复杂控制系统的工作原理

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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。

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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