自动控制理论 第三章 控制系统的时域分析 3.8 控制系统的稳定性(9)

　　对于一次扰动，是不经过副回路的。但副回路的存在却可以使副回路的等效传递函数的惯性大大减小，改善了系统的动态特性，加快了系统的响应速度。这是串级控制的另一个显著特点。

　　在串级控制中，副回路主要是为了抑制二次扰动，并不要将二次扰动完全消除，所以精度要求并不高，副控制器选比例控制就可以了。主回路的任务是保证系统输出与给定值一致，控制精度要求高，所以主控制器应选择比例积分（PI）或(PID)控制器。副回路起“粗调”作用，要求响应快，主回路起“细调”作用，要求精度高。这是选用主副控制器的原则。

串级控制系统主副控制器参数定有多种方法。当主副对象惯性相差不大，主副回路相互影响时，可采用逐步逼近法。即先断开主回路整定副控制器参数，然后再整定主回路参数，接着再次在闭环下整定副回路参数。先副后主，逐步逼近，直到控制性能指标满意。二步整定法适用于主副对象时间常数相差较大的情况。在系统闭合时先整定副回路，然后把副回路当成一个环节，整定主回路。这种方法应用较广。

2.前馈控制及前馈-反馈控制系统

图5.44 是一个换热器的反馈控制原理图。这是一个普通的单回路反馈控制系统。不论什么干扰，只要引起被控变量的变化，控制系统都能产生控制作用，对被控变量进行控制。但是，按照反馈控制原理，被控变量在偏离给定值以后控制系统才能产生控制作用。也就是说，当扰动已经产生影响后才能加以控制。这种控制方式是不及时，是以被控变量发生偏差为代价的。另外，像换热器这样的多容对象，由于热容量大，传热过程较慢，因而惯性大，响应速度慢，控制质量难以提高。如果换热器的扰动来自被加热物料的进料流量，我们可以测出物料流量，按图5.45那样的方法进行控制。这种控制方式就是前馈控制方式。

图5.44 换热器的反馈控制 图5.45 换热器的前馈控制 图5.46 前馈控制系统的结构图

　　前馈控制的原理如图5.46所示。图中，是被控对象扰动通道的传递函数，是被控对象控制通道的传递函数。当扰动 作用于系统时，将使系统的被控变量发生变化，如图5.47中的虚线所示。如果我们同时测量扰动，并让扰动通过一个传递函数为的前馈控制器，并通过被控对象的控制通道使被控变量也产生一个变化，如图5.47中实线所示。当两个输出大小相等，方向相反时，被控变量将不发生任何变化，好像与扰动无关。这就是前馈控制的不变性原理。

图5.47 前馈控制的响应曲线