[科普中國]-兩重控制系統(tǒng)

簡介

隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們不但對自動控制系統(tǒng)的控制精度、響應速度、·系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應能力的要求越來越高，而且在現(xiàn)時工業(yè)生產(chǎn)過程中還必須考慮其他很多因素，比如經(jīng)濟指標、工藝指標等等。兩重控制系統(tǒng)，控制方法簡單，主副控制器針對不同回路協(xié)調(diào)控制，使系統(tǒng)既具有良好動態(tài)性能，又滿足不同的經(jīng)濟工藝指標，在現(xiàn)代工業(yè)控制過程中取得了越來越廣泛的應用。

定義一個被控變量采用兩個操縱變量進行控制的控制系統(tǒng)稱為兩重控制系統(tǒng)，又稱為雙層控制系統(tǒng)。這類控制系統(tǒng)采用不止一個控制器，其中，一個控制器輸出作為另一個控制器的測量信號。

系統(tǒng)操縱變量的選擇是從操作優(yōu)化的要求綜合考慮的。它既要考慮工藝的合理和經(jīng)濟，又要考慮控制性能的快速性。而這兩者又常常在一個生產(chǎn)過程中同時存在。兩重控制系統(tǒng)就是綜合這些操縱變量的各自優(yōu)點，克服各自的弱點進行優(yōu)化控制1。

舉例蒸汽減壓兩重控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下，其中VPC是指閥位控制器，PC是低壓側(cè)壓力控制器。

正常工況下，大量蒸汽通過透平減壓，既回收了能量又達到減壓目的?？刂崎y開度處于具有快速響應條件下的盡可能小開度。當蒸汽量變化時，在PC偏差開始階段，主要通過動態(tài)響應快速的操縱變量來迅速消除偏差，同時，通過VPC逐漸改變控制閥開度，是控制閥的開度平緩回復到原來開度。因此，兩重控制系統(tǒng)既能迅速消除偏差，又能最終回復到較好的靜態(tài)性能指標。

兩重控制系統(tǒng)框圖如下：

優(yōu)勢1、由于雙回路的存在，增加了開環(huán)零點，改善了控制品質(zhì)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2、系統(tǒng)工作頻率得到了提高。

3、動靜結(jié)合，快慢結(jié)合。

性能動態(tài)特點調(diào)節(jié)過程可以分為兩個階段所示。第一階段，當系統(tǒng)負荷發(fā)生階躍變化(設(shè)增加)，則被控制量減小，此時主控制器發(fā)揮快速調(diào)節(jié)作用，使被控制量迅速恢復到設(shè)定值；同時，副控制器輸出也逐漸增加，當被控制量壓力恢復到設(shè)定值時，系統(tǒng)進入第二階段的調(diào)節(jié)。這一階段被控制量基本穩(wěn)定在設(shè)定值上(或波動很小)，但主控制器和副控制器的調(diào)節(jié)作用仍然進行，副控制器輸出閥位繼續(xù)增加．主控制器輸出閥位逐漸減小，最終閥重新回到設(shè)定閥位，這一階段主要是通過主、副控制器的調(diào)節(jié)，重新分配了通過兩個閥的蒸汽能量。至此，整個調(diào)節(jié)過程結(jié)束。

參數(shù)整定可以把兩重控制系統(tǒng)視為兩個彼此之間有聯(lián)系的單回路系統(tǒng)來整定。系統(tǒng)整定可分兩步進行：第一步是在副控制器處于手動情況下，按照單回路系統(tǒng)整定方法整定主控制器的參數(shù)；雖然主、副控制器以及慢對象形式上構(gòu)成串級控制結(jié)構(gòu)，但整定副控制器參數(shù)時，應以第二調(diào)節(jié)階段時，主、副控制器的輸出平穩(wěn)變化為目的。因此，可采用寬比例度和大積分時間，甚至可采用純積分作用。．

實施問題主副操作變量的選擇符合工藝要求的慢響應對象通常作為兩重控制系統(tǒng)的副對象，因此從提高系統(tǒng)動態(tài)響應角度出發(fā)，對兩重控制系統(tǒng)的主操縱變量常選用響應快的變量。

主副控制器的選擇組成兩重控制系統(tǒng)的主副控制器均起定值控制作用。為了消除余差，主副控制器均應選用具有積分作用的控制器，并且不加入微分系統(tǒng)。

因主對象常選用具有快響應的操縱變量，所以不必加入微分作用。只有當快對象的時間常數(shù)也較大時，主控制器才適當加入微分作用。對于副控制器，由于是起緩慢的控制作用，所以也可采用純積分的控制器。

作用方式的選擇一般先依工藝條件確定主副控制閥的應用形式。然后，根據(jù)快響應回路確定主控制器的作用方式。最后，根據(jù)慢響應回路確定副控制器的作用方式。

投運和參數(shù)整定兩重控制系統(tǒng)在手自動切換時，應該無擾動切換。投運方式是先主后副，即先使快響應對象切入自動，然后再切入慢響應對象。

兩重控制系統(tǒng)的主控制器參數(shù)與快響應控制時的參數(shù)相類似，而副控制器參數(shù)選用寬比例度和大積分時間，甚至可采用純積分應用。

關(guān)聯(lián)兩重控制系統(tǒng)是一個包含兩個回路的相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，但由于該系統(tǒng)兩個等效時間常熟相差很大，因此之間動態(tài)耦合很弱。在討論和設(shè)計時，均可以看作是兩個簡單但有弱耦合的系統(tǒng)。