻控制系統；列舉了均勻控制系統的應用場合；通過仿真舉例分析了均勻控制與簡單液位控制在控制目標與控制器參數選擇方面的不同.第23頁/共24頁第二十三頁，共25頁。2023/2/11課件24感謝您的觀看！第24頁/共24頁第二十四頁，共25頁。內容總結2021/12/27。2021/12/27。而當出現超限時，通過限制積分作用達到切除積分作用的目的。功能:控制輸出跟蹤,防積分飽和,輸出限幅