Каскадни системи за автоматично управление (ASR). Каскадни системи за автоматичен контрол (ASR) Каскадна система за контрол на температурата

Проблеми, засегнати в лекцията:

1. Какво е еквивалентен обект в каскадна ACS.

2. Обяснение на ефективността на каскадните автоматизирани системи за управление.

3. Методи за изчисляване на каскадни ASR.

4. Изчисляване на ASR с допълнителен импулс на базата на производната.

системи каскадно регулиранеТова са системи, при които изходният сигнал на единия контролер се изпраща като задача към другия. Основните и спомагателните параметри на обекта се подават съответно под формата на входни сигнали към тези контролери. В този случай само главният регулатор има независима настройка. Изходният сигнал на спомагателния контролер се подава като регулиращо въздействие върху обекта. Обикновено допълнителен затворен контролен контур, образуван от високоскоростната част на обекта и спомагателния регулатор, се намира вътре в главния контролен контур. Фигура 1.8.1 показва диаграма на системата за каскадно управление. Каскадните системи за управление осигуряват:

1) бърза компенсация на смущенията, засягащи спомагателния контролен контур, в резултат на което тези смущения не предизвикват отклонение на основния параметър от зададената стойност;

1 – главен регулатор; 2 – допълнителен регулатор; 3, 4 – бързо – и бавно действащи части на обекта

Фигура 1 - Каскадна схема за управление

2) значително намаляване на фазовото изместване във високоскоростната част на обекта поради образуването на допълнителен контролен контур, което повишава производителността на основния контур;

3) компенсиране на промените в коефициента на предаване на високоскоростната част на обекта чрез промяна на коефициента на предаване на спомагателния контролен контур;

4) необходимата доставка на материя или енергия към обекта

Поради това е препоръчително да се използват каскадни системи за управление в случаите, когато е необходимо контролираният параметър да се поддържа на дадена стойност с висока степен на точност, както и когато има много голямо забавяне на обекта. Допълнителният управляващ контур може например да бъде затворен около интегриращия елемент на обекта, за да се преодолее собственото му забавяне. Дебитът може да се използва като спомагателна променлива, тъй като поради скоростта на контролния контур на този параметър се предотвратяват значителни отклонения на основната контролирана променлива.

За да се създаде каскадна система за управление, е необходимо първо да се идентифицира приемлива междинна променлива, което в някои случаи е доста трудно.

Каскадните системи за контрол на потока се използват за непрекъснато подаване на вещество към или от обект. Обикновено контролът на потока се осъществява чрез промяна на налягането на въздуха, подаван към вентила с нелинейна характеристика. Ако в този случай измерването на текущата стойност на параметъра се извършва чрез метода на диференциалното променливо налягане (при който изходният сигнал на сензора зависи нелинейно от дебита), тогава и двете нелинейности се компенсират взаимно.

Използването на метода за диференциално променливо налягане в спомагателната верига за управление на топлообмен или процеси на смесване може да доведе до допълнителни трудности. Да приемем, че контролираният параметър на обекта е линеен по отношение на дебита. Изходният сигнал на главния регулатор е пропорционален на спада на налягането, който варира директно с квадрата на дебита. Следователно усилването на контура ще варира обратно пропорционално на скоростта на потока. Въпреки това, много процеси трябва да бъдат регулирани по време на стартиране; Освен това често е необходимо да се поддържат ниски дебити в съоръжението за дълго време, което е доста трудно. Ако главният регулатор не е настроен на ръчно управление, тогава ще възникнат незатихващи трептения в контролния контур близо до нулевия дебит. За да предотвратите това да се случи, препоръчително е да включите устройство за извличане на квадратен корен в линията за измерване на потока, за да линеаризирате спомагателната верига.

Периодът на трептене на веригата за управление на потока обикновено е няколко секунди. Следователно скоростта на потока не се използва като основен параметър в каскадните схеми при регулиране на процесите на топлообмен или смесване.

При регулиране на нивото на кипящи течности или кондензиращи пари се използват каскадни системи за управление с корекция на потока. В такива системи периодът на собствените колебания на главната верига е по-голям от периода на колебания на веригата за управление на потока.

Каскадните системи за контрол на температурата се използват доста широко. При провеждане на химични реакции за получаване Високо качествоуправление, изходният сигнал на регулатора на температурата на реактора обикновено се изпраща към камерата за настройка на регулатора на температурата на охлаждащата течност, т.е. използва се верига за каскадно управление на температурата на охлаждащата течност въз основа на температурата на реактора. Интензивността на топлообмена зависи от температурната разлика между реагиращите вещества и охлаждащата течност, поради което текущата стойност на температурата на охлаждащата течност влияе върху процеса.

Работата на системата за управление се влияе от нелинейности и фазови измествания на спомагателния контролен контур. Тъй като в такава система пропорционалният диапазон на спомагателния температурен регулатор обикновено не надвишава 25%, ефектът на астатичния компонент на този регулатор може да бъде пренебрегнат.

Лекото превишаване на температурата на хладилния агент не оказва голямо влияние върху работата на системата, тъй като астатичният компонент винаги действа в главната верига. Наличието на астатичен компонент в спомагателната верига би намалило леко скоростта на промяна на температурата. При регулиране на температурата на охлаждащата течност в периодичен реактор астатичният компонент не се използва. Обикновено при проектирането на каскадни системи за управление основната задача е да се определи съотношението на естествените периоди на трептене на основните и спомагателните контури за регулиране на температурата. Ако се използва един и същ метод на измерване и в двете вериги, тогава връзката между естествените периоди на трептене на веригите е линейна и следователно коефициентът на предаване на главната верига ще бъде постоянен.

Изчисляването на каскадно ASR включва определяне на настройките на главния и спомагателния регулатор за зададени динамични характеристики на обекта по главния и спомагателния канал. Тъй като настройките на главния и спомагателния регулатор са взаимозависими, те се изчисляват по итерационния метод.

На всяка стъпка на итерация се изчислява намалена едноконтурна ASR, в която един от контролерите условно се отнася до еквивалентен обект.

Еквивалентният обект за главния регулатор е последователно свързване на затворен спомагателен контур и главен канал за управление.

W E (p) = [- R 1 (p) / 1 – W(p)*R 1 (p) ]* W(p), (1)

където R 1 (p) е трансферната функция на спомагателния контролер,

W(p) = W 1 (p) * W 2 (p) – предавателна функция на обекта

Еквивалентният обект за спомагателния контролер е паралелна връзкадопълнителен канал и основна система с отворен контур.

W E 1 (p) = W 1 (p) – W(p)*R (p), (2)

където R (p) е предавателната функция на главния контролер

В зависимост от първата стъпка на итерация се разграничават два метода за изчисляване на каскадни ACP.

1-ви метод. Изчислението започва с основния регулатор. Методът се използва в случаите, когато инерцията на спомагателния канал е много по-малка от тази на основния. На първата стъпка се допуска, че работната честота на главната верига е много по-ниска от спомагателната верига. И тогава:

W E (p) = W 2 (p). (3)

Във втората стъпка се изчисляват настройките на спомагателния контролер за еквивалентния обект.

В случай на приблизителни изчисления, първите две стъпки са ограничени. За прецизни изчисления те продължават, докато настройките на контролера, намерени в две последователни итерации, съвпаднат с определената точност.

2-ри метод. Изчислението започва с допълнителния регулатор. Първата стъпка предполага, че външният регулатор е деактивиран. По този начин, при първо приближение, настройките на спомагателния регулатор се намират с помощта на ACP с една верига за спомагателния контролен канал от израза:

W E 1 (p) = W 1 (p). (4)

На втората стъпка настройките на главния контролер се изчисляват с помощта на трансферната функция на еквивалентния обект. За да се изяснят настройките на спомагателния контролер, изчислението се извършва с помощта на функцията за прехвърляне. Изчисленията се извършват, докато настройките на спомагателния контролер, намерени в две последователни итерации, съвпаднат с определената точност.

ASR с допълнителен импулс на базата на производната от междинна точка .

Такива системи обикновено се използват в автоматизацията на обекти, в които контролираният технологичен параметър (например температура или състав) е разпределен по пространствена координата (както в колонни или тръбни устройства). Особеността на такива обекти е, че основната контролирана координата е технологичният параметър на изхода на апарата, смущенията се разпределят по дължината на апарата, а регулиращият ефект се прилага към неговия вход. В същото време едноконтурните системи за автоматично управление със затворен контур не осигуряват необходимото качество на преходните процеси поради голямата инерция на канала за управление.

Подаването на допълнителен импулс на входа на контролера от междинна точка на устройството дава изпреварващ сигнал и контролерът започва да работи преди изходната координата да се отклони от зададената стойност.

За да се осигури регулиране без статична грешка, е необходимо допълнителният импулс да изчезне в стабилни състояния. За целта спомагателната координата се прекарва през реалната диференцираща връзка, така че входният сигнал на контролера да е равен на e=y+y’ 1 –y 0 (Фигура 1.9.1а). В стационарно състояние, когато y’ 1 =0, когато e=0, y=y 0.

а – оригинална диаграма; b – преобразуван към каскадна верига ASR

Фигура 2 - Структурни диаграми ASR с допълнителен импулс на базата на производната от междинна точка

Ефективността на въвеждането на допълнителен импулс зависи от точката на неговия избор. Изборът на последния се определя във всеки конкретен случай от динамичните свойства на обекта и условията на неговата експлоатация. По този начин измерването на y 1 в началото на апарата е еквивалентно на допълнителен импулс, дължащ се на смущението, което пристига през контролния канал. В този случай диференциращото устройство играе ролята на динамичен компенсатор на смущенията. Измерването на y 1 на изхода на обекта (y 1 =y) е еквивалентно на въвеждане на производна на главната координата. За всеки обект можете да изберете оптималното място за избор на допълнителен импулс, при което качеството на регулиране е най-добро.

Изчисляване подобни системирегулирането е подобно на изчисляването на каскадни ASR след подходящи трансформации. В каскадата ASR, показана на фигура 2 b, ролята на външния регулатор се играе от връзка с предавателната функция R d -1 (p), а вътрешната се играе от последователно свързани регулатор и диференциатор, така че трансферни функцииза дадените регулатори са съответно равни.

Използва се при сложни обекти, когато изходният параметър j е повлиян от няколко смущения, които не могат да бъдат измерени. В този случай се избира обект с междинен параметър j 1, който може да бъде измерен, и регулирането на обекта се основава на него. Получаваме първия контролен цикъл. Този контролер не взема предвид някои от смущенията, действащи върху сложен обект, които влияят на изходния параметър j. Използвайки параметър j, се конструира вторият контролен контур. Регулаторът на втората верига управлява работата на регулатора на първата верига, като променя задачата си по такъв начин, че работата му компенсира влиянието на смущенията върху изходния параметър j. Това е значението на каскадното регулиране (1-ва и 2-ра каскади за регулиране).

Ориз. 5.18. Схема на системата за контрол на нивото на водата в барабана на котела:

н b – нивото на водата в барабана на котела; д pp – разход на прегрята пара (l); У c – консумация на фуражна вода (m об.); ЗД– задайте показалеца (задава стойността на нивото н b,0); WEC – воден економайзер; PP – прегревател

Нека разгледаме това в схемата за управление на сложен обект, състоящ се от последователно свързване на три обекта със смущения (фиг. 5.19).

Регулаторът на междинния параметър j 1 се стреми да го поддържа постоянен и равен на j 1,0. Това е 1-вата регулационна каскада.

Този контролер отчита само смущението l 1. Смущенията l 2 и l 3 ще повлияят на изходния параметър j. Регулаторът j (2-ра управляваща каскада) ще поддържа параметър j постоянен j 0 поради факта, че чрез променливата задача задача ( ЗПЗ) ще промени задачата към първата верига с количеството ±Dj 1 . След като получи това добавяне на задача, контролерът j 1 ще промени параметъра j 1 по такъв начин, че да компенсира влиянието на смущенията l 2 и l 3 върху изходния параметър j. Регулатор j (2-ри етап)така да се каже, коригира работата на първия регулатор (според j 1), така че наречен коригиращ регулатор (CR).

Ориз. 5.19. Каскадна схема за управление:

ЗД– майстор; ЗПЗ– генератор на променливи справки; КР – коригиращ регулатор

Пример за каскадно управление е разпределението на топлинния товар между няколко котли, работещи на обща парна магистрала (фиг. 5.20).

Ориз. 5.20. Регулиране на топлинния товар на котли, работещи на общ паропровод: RSZ – множител на зададен сигнал; GKR - основен коригиращ регулатор

Два котела подават пара към паропровода с дебит д k1 и д k2. От паропровода парата тече към турбините T 1 ; T 2 и T 3 с разноски дТ1; дТ2 и дТ3. Ако има баланс на постъпващата пара от котлите и напускането на главната линия към турбините, тогава налягането на парата в главната линия Р m няма да се промени ( Р m,0).

Ако турбините започнат да консумират повече или по-малко пара, тогава балансът на притока на пара в главния тръбопровод и неговия поток от главния тръбопровод се нарушава и налягането Рм се нуждае от регулация. Междинни обекти в тази система са котли ДА СЕ 1 и ДА СЕ 2, а междинните параметри са топлинните натоварвания на котлите д q 1 и д q2. Въз основа на тях се изгражда регулатор на термично натоварване ( RTN), който контролира подаването на гориво (газ). Това е първата регулаторна каскада.

Регулаторите поддържат топлинните натоварвания постоянни д q 1.0 и д q 2.0 и съответно разход на пара д k1 и д k2. Ако налягането в линията Р m започва да се променя (параметър j), регулаторът на налягането влиза в действие Р m (това е 2-ра каскада), която в зависимост от отклонението на налягането ±D Р m =( Рм - Р m,0) генерира сигнал на изхода и чрез умножителя на еталонния сигнал ( RSZ) контролира работата на регулаторите на топлинния товар на котела ( RTN), променяйки задачата със стойност ±D др. В съответствие с този сигнал регулаторите на PTH променят подаването на гориво към котлите и по този начин производството на потребление на пара д k1 и д k2 по такъв начин, че да възстанови налягането в линията Рм.

В случай, че тези методи за контрол не дадат желаните резултати, те преминават към ограничаване на смущенията l.

Фиг. 1. Структура на каскаден PID температурен регулатор в кожух на реактор

Фиг.2. Структура на каскаден PID температурен регулатор в рефлукс охладител на реактор

1. Регулатори

Общи точки

– Подсистемата за управление се състои от четири PID регулатора, образуващи две управляващи каскади (фиг. 1., фиг. 2.);

– Управлението на главния и подчинения регулатор (смяна на режима и настройката на работа) е разрешено винаги, независимо дали реакторът работи или не, както от мнемосхемата „Състояние на инсталацията“, така и от прозорците на регулатора;

Излишък на регулатора

– За повишаване на надеждността системата осигурява резервни регулатори. Основният е софтуерен контролер, резервният е хардуерен (SIPART DR22).

– Промяната на коефициентите на хардуерния контролер (коефициент на предаване, времеконстанта на интегриране и времеконстанта на диференциране) в съответствие с настройките на софтуерния контролер се извършва чрез натискане на бутона "Приложи" в прозореца за настройки на софтуерния контролер;

Структура на програмния контролер

Структурата на софтуерния контролер е показана на фиг.1, фиг.2.

Контрол на регулатора

– И четирите регулатора на реактора се управляват от прозорците на регулатора или от мимическата диаграма „Състояние на инсталацията“. Външен видпрозорци са показани на фиг.1., фиг.2.

– За всеки от четирите реакторни регулатора има индивидуален прозорец, който има две форми: основната е „прозорец за управление на регулатора“, а спомагателната е „прозорец за настройки на регулатора“. Превключването между тези форми става чрез натискане на бутони или в горната дясна част на прозорците.

– С натискане на бутон „RAMP” (наличен само на прозореца на водещия регулатор за хладилника) се отваря прозорецът за настройки на рампата и контрол (виж фиг. 2.).

– Самата рампа е линейна промяна в еталонната температура от стойността на „Началната стойност“ до стойността на „Крайната стойност“ по време на „времето за преход“;

– Прозорецът за настройка и контрол на рампата е проектиран да наблюдава напредъка на рампата и също така предоставя на оператора възможност да контролира рампата;

– В начално състояние, когато рампата е неактивна, бутонът „Стоп“ е натиснат, бутоните „Старт“ и „Пауза“ са освободени, бутонът „Пауза“ е недостъпен, „Крайна стойност“ и „Преходно време“ полетата са достъпни за въвеждане, в полето „Начална стойност” се показва текущата стойност на температурата, в полетата „Изминало време” и „Оставащо време” – нула;

– Когато рампата е активна, бутоните „Стоп” и „Пауза” са освободени, бутонът „Старт” е натиснат, бутонът „Пауза” е наличен, всички полета не са достъпни за въвеждане.

Полето "Начална стойност" показва стойността на температурата, от която започва плавната промяна на настройката на контролера след натискане на бутона "Старт" или стартиране на системата за рампа.

Полето End Value показва референтната стойност на контролера, която ще бъде зададена след завършване на рампата.

Полето „Време на преход“ показва общото време на рампа, полето „Изминало време“ показва изминалото време на рампа, а полето „Оставащо време“ показва оставащото време на рампа;

– След изтичане на времето за „Преходно време” настройката на контролера е равна на стойността „Крайна стойност”, полетата и бутоните за въвеждане се връщат в първоначалното си състояние;

Извършване на рампа от оператор

– Системата има възможност за извършване на рампа по команда на оператора с зададени от оператора настройки;

– Преди стартиране на рампата операторът въвежда необходимите стойности в полетата „Крайна стойност” и „Време на преход”;

– От началото на фазата на полимеризация до началото на първата планирана допълнителна доза вода, на оператора в полето „Крайна стойност” е забранено да въвежда стойност, по-голяма от текущата температура в реактора.

Ако реакторът работи, преди началото на фазата на полимеризация и от момента, в който започне първата планирана допълнителна доза вода, полетата за въвеждане в настройките на рампата и контролния прозорец не са достъпни за въвеждане от оператора, бутоните за управление на рампата не са достъпни за натискане от оператора.

Ако реакторът не работи, полетата за въвеждане в настройките на рампата и контролния прозорец са достъпни за въвеждане от оператора, бутоните за управление на рампата са достъпни за натискане от оператора;

– За стартиране на рампата операторът натиска бутон „Старт”, докато е натиснат бутон „Стоп”;

– По време на рампата в изходното поле „Начална стойност” се изписва стойността на температурата, от която започва плавната промяна на настройката на контролера след натискане на бутон „Старт”;

– Ако по време на рампа трябва да промените нейните параметри (крайна стойност или време за преход), трябва да натиснете бутона „Пауза“. В този случай бутонът “Старт” остава натиснат, бутонът “Стоп” остава натиснат и полетата за въвеждане на “Крайна стойност” и “Преходно време” са достъпни за въвеждане. Промяната на настройката на контролера от подпрограмата RAMP и отчитането на изминалото време в полето "Изминало време" ще бъде временно спряно;

– След като новите параметри на рампата бъдат въведени в полетата за въвеждане, операторът натиска бутона „Пауза“, стойността в изходното поле „Оставащо време“ автоматично се преизчислява и процесът на плавна промяна на задачата с нови параметри и обратното броене на времето за рампа в полето „Изминало време“ се възобновява;

– Новата стойност в полето „Оставащо време” се изчислява по следния начин: . Ако рампата преди натискане на бутона "Пауза" продължи по-дълго от въведеното в полето "Време на преход" по време на паузата, тогава оставащото време се приема равно на нула, настройката на контролера се задава равна на стойността в "Крайно стойност" поле;

– В два случая: чрез натискане на бутон „Старт” и чрез натискане на бутон „Пауза” заданието за водещия регулатор в кожуха се задава на една степен по-малко от „Крайната стойност” на рампата;

Функциониране на регулаторите

– И четирите реакторни регулатора имат два режима на работа: ръчен и автоматичен. В ръчен режим обратната връзка е отворена, PID алгоритъмът не функционира, операторът и системата имат възможност да променят управляващото действие върху вентила. В автоматичен режим обратната връзка е затворена, PID алгоритъмът работи, операторът и системата имат възможност да променят целевата температура;

– Четирите реакторни регулатора са обединени в две каскадни вериги за управление, всяка от които има главен и подчинен регулатор. Каскадата се счита за затворена, ако подчинените и главните контролери са в автоматичен режим;

– Главният контролер не може да бъде в автоматичен режим на управление, ако подчиненият е в ръчен режим. Ако операторът или системата превключи подчинения контролер на ръчен режим, главният също ще превключи на ръчен режим и каскадата се отваря. Ако операторът или системата превключи подчинения контролер на автоматичен режим, главният режим не се променя (остава в ръчен), каскадата остава отворена. Главният контролер може да бъде превключен на автоматичен режим само ако подчиненият е в автоматичен режим;

– При включване на главния регулатор в автоматичен режим безударното затваряне на каскадата се осигурява чрез предварително задаване на управляващото действие на главния регулатор, равно на задачата на подчинения регулатор.

Въпроси за ефективна работа на помпено и енергийно оборудване в последните годинистават все по-актуални поради увеличаването на тарифите за електрическа енергия, разходите за които в общата структура на разходите могат да бъдат много значителни.

Водоснабдяването и канализацията са отрасли с интензивно използване на помпено оборудване; делът на електроенергията, консумирана от помпите, е повече от 50% от общото потребление на енергия. Следователно въпросът за намаляване на разходите за енергия за водоснабдителните организации се крие преди всичко в ефективното използване на помпено оборудване.

Средно ефективността на помпените станции е 10-40%. Въпреки факта, че ефективността на най-често използваните помпи варира от 60% за тип K и KM помпи и повече от 75% за тип D помпи.

Основните причини за неефективното използване на помпено оборудване са следните:

Преоразмеряване на помпи, т.е. монтаж на помпи с параметри на дебита и налягането, по-големи от необходимите за осигуряване на работата на помпената система;

Регулиране на режима на работа на помпата с помощта на клапани.

Основните причини, които водят до преоразмеряване на помпите са следните:

На етапа на проектиране помпеното оборудване се разполага с резерв в случай на непредвидени пикови натоварвания или като се вземе предвид бъдещото развитие на микрорайона, производството и др. Често има случаи, когато такъв коефициент на безопасност може да достигне 50%;

Промени в параметрите на мрежата - отклонения от проектната документация по време на строителството, корозия на тръбите по време на експлоатация, подмяна на тръбопроводни участъци по време на ремонти и др.;

Промени в потреблението на вода поради нарастване или намаляване на населението, промени в броя на промишлените предприятия и др.

Всички тези фактори водят до факта, че параметрите на помпите, монтирани в помпените станции, не отговарят на изискванията на системата. За да осигурят необходимите параметри на помпената станция за захранване и налягане в системата, експлоатационните организации прибягват до регулиране на потока с помощта на клапани, което води до значително увеличаване на консумацията на енергия както поради работата на помпата в зона с ниска ефективност, така и поради загуби при дроселиране.

Методи за намаляване на енергоемкостта на помпените агрегати

Оптималната консумация на енергия оказва значително влияние върху жизнения цикъл на помпата. Предпроектното проучване на конкурентоспособността се изчислява по методологията на разходите за жизнения цикъл, разработена от специализирани западни институти.

Таблица 1 обсъжда основните методи, които според Американския хидравличен институт и Европейската асоциация на производителите на помпи намаляват потреблението на енергия от помпата, а също така показва мащаба на потенциалните спестявания.

Таблица №1. Мерки за намаляване на потреблението на енергия и техния потенциален размер.

Основният потенциал за спестяване на енергия се крие в замяната на управлението на потока на помпата със шибър. честотно или каскадно регулиране, т.е. използването на системи, способни да адаптират параметрите на помпата към изискванията на системата. Когато се взема решение за използването на един или друг метод за управление, е необходимо да се вземе предвид, че всеки от тези методи също трябва да се прилага, като се започне от параметрите на системата, върху която работи помпата.

Ориз. Каскадно управление на режима на работа на три паралелно монтирани помпи при работа в мрежа с преобладаващо статичен компонент.

В системи с голям статичен компонент, използването на каскадно управление, т.е. Свързването и изключването на необходимия брой помпи ви позволява да регулирате режима на работа на помпите с висока ефективност.

Каскадното управление е управление, при което два или повече управляващи контура са свързани, така че изходът на единия контролер регулира зададената точка на другия контролер.

Фигурата по-горе е блокова диаграма, която илюстрира концепцията за каскадно управление. Блоковете в диаграмата всъщност представляват компонентите на два управляващи контура: главния контур, който е съставен от контролни елементи A, E, F и G, и подчинения контур, който е съставен от контролни елементи A, B C, и D. Изходът на главния контролер на контура е еталонът (заданата точка) за контролера на подчинения контролер на контура. Контролерът на подчинената верига генерира управляващ сигнал за задвижващия механизъм.

За процеси, които имат значителни характеристики на забавяне (капацитет или съпротивление, които забавят промените в променлива), подчинената контролна верига на каскадна система може да открие несъответствие в процеса по-рано и по този начин да намали времето, необходимо за коригиране на несъответствието. Можем да кажем, че подчинената управляваща верига „споделя“ закъснението и намалява влиянието на смущението върху процеса.

В каскадна система за управление се използва повече от един първичен сензорен елемент и контролерът (в подчинения контролен контур) получава повече от един входен сигнал. Следователно каскадната система за управление е многоконтурна система за управление.

Пример за каскадна система за управление

В примера по-горе управляващият контур в крайна сметка ще бъде водещият контур при изграждането на каскадна система за управление. Подчинената верига ще бъде добавена по-късно. Целта на този процес е да загрее водата, преминаваща през вътрешността на топлообменника, обикаляйки тръбите, през които преминава парата. Една от характеристиките на процеса е, че тялото на топлообменника има голям обем и съдържа много вода. Голямо количество вода има капацитет, който му позволява да задържа голямо количество топлина. Това означава, че ако температурата на водата, влизаща в топлообменника, се промени, тези промени ще се отразят на изхода на топлообменника с голямо закъснение. Причината за забавянето е големият капацитет. Друга особеност на този процес е, че парните тръби устояват на преноса на топлина от парата вътре в тръбите към водата извън тръбите. Това означава, че ще има забавяне между промените в потока на парата и съответните промени в температурата на водата. Причината за това забавяне е съпротивата.

Първичният елемент в този контролен контур контролира температурата на водата, напускаща топлообменника. Ако температурата на изходящата вода се е променила, съответната физическа промяна в първичния елемент се измерва от преобразувател, който преобразува стойността на температурата в сигнал, изпратен към контролера. Контролерът измерва сигнала, сравнява го със зададената точка, изчислява разликата и след това произвежда изходен сигнал, който управлява контролния клапан на паропровода, който е краен елементконтролен контур (регулаторен орган). Вентилът за регулиране на парата увеличава или намалява потока на парата, позволявайки на температурата на водата да се върне към зададената точка. Въпреки това, поради характеристиките на забавяне на процеса, промяната в температурата на водата ще бъде бавна и ще отнеме много време, преди контролният контур да може да отчете колко се е променила температурата на водата. Дотогава може да са настъпили твърде големи промени в температурата на водата. В резултат на това управляващият контур ще генерира прекалено силно управляващо действие, което може да доведе до отклонение в обратна посока (превишаване) и отново ще „изчака“ резултата. Поради бавен отговор като този, температурата на водата може да се покачва и понижава за дълго време, преди да се установи обратно до зададената точка.

Преходният отговор на системата за управление се подобрява, когато системата е допълнена с втори каскаден контролен контур, както е показано на фигурата по-горе. Добавеният контур е подчинен контур за каскадно управление.

Сега, когато потокът на пара се промени, тези промени ще бъдат усетени от чувствителния елемент на потока (B) и измерени от предавателя (C), който изпраща сигнал към подчинения контролер (D). В същото време температурният сензор (E) в главния контролен контур отчита всяка промяна в температурата на водата, напускаща топлообменника. Тези промени се измерват от измервателен преобразувател (F), който изпраща сигнал към главния контролер (G). Този контролер изпълнява функциите на измерване, сравнение, изчисляване и генерира изходен сигнал, който се изпраща към подчинения контролер (D). Този сигнал коригира зададената точка на подчинения контролер. След това подчиненият контролер сравнява сигнала, който получава от сензора за поток (C), с новата зададена точка, изчислява разликата и генерира коригиращ сигнал, който се изпраща към контролния вентил (A), за да регулира потока на парата.

В система за управление с добавяне на подчинен контролен контур към основния контур, всяка промяна в потока на парата се отчита незабавно от допълнителния контур. Необходимите настройки се правят почти веднага, преди смущението от потока на парата да повлияе на температурата на водата. Ако има промени в температурата на водата, напускаща топлообменника, чувствителният елемент възприема тези промени и главният контролен контур коригира зададената точка на контролера в подчинения контролен контур. С други думи, той задава зададена точка или "измества" регулатора в подчинения контролен контур, така че да регулира потока на парата за постигане на желаната температура на водата. Въпреки това, тази реакция на контролера на подчинения контур към промените в потока на парата намалява времето, необходимо за компенсиране на смущенията от потока на парата.