1、串級控制系統(tǒng)的結構與工作過程串級控制系統(tǒng)的結構與工作過程基本思路：基本思路： 以加熱爐控制為例，介紹串級控制以加熱爐控制為例，介紹串級控制思想的提出、串級控制系統(tǒng)的基本思想的提出、串級控制系統(tǒng)的基本構成、基本術語與工作過程構成、基本術語與工作過程加熱爐溫度控制系統(tǒng)加熱爐溫度控制系統(tǒng)冷物料加熱爐熱物料燃料溫度為定值控制要求：被加熱物料方案方案1：出口溫度為被控參數(shù)出口溫度為被控參數(shù) 燃料量為控制參數(shù)燃料量為控制參數(shù)T1CT1T冷物料加熱爐熱物料燃料影響出口溫度的因素：影響出口溫度的因素：).(3);()2();(1321tftftf變化、抽力的）煙窗擋板位置的改變（流量的變化波動、燃料熱值的變化

2、、壓力初溫）被加熱物料的流量和（方案方案1的分析的分析調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥爐膛管壁 物料測量變送器)(3tf)(1tf)(2tf)(tr)(ty系統(tǒng)的框圖如下：方案方案1的分析的分析所有的擾動都包含在環(huán)內(nèi)所有的擾動都包含在環(huán)內(nèi) ，理論上，理論上都可以由溫度控制器予以克服；都可以由溫度控制器予以克服；控制通道的時間常數(shù)和容量滯后比控制通道的時間常數(shù)和容量滯后比較大，控制作用不及時，系統(tǒng)克服較大，控制作用不及時，系統(tǒng)克服擾動的能力比較差。擾動的能力比較差。方案方案2：選擇爐膛溫度為被控參數(shù)：選擇爐膛溫度為被控參數(shù)T1CT1T冷物料加熱爐熱物料燃料方案方案2的分析：的分析：調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥爐膛管壁 物料測量變送

3、器)(3tf)(1tf)(2tf)( r t)(ty系統(tǒng)的框圖如下：方案方案2的分析的分析能及時有效地克服擾動能及時有效地克服擾動f2(t)、f3(t)的影響；的影響；f1(t)未包含在環(huán)內(nèi)，系統(tǒng)不能克服未包含在環(huán)內(nèi)，系統(tǒng)不能克服擾動擾動f1(t)對出口溫度的影響。對出口溫度的影響。 總之，兩種方案各有不同的優(yōu)點，總之，兩種方案各有不同的優(yōu)點，因此，可以綜合考慮二者的優(yōu)點。因此，可以綜合考慮二者的優(yōu)點。串級控制系統(tǒng)的構成串級控制系統(tǒng)的構成綜合考慮兩種方案的優(yōu)點：選取爐綜合考慮兩種方案的優(yōu)點：選取爐出口溫度為主被控變量，選取爐膛出口溫度為主被控變量，選取爐膛溫度為副被控變量，把爐出口溫度溫度為副

4、被控變量，把爐出口溫度控制器的輸出作為爐膛控制器的給控制器的輸出作為爐膛控制器的給定值。定值。串級控制系統(tǒng)流程圖串級控制系統(tǒng)流程圖T1CT1T冷物料加熱爐熱物料燃料T2CT2T串級控制系統(tǒng)的框圖串級控制系統(tǒng)的框圖)(2sGC控制閥爐膛 管壁 物料主測量變送器)(3tf)(1tf)(2tf1r1y)(1sGC副測量變送器2r2y1z2z串級控制系統(tǒng)的基本術語串級控制系統(tǒng)的基本術語主參數(shù)（主變量）：對象的主控參數(shù)主參數(shù)（主變量）：對象的主控參數(shù)副參數(shù)（副變量）：為了穩(wěn)定主參數(shù)副參數(shù)（副變量）：為了穩(wěn)定主參數(shù)而引入的輔助參數(shù)而引入的輔助參數(shù)主對象：由主參數(shù)表征其特性的生產(chǎn)主對象：由主參數(shù)表征其特性的

5、生產(chǎn)過程過程副對象：由副參數(shù)為輸出的生產(chǎn)過程，副對象：由副參數(shù)為輸出的生產(chǎn)過程，副回路所包含的對象。副回路所包含的對象。串級控制系統(tǒng)的基本術語串級控制系統(tǒng)的基本術語主調(diào)節(jié)器（主控制器）：按主參數(shù)主調(diào)節(jié)器（主控制器）：按主參數(shù)的測量值與給定值的偏差進行工作的測量值與給定值的偏差進行工作的調(diào)節(jié)器。的調(diào)節(jié)器。副調(diào)節(jié)器（副控制器）：按副參數(shù)副調(diào)節(jié)器（副控制器）：按副參數(shù)的測量值與主調(diào)節(jié)器輸出的偏差進的測量值與主調(diào)節(jié)器輸出的偏差進行工作的調(diào)節(jié)器。行工作的調(diào)節(jié)器。主回路與副回路主回路與副回路串級控制系統(tǒng)的基本術語串級控制系統(tǒng)的基本術語一次擾動：不包括在副回路內(nèi)的擾動。一次擾動：不包括在副回路內(nèi)的擾動。二次

6、擾動：包括在副回路內(nèi)的擾動。二次擾動：包括在副回路內(nèi)的擾動。加熱爐串級控制系統(tǒng)流程圖加熱爐串級控制系統(tǒng)流程圖T1CT1T冷物料加熱爐熱物料燃料T2CT2T加熱爐串級控制系統(tǒng)工作過程加熱爐串級控制系統(tǒng)工作過程器校正。作用：主回路、主調(diào)節(jié)路進一步調(diào)節(jié)。度，如果擾動大，主回影響爐出口溫節(jié)，如果擾動不大，不作用：副調(diào)節(jié)器開始調(diào)、）（節(jié)過程如下：當系統(tǒng)受到擾動，其調(diào))()2()()(1132tftftf能滿足要求。開度變化較小就節(jié)閥的方向相反，閥的副調(diào)節(jié)器控制調(diào)變大，一個變小，主、數(shù)、副參數(shù)一個）一、二次擾動使主參調(diào)節(jié)速度很快；幅度開大或關小，變大或變小，調(diào)節(jié)閥大數(shù)、副參數(shù)同時）一、二次擾動使主參作用：

7、、21)()()() 3(321tftftf串級控制系統(tǒng)的實施方案串級控制系統(tǒng)的實施方案一般的串級方案一般的串級方案主控制器主控制器副控制器副控制器電氣轉換器電氣轉換器控制閥控制閥副對象副對象主對象主對象副變送器副變送器主變送器主變送器雙筆記錄儀雙筆記錄儀RY-通過雙筆記錄儀對主、副變量記錄。通過雙筆記錄儀對主、副變量記錄。電氣轉換器是閥門定位器。電氣轉換器是閥門定位器。串級控制系統(tǒng)的實施方案串級控制系統(tǒng)的實施方案能實現(xiàn)主控能實現(xiàn)主控-串級切換的串級方案串級切換的串級方案主控制器主控制器副控制器副控制器電氣轉換器電氣轉換器控制閥控制閥副對象副對象主對象主對象副變送器副變送器主變送器主變送器雙筆

8、記錄儀雙筆記錄儀RY-T串級控制系統(tǒng)的實施串級控制系統(tǒng)的實施主、副控制器控制規(guī)律的選擇；主、副控制器控制規(guī)律的選擇；主、副控制器正、反作用形式的選擇；主、副控制器正、反作用形式的選擇；串級與主控直接切換條件。串級與主控直接切換條件。主、副控制器控制規(guī)律選擇主、副控制器控制規(guī)律選擇主控制器控制規(guī)律：主控制器起主控制器控制規(guī)律：主控制器起定定值控制值控制作用，主變量是主要指標，作用，主變量是主要指標，允許波動小，一般要求無余差，因允許波動小，一般要求無余差，因此一般要選擇此一般要選擇PI或或PID。主、副控制器控制規(guī)律選擇主、副控制器控制規(guī)律選擇副控制器起副控制器起隨動控制隨動控制作用，副變量作用

9、，副變量的設置是為了保證主變量的控制質(zhì)的設置是為了保證主變量的控制質(zhì)量，對快速性要求較高，可以在一量，對快速性要求較高，可以在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器一般選副調(diào)節(jié)器一般選P控制規(guī)律即可?？刂埔?guī)律即可。副調(diào)節(jié)器一般不引入副調(diào)節(jié)器一般不引入I或或D引入引入I：會延長控制作用，減弱副回會延長控制作用，減弱副回路的快速作用。路的快速作用。引入引入D：因為副回路本身起快速作用，因為副回路本身起快速作用，再引入再引入D會使控制閥動作過大，對控會使控制閥動作過大，對控制不利。制不利。主副控制器正、反作用方式的選擇主副控制器正、反作用方式的選擇基本原則：整個控制系

10、統(tǒng)構成負反基本原則：整個控制系統(tǒng)構成負反饋系統(tǒng)饋系統(tǒng)具體做法：主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)具體做法：主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正極性乘積必須為正極性規(guī)定：與單回路系統(tǒng)相同極性規(guī)定：與單回路系統(tǒng)相同應用舉例應用舉例1：加熱爐溫度控制系統(tǒng)：加熱爐溫度控制系統(tǒng)T1CT1T冷物料加熱爐熱物料燃料T2CT2T主變量：出口溫度；副變量：爐膛溫度主變量：出口溫度；副變量：爐膛溫度燃料控制閥的選擇：從安全角度出燃料控制閥的選擇：從安全角度出發(fā)，一旦調(diào)節(jié)閥損壞，保證控制閥發(fā)，一旦調(diào)節(jié)閥損壞，保證控制閥處于全關狀態(tài)，切斷燃料進入加熱處于全關狀態(tài)，切斷燃料進入加熱爐，確保設備安全，所以要選擇爐，確保設備安全，所以要

11、選擇氣氣開式開式調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥。0VK副回路的分析副回路的分析用形式所以，副控制器為反作的原則，按照正過程副過程為爐膛溫度升高增大燃料流量當調(diào)節(jié)閥的開度增大000202202CCVKKKKK主回路的分析主回路的分析主調(diào)節(jié)器為反作用形式，即：，所以要求：由于主過程為正過程爐出口溫度升高當爐膛溫度升高00001102201KKKKKKCCV調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)過程出口溫出口溫度升高度升高主控制器主控制器輸出減小輸出減小副控制器副控制器給定減小給定減小控制閥控制閥開度減小開度減小加熱爐加熱爐燃料減少燃料減少爐膛溫爐膛溫度下降度下降出口溫出口溫度下降度下降反作用形式反作用形式隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)副控制器副控制器輸

12、出減小輸出減小氣氣 開開 式式形成閉環(huán)控制形成閉環(huán)控制相當于測量值增加相當于測量值增加應用舉例應用舉例2：精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)：精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)精餾過程：將混合物料中各組分分離，精餾過程：將混合物料中各組分分離，達到規(guī)定的純度。達到規(guī)定的純度。分離的機理：利用混合物中各組分的揮分離的機理：利用混合物中各組分的揮發(fā)度不同（沸點不同）使液相中的輕組發(fā)度不同（沸點不同）使液相中的輕組分（低沸物）和液相中的重組分（高沸分（低沸物）和液相中的重組分（高沸物）互相轉移，從而實現(xiàn)分離。物）互相轉移，從而實現(xiàn)分離。精餾塔示意圖精餾塔示意圖進料進料熱蒸汽熱蒸汽采出采出冷凝冷卻器冷凝冷卻器F,zfB,

13、xBD,xDLBLDL回流罐回流罐回流泵回流泵再沸器再沸器精餾塔精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)提餾段溫度控制系統(tǒng)進料進料熱蒸汽熱蒸汽采出采出F,zfB,xBLB再沸器再沸器精餾塔精餾塔TCTT如果蒸汽壓力如果蒸汽壓力波動比較大、波動比較大、比較頻繁，而比較頻繁，而塔釜容量比較塔釜容量比較大，控制將很大，控制將很不及時，控制不及時，控制效果會很差。效果會很差。控制閥的蒸汽控制閥的蒸汽流量不僅與閥流量不僅與閥的開度有關，的開度有關，而且與閥前后而且與閥前后的壓力有關。的壓力有關。增設一個流量控制系統(tǒng)增設一個流量控制系統(tǒng)兩個系統(tǒng)兩個系統(tǒng)相互關聯(lián)，相互關聯(lián)，無法工作。無法工作。進料進料蒸汽蒸汽采出采出F,z

14、fB,xBLB再沸器再沸器精餾塔精餾塔TCTTFCFTV1V2關聯(lián)情況分析關聯(lián)情況分析當進料量增大，提餾段溫度下降，當進料量增大，提餾段溫度下降，TC開始開始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)，V1開度增大，蒸汽流量增大。開度增大，蒸汽流量增大。由于流量是個閉環(huán)系統(tǒng)，當檢測到流量增由于流量是個閉環(huán)系統(tǒng)，當檢測到流量增加，加，F(xiàn)C開始調(diào)節(jié)，使流量等于設定值，即開始調(diào)節(jié)，使流量等于設定值，即將將V2關小。關小。上述兩種情況發(fā)生矛盾，無法實現(xiàn)控制。上述兩種情況發(fā)生矛盾，無法實現(xiàn)控制。構成串級控制系統(tǒng)構成串級控制系統(tǒng)進料進料蒸汽蒸汽采出采出F,zfB,xBLB再沸器再沸器精餾塔精餾塔TCTTFCFT串級控制系統(tǒng)方框圖串級控制

15、系統(tǒng)方框圖溫度控制器溫度控制器流量控制器流量控制器控制閥控制閥流量對象流量對象溫度對象溫度對象副變送器副變送器主變送器主變送器RY-控制閥氣開、氣關形式的選擇控制閥氣開、氣關形式的選擇依據(jù)安全要求，當出現(xiàn)故障無信號輸入依據(jù)安全要求，當出現(xiàn)故障無信號輸入時，應將閥關閉，防止將塔釜燒干損壞時，應將閥關閉，防止將塔釜燒干損壞設備，因此，選擇氣開式控制閥。設備，因此，選擇氣開式控制閥。KV0副控制器正、反作用形式選擇副控制器正、反作用形式選擇副對象：當閥門開大，流量增加，所以副對象：當閥門開大，流量增加，所以副對象為正過程，副對象為正過程，K020。根據(jù)根據(jù)KC2K02KV0，得出，得出KC20。根據(jù)

16、根據(jù)KC1K010，得出得出KC10，即主控制器即主控制器應選反作用形式。應選反作用形式。系統(tǒng)工作過程系統(tǒng)工作過程假設系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即假設系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即:溫度溫度控制器和流量控制器都處于穩(wěn)定數(shù)值，控制器和流量控制器都處于穩(wěn)定數(shù)值，控制閥處于某一開度不變。控制閥處于某一開度不變。系統(tǒng)受到干擾，平衡被破壞，溫度控制系統(tǒng)受到干擾，平衡被破壞，溫度控制器和流量控制器分三種情況進行調(diào)節(jié)。器和流量控制器分三種情況進行調(diào)節(jié)。溫度控制器溫度控制器流量控制器流量控制器控制閥控制閥流量對象流量對象溫度對象溫度對象副變送器副變送器主變送器主變送器RY-f2(t)f1(t)第一種情況：干擾來自副

17、環(huán)第一種情況：干擾來自副環(huán)假設某一時刻，蒸汽流量突然增大。由于假設某一時刻，蒸汽流量突然增大。由于再沸器和塔釜具有一定的容量滯后，干擾再沸器和塔釜具有一定的容量滯后，干擾響應滯后，提餾段溫度暫時不變。響應滯后，提餾段溫度暫時不變。蒸汽流量增加，副變送器輸出增加，副控蒸汽流量增加，副變送器輸出增加，副控制器輸出減小（反作用），控制閥開度減制器輸出減?。ǚ醋饔茫?，控制閥開度減小（氣開式），蒸汽流量變小。?。忾_式），蒸汽流量變小。隨著時間的推移，提餾段溫度上升，主控隨著時間的推移，提餾段溫度上升，主控制器輸出減小，副控制器給定減小，進一制器輸出減小，副控制器給定減小，進一步減小蒸汽流量。步減小蒸汽

18、流量。第二種情況：干擾來自主環(huán)第二種情況：干擾來自主環(huán)假設某一時刻進料量突增，塔釜液位上假設某一時刻進料量突增，塔釜液位上升，提餾段溫度下降，溫度控制器輸出升，提餾段溫度下降，溫度控制器輸出增大（反作用形式），流量控制器給定增大（反作用形式），流量控制器給定增大，流量控制器輸出增大（隨動系增大，流量控制器輸出增大（隨動系統(tǒng)），控制閥開度增大，進入再沸器的統(tǒng)），控制閥開度增大，進入再沸器的蒸汽量增多，提餾段溫度回升。蒸汽量增多，提餾段溫度回升。第三種情況：主、副環(huán)同時干擾第三種情況：主、副環(huán)同時干擾副環(huán)干擾使蒸汽量增大，而主環(huán)干擾使副環(huán)干擾使蒸汽量增大，而主環(huán)干擾使提餾段溫度降低。提餾段溫度降低

19、。溫度溫度主控制器輸出主控制器輸出流量控制器給定流量控制器給定閥開度閥開度蒸汽流量蒸汽流量流量測量值流量測量值流量控制器輸出流量控制器輸出閥開度閥開度二者相互抵消二者相互抵消副環(huán)干擾使蒸汽量增大，而主環(huán)干擾使副環(huán)干擾使蒸汽量增大，而主環(huán)干擾使提餾段溫度升高。提餾段溫度升高。溫度溫度主控制器輸出主控制器輸出流量控制器給定流量控制器給定閥開度閥開度蒸汽流量蒸汽流量流量測量值流量測量值流量控制器輸出流量控制器輸出閥開度閥開度二者綜合起來，能加速調(diào)節(jié)過程二者綜合起來，能加速調(diào)節(jié)過程串級與主控直接切換條件串級與主控直接切換條件從串級切到主控時，用主控器輸出代替原先副從串級切到主控時，用主控器輸出代替原先

20、副控制器的輸出去控制控制閥；控制器的輸出去控制控制閥；從主控切到串級時，用副控制器的輸出代替主從主控切到串級時，用副控制器的輸出代替主控制器的輸出去控制控制閥?？刂破鞯妮敵鋈タ刂瓶刂崎y。主控制器主控制器副控制器副控制器電氣轉換器電氣轉換器控制閥控制閥副對象副對象主對象主對象副變送器副變送器主變送器主變送器雙筆記錄儀雙筆記錄儀RY-T直接切換條件：直接切換條件： 保證去控制閥的控制信號方向一致保證去控制閥的控制信號方向一致當副控制器為反作用時：假設副變量不變，當副控制器為反作用時：假設副變量不變，當當主控制器輸出增大，主控制器輸出增大，相當于副變量測量相當于副變量測量值減小，值減小，副控制器輸出

21、增大副控制器輸出增大；當；當主控制器主控制器輸出減小輸出減小，相當于副變量測量值增大，相當于副變量測量值增大，副副控制器輸出減小?？刂破鬏敵鰷p小。主、副控制器輸出信號方向一致，可以直主、副控制器輸出信號方向一致，可以直接切換。接切換。當副控制器為正作用時：假設副變量不變，當副控制器為正作用時：假設副變量不變，當當主控制器輸出增大主控制器輸出增大，相當于副變量測量，相當于副變量測量值減小，值減小，副控制器輸出減小副控制器輸出減?。划?；當主控制器主控制器輸出減小輸出減小，相當于副變量測量值增大，相當于副變量測量值增大，副副控制器輸出增大控制器輸出增大。主、副控制器輸出信號方向不一致，不能主、副控制

22、器輸出信號方向不一致，不能直接切換。在串級向主控切換的同時改變直接切換。在串級向主控切換的同時改變主控制的正、反作用；由主控切換到串級主控制的正、反作用；由主控切換到串級時，將主控器恢復到原來的作用。時，將主控器恢復到原來的作用。串級控制系統(tǒng)的特點與分析串級控制系統(tǒng)的特點與分析改善了被控過程的動態(tài)特性，提高改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；了系統(tǒng)的工作頻率；具有很強的抗干擾能力；具有很強的抗干擾能力；具有一定的自適應能力。具有一定的自適應能力。改善被控過程的動態(tài)特性分析改善被控過程的動態(tài)特性分析）為二次擾動（）為一次擾動，（構如下：串級控制系統(tǒng)的典型結sFsF21)(2sGC)(

23、sGV)(02sG)(01sG)(1sGm)(1sR)(1sY)(1sGC)(2sGm)(2sY1z2z)(2sR等效變換)(2sGC)(sGV)(02sG)(01sG)(1sGm)(1sR)(1sY)(1sGC)(2sGm)(2sY)(sGV)(2sGC)(2sR)(2sGC)(sGV)(02sG)(01sG)(1sGm)(1sR)(1sY)(1sGC)(2sY)(2sGC)(sGV)(02sG)(01sG)(1sGm)(1sR)(1sY)(1sGC)(2sY。代替了原來的副對象等效副對象；回路系統(tǒng)的一只控制器控制器代替了單串級控制系統(tǒng)以主、副由圖可見：0202. 2. 1GG)()()()

24、(1)()()()(2022022202sGsGsGsGsGsRsYsGmVC)(2sGC)(sGV)(02sG)(01sG)(1sGm)(1sR)(1sY)(1sGC)(2sGm)(2sY)(sGV)(2sGC)(2sR分析sTKKKKKsGsGsGsGsGsGKsGKsGKsGsTKsGVmCVCmmmVVC022202022202020222220202021)()()()(1)()()(,)()(,1)(，則假設,11111)(02022202022202020222020202sTKsKKKKTKKKKKsTKKKKKsGVmCVmCVmC控制及時。減小了，響應加快所以容量滯后副回路

25、近似為比例環(huán)節(jié)的增加，會使隨著可見：,1102022020202022022020220220202TTKTTKKKKKKTTKKKKKKCmVCmVC結論結論 1.在串級控制系統(tǒng)中，由于增加了一個在串級控制系統(tǒng)中，由于增加了一個副回路，使等效被控過程的時間常數(shù)減副回路，使等效被控過程的時間常數(shù)減小了，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。小了，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。 2.等效副對象放大系數(shù)減小可以通過增等效副對象放大系數(shù)減小可以通過增大主控制器放大倍數(shù)的辦法加以補償。大主控制器放大倍數(shù)的辦法加以補償。系統(tǒng)工作頻率提高分析系統(tǒng)工作頻率提高分析)(2sGC)(sGV)(02sG)(01sG)(1sGm)

26、(1sR)(1sGC)(2sY0)()()()()()(10102121sGsGsGsGsGsGVmCC特征方程：由上圖求出閉環(huán)系統(tǒng)的)(1sY串級控制系統(tǒng)工作頻率串級控制系統(tǒng)工作頻率01s )s)(,)()(,1)(01021210201202011111010101KKKKKKTTTTKsGKsGKsGsTKsGVmCCmmVVCC（，則假設串級控制系統(tǒng)工作頻率串級控制系統(tǒng)工作頻率2-1-1-1220201020120200020102010TTTTTTTT串主環(huán)工作頻率為：于是得出串級控制系統(tǒng)的關系為：與自然頻率系統(tǒng)工作頻率得：與二階標準形式對比，單回路系統(tǒng)工作頻率單回路系統(tǒng)工作頻率)(

27、sGV)(02sG)(01sG)(1sGm)(sR)(sY)(sGC0)()()()()(101021sGsGsGsGsGVmC特征方程：由上圖求出閉環(huán)系統(tǒng)的0K1s )s)()(0102102012020111KKKKTTTTKsGKsGVmCmmCC（，則，假設0201020120201020120020102010/1/12-1-12TTTTTTTTTTTT單串單，則相同，假定二者整定的阻尼比得：與二階標準形式對比，控制質(zhì)量提高。過渡過程時間縮短，系統(tǒng)的工作頻率提高，情況下，串級控制結論：在相同衰減比的所以因為單串單串,/1/1020202010201TTTTTT串級控制系統(tǒng)具有較強的抗

28、干擾能力串級控制系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力由于串級控制系統(tǒng)副回路的存在，能迅由于串級控制系統(tǒng)副回路的存在，能迅速克服進入副回路的二次擾動，從而大速克服進入副回路的二次擾動，從而大大減小了二次擾動的影響，提高了控制大減小了二次擾動的影響，提高了控制質(zhì)量。質(zhì)量。干擾作用于主環(huán)，由于副環(huán)的存在，等干擾作用于主環(huán)，由于副環(huán)的存在，等效對象時間常數(shù)減小了，工作頻率提高，效對象時間常數(shù)減小了，工作頻率提高，比單回路更為及時地對干擾進行控制。比單回路更為及時地對干擾進行控制。串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應能力串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應能力如果系統(tǒng)為非線性（放大倍數(shù)與工作點有如果系統(tǒng)為非線性（放大倍數(shù)與工作點有

29、關），或具有時變性（放大倍數(shù)隨時間變關），或具有時變性（放大倍數(shù)隨時間變化），當控制器參數(shù)整定好不變時，在工化），當控制器參數(shù)整定好不變時，在工作過程中，控制質(zhì)量與預期的希望會發(fā)生作過程中，控制質(zhì)量與預期的希望會發(fā)生變化。變化。對單回路系統(tǒng)，上述問題難以克服，而串對單回路系統(tǒng)，上述問題難以克服，而串級控制系統(tǒng)則具有一定的適應能力。級控制系統(tǒng)則具有一定的適應能力。串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應能力串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應能力主回路是一個定值系統(tǒng)，副回路是一個隨動系主回路是一個定值系統(tǒng)，副回路是一個隨動系統(tǒng)。當操作條件和負荷發(fā)生變化，主變量發(fā)生統(tǒng)。當操作條件和負荷發(fā)生變化，主變量發(fā)生變化，主調(diào)節(jié)

30、器輸出發(fā)生變化，相當于副調(diào)節(jié)變化，主調(diào)節(jié)器輸出發(fā)生變化，相當于副調(diào)節(jié)器的給定值發(fā)生變化，主調(diào)節(jié)器能按照負荷和器的給定值發(fā)生變化，主調(diào)節(jié)器能按照負荷和操作條件的變化不斷改變副調(diào)節(jié)器的給定值，操作條件的變化不斷改變副調(diào)節(jié)器的給定值，使副調(diào)節(jié)器的給定值適應負荷和操作條件的變使副調(diào)節(jié)器的給定值適應負荷和操作條件的變化，即具有一定的自適應能力?；?，即具有一定的自適應能力。對于包含在副回路內(nèi)的非線性、參數(shù)變對于包含在副回路內(nèi)的非線性、參數(shù)變化、負荷變化具有一定的自適應能力?；?、負荷變化具有一定的自適應能力。)(2sGC)(sGV)(02sG)(01sG)(1sGm)(1sR)(1sY)(1sGC)(2sG

31、m)(2sY1z2z)(2sRm2m2V202V20202m2V202m2V2022m2V202V20202m22mV220222m02202K1KKs)(Ks)()(KKs)(KKs)(1KKs)(1Ks)()(Ks)(,Ks)(,s)(s)(s)(s)(1s)(s)(s)()(CCCCCCCVCCVCVCKGKGsGKGKGKKGKGsGGGKGGGGGGGGsG足夠大，當設統(tǒng)的影響微乎其微。時變性對控制系系，副對象的非線性、象的特性沒有關副回路等效環(huán)節(jié)與副對放大倍數(shù)足夠大，結論：如果副控制器的小結：小結：w改善了被控過程的動態(tài)特性，提高改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；了系

32、統(tǒng)的工作頻率；w具有很強的抗干擾能力；具有很強的抗干擾能力；w具有一定的自適應能力。具有一定的自適應能力。副回路的設計副回路的設計 串級控制系統(tǒng)的主回路是一個定值控制系統(tǒng)，串級控制系統(tǒng)的主回路是一個定值控制系統(tǒng)，主參數(shù)的選擇和主回路的設計可以按照單回主參數(shù)的選擇和主回路的設計可以按照單回路控制系統(tǒng)的設計原則進行，因此，串級控路控制系統(tǒng)的設計原則進行，因此，串級控制系統(tǒng)的設計主要是制系統(tǒng)的設計主要是副參數(shù)的選擇副參數(shù)的選擇和和副回路副回路的設計的設計以及以及主、副回路關系的考慮主、副回路關系的考慮。副回路應包括盡可能多的擾動副回路應包括盡可能多的擾動對于對于包含在副回路內(nèi)的非線性、參數(shù)變化、包含

33、在副回路內(nèi)的非線性、參數(shù)變化、負荷變化具有很強的抑制能力和一定的自負荷變化具有很強的抑制能力和一定的自適應能力適應能力，因此副回路應包括生產(chǎn)過程中，因此副回路應包括生產(chǎn)過程中變化劇烈、頻繁且幅度大的擾動。變化劇烈、頻繁且幅度大的擾動。并不是副回路包括的擾動愈多愈好，應該并不是副回路包括的擾動愈多愈好，應該是合理的，因為擾動愈多，通道愈長，副是合理的，因為擾動愈多，通道愈長，副回路將失去回路將失去快速克服擾動快速克服擾動的能力。的能力。應使主、副過程的時間常數(shù)適當匹配應使主、副過程的時間常數(shù)適當匹配目的：保證安全生產(chǎn)、防止共振目的：保證安全生產(chǎn)、防止共振匹配原則：主、副過程時間常數(shù)之比應匹配原則

34、：主、副過程時間常數(shù)之比應在在310之間。之間。如果副過程的時間常數(shù)比主過程小得太如果副過程的時間常數(shù)比主過程小得太多，即副過程時間常數(shù)小，副回路反應多，即副過程時間常數(shù)小，副回路反應靈敏，控制作用快，但這種情況一般副靈敏，控制作用快，但這種情況一般副回路包含的擾動少，對過程特性的改善回路包含的擾動少，對過程特性的改善減小了。減小了。如果副過程的時間常數(shù)大于主過程的時如果副過程的時間常數(shù)大于主過程的時間常數(shù)，此時，副回路對過程特性的改間常數(shù)，此時，副回路對過程特性的改善效果顯著，但反映遲鈍，不能及時有善效果顯著，但反映遲鈍，不能及時有效地克服擾動。效地克服擾動。如果副過程的時間常數(shù)與主過程的時

35、間如果副過程的時間常數(shù)與主過程的時間常數(shù)接近，此時，主、副過程的動態(tài)聯(lián)常數(shù)接近，此時，主、副過程的動態(tài)聯(lián)系密切，當一個參數(shù)發(fā)生振蕩時，會使系密切，當一個參數(shù)發(fā)生振蕩時，會使另一個參數(shù)也發(fā)生振蕩，即另一個參數(shù)也發(fā)生振蕩，即“共振共振”，它不利于生產(chǎn)的正常運行。它不利于生產(chǎn)的正常運行。將非線性環(huán)節(jié)處于副環(huán)之中將非線性環(huán)節(jié)處于副環(huán)之中當操作條件或負荷發(fā)生變化時，主控制當操作條件或負荷發(fā)生變化時，主控制器可以適當修改副控制器的給定值，使器可以適當修改副控制器的給定值，使副環(huán)在一個新的工作點上運行，以適應副環(huán)在一個新的工作點上運行，以適應由于非線性導致的工作點變化。由于非線性導致的工作點變化。 （對于非線性特性，當工作點發(fā)生變化（對于非線性特性，當工作點發(fā)生變化時，放大系數(shù)就發(fā)生了變化）時，放大系數(shù)就發(fā)生了變化）合成反應器溫度串級控制合成反應器溫度串級控制T1TT1CT2TT2C合成反應器合成反應器換熱器換熱器醋酸和乙