克服对象的纯滞后：串级控制系统的应用

当被控对象纯滞后时间较长时，单回路控制系统很难满足控制质量的要求，此时可采用串级控制系统。在一定程度上，它可以改善纯滞后对控制质量的影响。通常可在距控制阀较近、纯滞后时间较小的位置处选择一个副变量，把干扰纳入副回路中。这样可利用副回路的超前作用在干扰影响主变量之前及时地由副变量反映出来，并由副控制器及时加以克服。由于副回路通道短、滞后小、控制及时，因而使主变量的动态品质得到了提高。串级控制克服对象的纯滞后仅仅是对二次干扰而言的。

网前箱温度-温度串级控制系统如图5-43所示。

图5-43 网前箱温度-温度串级控制系统

调配好的中浓度纸浆由泵从储槽送至混合箱，在混合箱中与网部滤下的白水混合，配成低浓度纸浆悬浮液，并被蒸气加热到72℃左右。经过立筛、圆筛除去杂质后送至网前箱，再以一定速度喷向纸网脱水。为保证纸张质量，工艺要求网前箱纸浆温度为61℃，最大偏差不超过±1.5℃。将网前箱纸浆温度作为被控变量，蒸气流量作为操纵变量，构成单回路控制系统，单回路系统Simulink仿真如图5-44a所示，系统的跟踪特性曲线如图5-44b所示，当系统稳定时在1200s突加大的干扰信号（纸浆波动35kg/min），系统的抗干扰曲线如图5-44c所示，网前箱纸浆温度最大偏差为11.5℃，过渡过程时间长达880s，扰动的恢复时间长达980s，系统无法满足生产工艺要求。(www.xing528.com)

图5-44 单回路系统Simulink仿真及响应和抗扰曲线

a）单回路系统Simulink仿真图 b）系统的跟踪响应 c）系统的抗扰曲线

分析知混合箱到网前箱的纯滞后时间为90s，干扰大多数集中在混合箱。为此，选择混合箱纸浆出口温度为副变量，网前箱纸浆温度为主控变量，组成串级控制系统如图5-45所示。主、副控制器均选择PI控制，最佳参数整定后，系统设定值下的响应曲线如图5-46a所示，网前箱纸浆温度最大偏差≤1.5℃，过渡过程时间为200s，在稳态运行1200s突加设定值40％的一次、二次脉冲扰动信号，系统的输出响应曲线如图5-46b、c、d所示，系统对干扰信号的恢复时间均小于240s，完全满足生产工艺要求。