串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)[外文翻譯]


章節(jié)目標(biāo)：
•回顧傳統(tǒng)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)
•介紹一個(gè)可以轉(zhuǎn)換的，關(guān)于用串級(jí)調(diào)速增強(qiáng)效果的方法。
•介紹控制器的設(shè)計(jì)方法，以適應(yīng)不確定的過(guò)程。
目錄：
章節(jié)3：?jiǎn)巫杂啥葍?nèi)模控制
章節(jié)4：2自由度內(nèi)?？刂?br /> 章節(jié)5：IMC系統(tǒng)的MSF實(shí)現(xiàn)
章節(jié)6：IMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的PI和PID控制器參數(shù)
章節(jié)7：對(duì)于1DF IMC控制器不確定性的調(diào)諧和整合
章節(jié)8：2DF控制器的調(diào)諧和整合













10.1 介紹
串級(jí)控制可提高控制的單回路控制系統(tǒng)的性能時(shí)之一：
（1）干擾影響一個(gè)可衡量的中間或輔助進(jìn)程的輸出，直接影響我們所要控制的產(chǎn)量的主要過(guò)程
（2）輔助進(jìn)程的增加，包括執(zhí)行器，是非線性的。在首宗案件中，一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)可以限制進(jìn)入的輔助變量的干擾效應(yīng)主輸出。在第二種情況下，1串級(jí)控制系統(tǒng)可以限制驅(qū)動(dòng)器的影響或二級(jí)處理增益變化對(duì)控制系統(tǒng)的性能的影響。這種增益通常出現(xiàn)是由于經(jīng)營(yíng)點(diǎn)的改變?cè)O(shè)定值變化或因持續(xù)的波動(dòng)。這種增益經(jīng)常由于設(shè)定點(diǎn)變化或持續(xù)波動(dòng)而升高。
管殼式換熱器是典型的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，如圖10.1



圖10.1管殼式換熱器




主要的輸出進(jìn)程是溫度側(cè)線管。有兩個(gè)可能的輔助變量，分別是在換熱器蒸汽中，進(jìn)入換熱器和蒸汽的流量。蒸汽流量通過(guò)它在換熱器中的壓力而影響它的溫度；換熱器中的蒸汽壓力通過(guò)它對(duì)冷凝溫度的影響而影響流動(dòng)溫度。因此，無(wú)論是蒸汽流量，還是換熱器蒸汽壓力都可以作為串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的二次輸出。具體選擇由影響流動(dòng)溫度的波動(dòng)而定。如果主要的干擾是在蒸汽供應(yīng)壓力變化，恐怕可能是由于其他過(guò)程對(duì)變量蒸汽的需求，用蒸汽控制流控制閥是最好的選擇。這種控制器可以大大減少蒸汽供應(yīng)壓力變化的影響。
然而，它仍然需要對(duì)流動(dòng)溫度進(jìn)行控制，以便能跟蹤到流動(dòng)溫度設(shè)定點(diǎn)的變化，也能組織流動(dòng)溫度的變化，歸功于流量的變化。由于只有一個(gè)控制作用，蒸汽閥門桿，傳統(tǒng)的串級(jí)控制，對(duì)出水溫度控制器的使用進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整設(shè)定點(diǎn)的蒸汽流量控制器，如圖10.2所示那樣。


Objectives of the Chapter
• To review classical cascade control.
• To present an alternate way of thinking about cascade control that leads to improved
performance.
• To introduce controller design methods that accommodate process uncertainty.
Prerequisite Reading
Chapter 3, “One-Degree of Freedom Internal Model Control”
Chapter 4, “Two-Degree of Freedom Internal Model Control”
Chapter 5, “MSF Implementations of IMC Systems”
Chapter 6, “PI and PID Controller Parameters from IMC Design”
Chapter 7, “Tuning and Synthesis of 1DF IMC Controllers for Uncertain Processes”
Chapter 8, “Tuning and Synthesis of 2DF Control Systems”

10.1 INTRODUCTION
Cascade control can improve control system performance over single-loop control whenever
either: (1) Disturbances affect a measurable intermediate or secondary process output that
directly affects the primary process output that we wish to control; or (2) the gain of the
secondary process, including the actuator, is nonlinear. In the first case, a cascade control
system can limit the effect of the disturbances entering the secondary variable on the
primary output. In the second case, a cascade control system can limit the effect of actuator
or secondary process gain variations on the control system performance. Such gain
variations usually arise from changes in operating point due to setpoint changes or sustained
disturbances.
A typical candidate for cascade control is the shell and tube heat exchanger of
Figure 10.1.