1、通过反馈控制改善扰动响应
采用温控器进行测量控制的目的是希望使控制对象的状态(测量温度)快速收缩于目标值(温度的设定等)，对于任何扰动，经常使目标值与控制对象的状态的差为零。那么，反馈控制是怎样抑制由扰动引起的控制状态的混乱呢？如图１所示，以采用温控器进行药液的温度控制为例说明如下。
图１ 单纯反馈控制系统
构成单纯反馈控制系统仪表配置
1、现场传感器
2、执行器(调节阀、变频器等)
3、单回路温控器
如果用于温度控制等大滞后工况，最好选择带人工智能或模糊控制算法并且带自整定的调节器，以保证在大滞后工况无超调和欠调。
此单纯温度反馈控制系统是用阀门的开度改变蒸汽的流量，从而控制药液的温度，作为扰动的主要原因有蒸汽的温度变化，蒸汽的压力变化等。如果在此控制系统产生这些扰动时，采用反馈控制的话，因为这些影响作为药液温度的变化表现出来之前，是不能通过温控器进行修正动作的，因此很难迅速收缩由扰动引起的响应混乱。
图2 蒸汽温度下降时的响应
2、通过与前馈控制并用改善扰动响应
在前图１的控制系统，如果可测量蒸汽温度的变化，且对于蒸汽温度的变化，能够明确知道需要的适当修正量(开度输出MV)，那么与前馈控制并用的话，会比仅用反馈控制可以改善因蒸汽温度变动引起的影响。
图3 前馈控制系统
构成前馈控制系统仪表配置
1、现场传感器
2、执行器(调节阀、变频器等)
3、单回路PID调节器
如果用于温度控制等大滞后工况，最好选择带人工智能或模糊控制算法并且带自整定的调节器，以保证在大滞后工况无超调和欠调
4、加减法运算模块
图3是前馈控制系统，检测出蒸汽的温度，蒸汽温度产生变动时，因为可尽快修正此变动，对于蒸汽温度变化这种扰动，可以把药液温度的变动限制在最小限范围。 但是、因为药液温度不受蒸汽流量的影响，一般正确把握蒸汽流量(扰动和温度过程的状态变化的关系)比较困难，通过并用前馈控制改善控制结果受到限制。另因为图3的前馈控制系统仅对蒸汽温度进行补偿，所以对于蒸汽的压力变动没有作用。
3、通过串级控制改善扰动的响应
在图１所示的控制系统假设的扰动是“蒸汽温度的变化”和“蒸汽压力的变化”，无论哪种场合，其变化都会反映为供给药液能量的变化，作为其结果是药液温度产生变化。
因此，假设即使蒸汽的温度或压力变动了，由蒸汽供给药液的能量也能保持一定的话，药液温度应该能保持在一定值。
从此观点，把供给药液能量的药液槽下部的温度检测出来，加在控制回路进行控制的系统。
图4 串级控制系统
构成串级控制系统仪表配置：
1、现场传感器
2、执行器(调节阀、变频器等)
3、单回路PID调节器
如果用于温度控制等大滞后工况，最好选择带人工智能或模糊控制算法并且带自整定的调节器，以保证在大滞后工况无超调的欠调）
4、外给定调节器
如图4两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值(由多重回路构成)的控制方式叫“串级控制”，其动作如下：温控器 MASTER(主)是为了使“药液温度”成为目标温度，决定“药液槽下部的温度”，输出温控器 SLAVE(从属)的目标温度。温控器 SLAVE(从属)是为了使“药液槽下部的温度”成为由温控器 MASTER(主)决定的目标温度，而决定“开度输出”。
图5 串级控制回路方块图
SV：药液目标设定温度
FL：蒸汽的流量
SVs：药液槽下部的目标设定温度
PVS：药液槽下部的测量温度
MV：流量控制阀门的开度输出
PV：药液的测量温度
G1：对于蒸汽流量的药液槽下部温度的响应特性
G2：从药液槽下部的温度到药液温度测量点的响应特性
在串级控制系统中，蒸汽的温度或压力一旦发生变化，SLAVE(从属)控器把此变化作为药液槽下部的温度变化检测出来，为了使与来自MASTER(主)温控器输出的药液槽设定温度值的温度差为“０”，调节阀门的开度，由此可知比图１单纯的反馈控制系统可以快速抑制由扰动引起的温度混乱。
图6 ４、通过串级控制限制负载的控制范围
图7 单回路温度控制系统
图8 串级温度控制系统如果是控制输出值MV为100%的话，加热器有可能烧断。
想把加热器的温度控制在600℃以下使用，需要图8的串级控制。 如想把从属温度控制器的输入范围设定为0-600℃，这样主温度控制器输出的MV 0%-100%，即相当于从属温度控制器的目标值SV为0-600℃即可以让加热器的温度工作在600℃以下。
5、串级控制小结
不知是否理解了由串级控制改善扰动响应特性的构成？
图9 串级控制回路的方块图
如图9所示，在串级控制的控制回路为2个，把反馈本来目的的控制量(PV)的回路叫“MASTER(主)回路”，把在“MASTER(主)回路”内侧的回路叫“SLAVE(从属)回路”。
6、串级控制要取得良好控制效果需要满足以下条件
①可构成从属回路。
②扰动发生在从属回路内。
③对于主侧控制对象的响应速度延迟，从属侧控制对象的响应速度慢延迟小。
请注意，如果不是如上条件时，则对于发生在主回路内的扰动等串级控制不能很好改善扰动响应，串级控制不能得到良好控制效果。
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