【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定程度上反映了這個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力。（4）對(duì)負(fù)荷變化有一定自適應(yīng)能力在單回路控制系統(tǒng)中，控制器的參數(shù)是在一定的負(fù)荷即一定的工作點(diǎn)下，按一定的質(zhì)量指標(biāo)要求而整定得到的，也就是說(shuō)，一定的控制器參數(shù)只能適應(yīng)于一定的負(fù)荷。如果對(duì)象具有非線性，隨著負(fù)荷的變化，工作點(diǎn)就會(huì)移動(dòng)，對(duì)象的特性就會(huì)發(fā)生改變。原來(lái)基于一定負(fù)荷整定的那套控制器參數(shù)就不再能適應(yīng)了，需要重新調(diào)整控制器參數(shù)以適應(yīng)新的工作點(diǎn)，否則，控制質(zhì)量會(huì)隨之下降。但是，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主回路雖然是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路卻是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，它的設(shè)定值是隨著主控制器的輸出而變化的。這樣，主控制器就可以按照操作條件和負(fù)荷變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)副控制器的設(shè)定值，從而保證在負(fù)荷和操作條件發(fā)生變化的情況下，控制系統(tǒng)仍然具有較好的控制質(zhì)量[5]。一般情況下，主變量的選擇原則與單回路控制系統(tǒng)被控量的選擇原則是一致的，即凡能直接或間接地反映生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量或者安全性能的參數(shù)都可被選用為主變量。由于串級(jí)控制系統(tǒng)副環(huán)的超前作用，使得工藝過(guò)程比較穩(wěn)定，因此，在一定程度上允許主變量有一定的滯后，這就為直接以質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為主變量提供了一定的方便。具體的選擇原則主要有：用質(zhì)量指標(biāo)作為被控量最直接最有效，在條件許可時(shí)可選它作為主變量；當(dāng)不能選用質(zhì)量指標(biāo)作為主變量時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)與產(chǎn)品質(zhì)量有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的參數(shù)作為主變量；所選的主變量必須具有足夠的靈敏度；應(yīng)考慮到工藝過(guò)程的合理性和實(shí)現(xiàn)的可能性。由于串級(jí)控制系統(tǒng)的種種特點(diǎn)主要來(lái)源于它的副環(huán)，因此副環(huán)設(shè)計(jì)的好壞決定串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗。在主變量確定之后，副變量的選擇一般遵循下面幾個(gè)原則。（1）副回路應(yīng)包括盡可能多的主要干擾。 由于串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路具有動(dòng)作速度快、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，要想使這些特點(diǎn)得以充分發(fā)揮，在設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡可能地把各種干擾納入副回路，特別是把那些變化最劇烈、幅值最大、最頻繁的主要干擾包括在副回路之內(nèi)，由副回路把它們克服到最低程度，那么對(duì)主變量的影響就很小了，從而提高控制質(zhì)量，否則采用串級(jí)控制系統(tǒng)的意義不大。為此，在設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，研究系統(tǒng)的主要干擾來(lái)源是十分重要的。 這里必須指出：副回路應(yīng)盡可能了包括一些干擾，但并非越多越好。因?yàn)槭挛锟偸且环譃槎模ǖ母蓴_多，能減少干擾對(duì)主變量的影響，這是有利的一面。但包括的干擾太多，勢(shì)必使副變量的位置越靠近主變量，使副變量克服干擾的靈敏度反而下降。在極端的情況下，副回路包括了全部的干擾，主回路也就沒(méi)有了存在的必要，而和單回路控制系統(tǒng)基本一樣了。因此，在選擇副回路時(shí)，究竟要把那些干擾包括進(jìn)去，應(yīng)對(duì)具體情況做具體分析。（2）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)匹配。由于副回路的存在，使串級(jí)系統(tǒng)比單回路系統(tǒng)的工作頻率高很多。頻率的提高與主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的比值/有關(guān)。一方面我們希望小一點(diǎn)以使副回路靈敏些，控制作用快一點(diǎn)。但另一方面，過(guò)小，必然使/加大，此時(shí)對(duì)提高系統(tǒng)的工作頻率意義不大。同時(shí)，過(guò)小將導(dǎo)致副環(huán)過(guò)于敏感而不穩(wěn)定。因此，在選擇副回路時(shí)，主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比值應(yīng)選擇適當(dāng)，一般認(rèn)為/=310較合適。（3）應(yīng)考慮工藝上的合理性與可能性。因?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)是為生產(chǎn)服務(wù)的，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮到生產(chǎn)工藝的要求，考慮到所設(shè)置的系統(tǒng)會(huì)不會(huì)影響到工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行，然后再考慮其他方面的要求，否則將會(huì)造成勞而無(wú)功，甚至有害于生產(chǎn)。因此，在設(shè)計(jì)副回路時(shí)，必須注意到副回路設(shè)定值的變動(dòng)在工藝上應(yīng)是可行的。（4）要注意生產(chǎn)上的經(jīng)濟(jì)性。 在副回路的設(shè)計(jì)中，若出現(xiàn)幾個(gè)可供選擇的方案時(shí)，應(yīng)把經(jīng)濟(jì)原則和控制質(zhì)量要求結(jié)合起來(lái)，能節(jié)約的應(yīng)力求節(jié)約。必須指出，以上選擇副回路時(shí)應(yīng)考慮的一些問(wèn)題，并不是在所有情況下都能適應(yīng)，更不是每個(gè)控制系統(tǒng)都必須全面符合這些原則。應(yīng)針對(duì)不同的問(wèn)題作具體分析，已解決主要矛盾為上策。（1）前饋控制器是“按擾動(dòng)來(lái)消除擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響”，又稱為“擾動(dòng)補(bǔ)償”。前饋控制器在擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)立即進(jìn)行控制，控制及時(shí)，對(duì)特定擾動(dòng)引起的動(dòng)、靜態(tài)偏差控制比較有效。而不像反饋控制那樣，要等被控參數(shù)產(chǎn)生偏差后才進(jìn)行控制。（2）前饋控制是開(kāi)環(huán)控制，只要系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)穩(wěn)定，則控制系統(tǒng)必定穩(wěn)定；另外，前饋控制對(duì)被控參數(shù)不做檢驗(yàn)。（3）前饋控制器的控制規(guī)律與反饋系統(tǒng)不同，由過(guò)程特性決定的。不同的過(guò)程特性，其控制規(guī)律不同。（4）一個(gè)前饋控制通道只能抑制一個(gè)干擾對(duì)被控參數(shù)的影響，而對(duì)其他干擾對(duì)被控參數(shù)的影響沒(méi)有抑制作用。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，如果系統(tǒng)的主要干擾頻繁而又劇烈，而生產(chǎn)過(guò)程對(duì)被控參數(shù)的精度要求又很高，可以考慮采用前饋串級(jí)復(fù)合控制方案。[6]。F(s)++X(s)+Y(s)_++_(s)對(duì)系統(tǒng)輸出Y(s)的閉環(huán)傳遞函數(shù) （）要實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾F(s)完全補(bǔ)償，應(yīng)有。 （）當(dāng)副回路的工作頻率遠(yuǎn)大于主回路的工作頻率時(shí)，副回路是一個(gè)快速隨動(dòng)系統(tǒng),其閉環(huán)傳函(s)完全補(bǔ)償?shù)那梆伩刂破? （），在前饋串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)中，前饋補(bǔ)償控制器的數(shù)學(xué)模型主要由擾動(dòng)通道和主回路的過(guò)程特性之比決定。引起汽包水位變化的主要擾動(dòng)是給水流量的變化和蒸氣流量的變化[7]。如果只考慮主要擾動(dòng)，汽包水位動(dòng)態(tài)性能可表示為：式中h—汽包水位高度；—給水流量的時(shí)間常數(shù)；—蒸氣流量流量的時(shí)間常數(shù)；—給水流量的放大系數(shù)；—蒸氣流量的放大系數(shù)； —時(shí)間常數(shù)；蒸氣流量變化量相對(duì)于最大蒸氣流量的標(biāo)定值；給水流量變化量相對(duì)于最大蒸氣流量的標(biāo)定值。(1)如果蒸氣流量不變，僅給水流量變化時(shí)，汽包水位調(diào)節(jié)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方程可以表示為：式中符號(hào)意義同上。對(duì)于中壓以下（蒸氣壓力）,給水流量項(xiàng)的時(shí)間常數(shù)較小，可以忽略不計(jì)，其簡(jiǎn)化后的傳遞函數(shù)對(duì)于本次仿真：(2)如果給水流量不變，僅蒸氣流量變化時(shí)，汽包水位調(diào)節(jié)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方程可以表示為：其傳遞函數(shù)為：其中 對(duì)于本次仿真：根據(jù)前面所述，前饋控制器的公式得本實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用西門(mén)子公司的S7300系列PLC，下面簡(jiǎn)單介紹一下有關(guān)知識(shí)。 S7300硬件 S7300的物理結(jié)構(gòu)S7300是模塊化的中小型PLC,適應(yīng)于中等性能的控制要求。品種繁多的CPU模塊、信號(hào)模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便[8]。S7300每個(gè)CPU都有一個(gè)可以使用MPI（多點(diǎn)接口）通信協(xié)議的RS485接口。它不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個(gè)MPI網(wǎng)絡(luò)。有的CPU還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUSDP接口、PROFINET接口或PtP(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))串行通信接口。通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能塊，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內(nèi)的子程序，從而顯著地減少所需要的用戶存儲(chǔ)器容量。它們可以用于中斷處理、出錯(cuò)處理、復(fù)制和處理數(shù)據(jù)等。S7300有350多條指令，其編程軟件STEP7功能強(qiáng)大、使用方便?？梢允褂枚喾N編程語(yǔ)言。STEP7還用來(lái)組態(tài)硬件和網(wǎng)絡(luò)。CPU用智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯(cuò)誤的特殊系統(tǒng)事件。S7300有過(guò)程報(bào)警、日期時(shí)間中斷和定時(shí)中斷等功能。S7300采用緊湊的、無(wú)槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，電源模塊（PS）安裝在機(jī)架最左邊的1號(hào)槽，CPU模塊和接口模塊（IM）分別安裝在2號(hào)槽和3號(hào)槽。S7300用背板總線將除電源模塊之外的各個(gè)模塊連接起來(lái)。背板總線集成在模塊上，除了電源模塊，其他模塊之間通過(guò)U形總線連接器相連，后者