【正文】 關(guān)。單回路控制系統(tǒng)中，按一種狀態(tài)設(shè)計(jì)的控制器參數(shù)在新的狀態(tài)下可能會(huì)不起作用，導(dǎo)致控制定性能降低。串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于副回路改善了控制系統(tǒng)性能，使得主控制器的比例帶寬可以更窄，從而提高了控制系統(tǒng)的工作頻率，既提高系統(tǒng)的快速響基于 PLC 的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文題目） 8 應(yīng)能力。同時(shí)增加副回路可以減小閉環(huán)系統(tǒng)的相位滯后，按奈式穩(wěn)定性理論，減小副對(duì)象的相位滯后，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 由于副回路的作用，串級(jí)控制系統(tǒng)中含有兩個(gè)時(shí)間常數(shù)，根據(jù)控制理論中的錯(cuò)開(kāi)原理，如果一個(gè)控制系統(tǒng)中含有多個(gè)時(shí)間常數(shù)，只要這些時(shí)間常數(shù)彼此之間的差別越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定。 ⑵ 動(dòng)態(tài)性能 由于副回路的作用，串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路動(dòng)態(tài)特性得到了改善，從而提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 串級(jí)控制相對(duì)于其他控制方法的優(yōu)勢(shì) 串級(jí)控制系統(tǒng)增加了副回路，使性能得到改善，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ⑴ 抗擾性能 定性分析：當(dāng)擾動(dòng)進(jìn)入副回路后，首先，副回路被控量檢測(cè)到擾動(dòng)信號(hào)的影響，并通過(guò)副回路的控制作用及時(shí)調(diào)節(jié)操縱變量，使副被控量恢復(fù)到副設(shè)定值，從而使二次擾動(dòng)對(duì)主回路被控量的影響減少，即副回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行粗調(diào)，主環(huán)回路再對(duì)擾動(dòng)進(jìn) 行細(xì)調(diào)。主回路是定值控制系統(tǒng)，對(duì)主控制器的輸出而言，副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)而言主，副回路是定值控制系統(tǒng)。 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2 串級(jí)控制介紹 串級(jí)控制的意義 串級(jí)控制是基于單回路 PID控制基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種控制方法。使控制系統(tǒng)滿足 %15?? ，控制系統(tǒng)在 的控制度下的調(diào)節(jié)時(shí)間較小，穩(wěn)態(tài)誤差 cmess ? 。 本課題的主要任務(wù)：了 解串級(jí)控制的設(shè)計(jì)方法及 PLC 控制技術(shù)目前在工業(yè)控制中應(yīng)用及相關(guān)的產(chǎn)品，通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料熟悉西門(mén)子 PLC 的工業(yè)控制應(yīng)用，及編程技術(shù)。當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)有幾個(gè)因素影響一個(gè)被控變量時(shí)，如只控制其中一個(gè)因素，將難以滿足系統(tǒng)的控制性能，串級(jí)控制在原控制回路中增加一個(gè)控制內(nèi)回路，用以控制可能引起被控量變化的其他因素，可有效降低被控變量的時(shí)滯，提高系統(tǒng)的快速性。 基于 PLC 的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文題目） 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，由于被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性或工藝操作條件等原因，對(duì)控制系統(tǒng)提出了一些特殊的要求，這是需要在 PID控制的基礎(chǔ)上，構(gòu)成多回路控制系統(tǒng)，串級(jí)控制在工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。這 使得 負(fù)載變化時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的特性發(fā)生變化，影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài) 性能 。只要在設(shè)計(jì)時(shí)把變化劇烈幅度大的擾動(dòng)包含在副回路中，就可以大大減小這種變化激烈而幅度大的擾動(dòng)對(duì)主參數(shù)的影響。把主要擾動(dòng) 信號(hào) 包含在副回路中，提高副回路對(duì)系統(tǒng)的控制能力，可以減小純滯后對(duì)主被控量的影響 ，改善控制系統(tǒng)的控制 性能 。使用串級(jí)控制系統(tǒng)，在距離調(diào)節(jié)閥較近、純滯后較小的位置構(gòu)成副回路 。在構(gòu)造二次回路時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)滯后較小 環(huán)節(jié)作為 的副回路，副回路保證快速動(dòng)作 。 用于克服被控過(guò)程較大的容量滯后 在過(guò)程控制系統(tǒng)中， 存在一些 被控 對(duì)象 的容量滯后較大，特別是一些被控量是溫度等 變化緩慢的 參數(shù)時(shí)，如果 系統(tǒng)的 控制要求較高，采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求。 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 串級(jí)控制的工業(yè)應(yīng)用 和一般的單回路反饋控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)擁有許多優(yōu)點(diǎn)。 模糊控制 模糊控制 又稱 模糊 邏輯 控制 ，是從屬于智能控制的范疇的一種以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種非線性的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。故工業(yè)上常用施密斯預(yù)估計(jì)控制或大林算法進(jìn)行控制。 純滯后控制 在工業(yè)控制過(guò)程中，由于物料傳送的延時(shí)，能量的流失，使得被控對(duì)象具有純滯后的特性，而這種滯后又會(huì)影響控制系統(tǒng)的控制性能。單回路控制系統(tǒng)有 4 個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，分別為：被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器、控制閥，是一個(gè)簡(jiǎn)單的 PID 控制。過(guò)程控制的控制 方法十分廣泛，常用的包含有 單回 路控制，多回 路控制 ，純滯后控制， 模型預(yù)測(cè)控制 ， 模糊控制 等。 80 年代，過(guò)程信息 處理與 過(guò)程控制系統(tǒng)相結(jié)合，功能 變得更加強(qiáng)大 。 60 年代， 由于 各種檢測(cè)裝置 、組合儀表的 產(chǎn)生 ，過(guò)程控制開(kāi)始過(guò)渡到 檢測(cè)監(jiān)視 集中 化 、操作控制 集中化 。 過(guò)程控制常用的控制算法 過(guò)程控制在石油、化工、電力、冶金等 相關(guān)領(lǐng)域都 有廣泛的應(yīng)用。 但 各個(gè)廠商規(guī)模也不一樣，北京和利時(shí)和浙大中控都是在DCS 系統(tǒng)具有優(yōu)勢(shì)之后，再滲透 PLC 市場(chǎng)，和利時(shí)已于 2021 年開(kāi)始推廣 PLC ，現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一定知名度，浙大中控從最近開(kāi)始推廣 PLC，杭州還有浙大中自生產(chǎn) PLC。國(guó)產(chǎn) PLC 在技術(shù)特點(diǎn)上與西門(mén)子和三菱類(lèi)似或與其兼容 。但終因缺乏資金和后續(xù)研究力量、生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)落后，都沒(méi)有成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，PLC 產(chǎn)品運(yùn)作是否成功不是由簡(jiǎn)單的一兩種因素決定的。 PLC進(jìn)入中國(guó)時(shí)最初是成套設(shè)備引 進(jìn)應(yīng)用，由于 PLC 價(jià)格昂貴，引進(jìn)的 PLC 主要用于冶金、電力、自動(dòng)化生產(chǎn)線等大 型 設(shè)備 ， 在引進(jìn)國(guó)外 PLC 產(chǎn)品的過(guò)程中，我國(guó)相關(guān)單位消化、吸收 PLC 的關(guān)鍵技術(shù)，試圖對(duì) PLC 進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化。在 這個(gè)時(shí)期大型機(jī)和超小型機(jī) 得到了發(fā)展 、可編程邏輯控制器 的也增加了 特殊功 能單元 ，并出現(xiàn)了與 可編程邏輯控制器 相兼容的 各種人機(jī)界面單元、通信單元，使可編程邏輯控制器的工業(yè)控制 過(guò)程中的應(yīng)用更加廣泛 。在這時(shí)期，可編程邏輯控制器在處理 邏輯 運(yùn)算 、 模擬量 計(jì)算、 人機(jī)接口 等方面 能力 上得到了提高和改進(jìn) ，可編程邏輯控制器逐漸 在 過(guò)程控制領(lǐng)域 占據(jù)主導(dǎo)地位 ，取代了 DCS系統(tǒng)在過(guò)程控制領(lǐng)域 的 統(tǒng)治地位。 同時(shí) 世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，可編程邏輯控制器 的 產(chǎn)量 也隨之增加 。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段， 此時(shí)， 可編程控制器 與 計(jì)算機(jī)技術(shù) 相互結(jié)合 ， 讓 可編程控制器功能發(fā)生 重大的變化，邏輯 運(yùn)算速度 更快 、體積 更小 、抗干擾 能力更強(qiáng) 、 實(shí)現(xiàn)了 模擬量運(yùn)算 和 PID 控制 功能 ，這使得 可編程控制器 逐步占據(jù)了 現(xiàn)代工業(yè) 控制 的 主導(dǎo)地位 。 從此之后 可編程邏輯控制器 成 為 了 微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 1974年，中國(guó)研制出第一臺(tái) PLC。 1971年，日本研制出第一臺(tái) DCS8?！? PLC 的發(fā)展現(xiàn)狀 1969 年，第一臺(tái)可編程邏輯控制器 PDP14 由 美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出 ， 并 在美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程邏輯控制器，稱 Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC。它采用可編基于 PLC 的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文題目） 2 程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并 通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?！? 國(guó)際電工委員會(huì) ICE 在 1982 年 11月頒發(fā)了對(duì) PLC的標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，在 1985 年 1月頒發(fā)了對(duì)PLC 的標(biāo)準(zhǔn)草案第二稿， 1987 年 2 月也頒發(fā)了對(duì) PLC 的標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)， 計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或類(lèi)似的輸入 /輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。這一舉動(dòng)立即引起了開(kāi)發(fā)熱潮， PLC 也逐步取代繼電器控制器，成為工業(yè)控制的主導(dǎo)。 ⑶ 系統(tǒng)通用性強(qiáng)。 ⑵ 把繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)。此外，繼電器的觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限，這使得繼電器控制系統(tǒng)的難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制項(xiàng)目，降低了控制系統(tǒng)的靈敏度，為 PLC的產(chǎn)生莫定了基礎(chǔ)。Cascade Control. 基于 PLC 的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文題目） IV 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................ II Abstract .........................................................................................................................................III 目 錄 ...........................................................................................................................................IV 1 緒論 ............................................................................................................................................ 1 PLC的產(chǎn)生、定義及現(xiàn)狀 .................................................................................................. 1 PLC的產(chǎn)生 .............................................................................................................. 1 PLC的定義 .............................................................................................................. 1 PLC的發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................................................................... 2 過(guò)程控制常用的控制算法 .................................................................................................. 3 單回路控制 .............................................................................................................. 4 多回路控制 .............................................................................................................. 4 純滯后控制 .............................................................................................................. 4 模型預(yù)測(cè)控制 .......................................................................................................... 4 模糊控制 ................................................................................................................. 4 串級(jí)控制的工業(yè)應(yīng)用 ......................................................................................................... 5 用于克服被控過(guò)程較大的容量滯后 ........................................................................... 5 用于克服被控過(guò)程的純滯后 ..................................................................................... 5 用于抑制變化劇烈幅度較大的擾動(dòng) ........................................................................... 5 用于克服被控過(guò)程的非線性 ..................................................................................... 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù) ..................................