第7章 复杂调节系统(上)
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机器人学基础第7章
7. 2 伺服电动机驱动控制原理
可以推导出双极式PWM 控制H 桥变换器输出平均电压 为:
式中d 为占空比。 电动机调速时, d 的可调范围为[0, 1]。由式(7 - 2) 可知,
当d > 1 /2 时, 施加在电动机电枢上的平均电压>0, 电动 机正转; 当d <1 /2 时, 施加在电动机电枢上的平均电压 <0, 电动机反转; 当d = 1 /2 时, 施加在电动机电枢上的平 均电压为0, 电动机停转。
7. 2 伺服电动机驱动控制原理
电动机是将电能转换为磁场并将其转换为机械能输出的 一种装置, 其基本构成是磁铁、线圈及机构等, 其工作原 理是基于电流的磁效应。由电流磁效应可知, 通电导体 周围会产生磁场, 从而使得通电导体在磁场中受到安培 力作用而运动, 其受力方向可根据左手定则进行判断。
7. 2 伺服电动机驱动控制原理
7. 2 伺服电动机驱动控制原理
3. 直流伺服电动机H 桥PWM 调压驱动控制原理 直流伺服电动机电枢两端电压的大小和极性由一定的功
率变换器进行控制。驱动控制分为双极式和单极式两种: 双极性控制具有正反转动态响应性能好的优点, 但存在 损耗高的缺点; 单极性控制具有正反转动态响应性不高 的缺点, 但效率相对较高。本章着重分析最常用的基于 H 桥的双极式PWM 驱动控制方式。
7. 1 机器人关节伺服系统组成
7. 1. 3 关节电动机驱动控制器
驱动控制器是机器人关节伺服系统的核心运算和能量控 制单元, 作用是给电动机提供一定规律的电能, 对电动 机的位置、速度、力矩等进行控制, 实现机器人关节跟 随输入指令进行伺服运动。电动机驱动控制器包含两个 部分: 功率驱动单元和算法控制单元。
7. 1 机器人关节伺服系统组成
PhotoShop第7章 图像的色调和色彩调整
4）拖动“颜色容差”滑块可调整选区的大小。容差越大，选取的 范围越大，此时设置“颜色容差”为130,如左下图所示。 5）在“替换”选项组中，调整所选中颜色的“色相”、“饱和度” 和“亮度”，如中下图所示，单击“确定”按钮，结果如右下图 所示。
7.2.5 可选颜色
“可选颜色”命令可校正不平衡的色彩和调整颜色，它是高 端扫描仪和分色程序使用的一项技术，在图像中的每个原色中 添加和减少CMYK印刷色的量。 使用“可选颜色”命令调整图像色彩的具体操作步骤如下： 1）打开要处理的图片，如左下图所示。 2）执行菜单中的“图像”→“调整”→“可选颜色”命令，弹出 右下图所示的对话框。在该对话框中，可以调整在“颜色”下 拉列表框中设置的颜色，有针对性的选择红色、绿色、蓝色、 青色、洋红色、黄色、黑色、白色和中性色进行调整。
吸管工具：对话框右下角从左到右依次为 （设置黑场）、
（设置灰点）和 （设置白场）。选择其中任何一个吸管， 然后将鼠标指针移到图像窗口中，鼠标指针变成相应的吸管 形状，此时单击即可进行色调调整。选择 黑场）后在图像中 单击，图像中所有像素的亮度值将减去吸管单击处的像素亮 度值，从而使图像变暗。 （设置白场）与 （ 设置黑场）相 反，Photoshop CS3将所有的像素的亮度值加上吸管单击处的 像素的亮度值，从而提高图像的亮度。 （设置灰点）所选中 的像素的亮度值用来调整图像的色调分布。 自动：单击“自动”按钮，将以所设置的自动校正选项对 图像进行调整。 存储：单击“存储”按钮，可以将当前所做的色阶调整保 存起来。 载入：单击“载入”按钮，可以载入以前的色阶调整。 3）设置“输入色阶”的三个值分别为0，1.4，90，如左下图 所示，单击“确定”按钮，结果如右下图所示。
7.2.4 替换颜色
自控原理课件 第7章-自动控制系统控制器及其校正与设计
31
32
33
比例控制器另一作用是调整系统的开环放大 倍数，加快系统的响应速度。 考虑图7.14所示带有比例控制器校正的控制系 统，系统的闭环传递函数为
34
可见，Kp 愈大，稳态精度愈高，系统的时间常 数τ＝T/(1+Kp )愈小，则系统响应速度愈快。 [例7.4]被控对象为一阶惯性的比例控制器控 制时SIMULINK仿真 如图7.15所示，一阶惯性环节为10/(5s+1) ，比例控制器增益为1时，系统输出为指数上升 形式。 如图7.16所示，被控对象不变，比例控制器 增益为10，系统输出仍为指数上升形式，输出与 输入不相等，仍为有差系统，但误差减小，且响 应速度加快，读者可计算验证。
67
由图7.36可见，校正前原系统是O型系统(无积 分器）是有静差系统。校正后系统成为I型系统(含 有一个积分器)，在阶跃输入下能实现无静差，改 善了系统的稳态性能。校正前原系统相位裕量＝ 88º ，校正后相位裕量＝65，相位裕量是减小的， 意味着系统的超调量将增加，降低了系统的稳定 性。总之，采用PI校正，能改善系统的稳态性能， 而动态性能可能受到一定的影响。
第7章 自动控制系统控制器及其 校正与设计
本章主要讲述自动控制系统中常用的控制器 及其校正。在对自动控制系统分析后，发现系统 不能满足性能指标的要求，需要对系统进行改进， 在原有的系统中，有目的地增添一些装置和元件， 人为地改变系统的结构和性能，使之满足所要求 的性能指标，这种方法就称为校正。常用的校正 方法有串联校正、反馈校正和顺馈补偿。同时， 本章还简要叙述常用的工程上的设计方法。
38
SIMULINK仿真结果如图7.20所示，输出波形 虽有振荡，但超调量减小，振荡次数减少，系统响 应得到了改善。 7．2．3 积分控制器(I)校正
华师版科学八年级下册第七章《生命活动的调节》7.2.2 神经调节的基本方式
夯实基础·巩固练
8．【中考·海南】以下的人类活动必须有大脑皮层参与的是( B ) A．排尿反射 B．望梅止渴 C．缩手反射 D．眨眼反射
【点拨】排尿反射、缩手反射、眨眼反射，都是生来就有的先天 性非条件反射，没有大脑皮层参与，A、C、D 不正确；望梅止 渴是在非条件反射的基础上，经过一定的过程，在大脑皮层参与 下完成的条件反射，B 正确。
整合方法·提升练
12．当你走在放学回家的路上，突然狂风大作，电闪雷鸣，这时 你会急忙找避雨地点，并迅速跑过去，如图是该过程反射活 动图解。请你结合所学知识回答问题。
整合方法·提升练
(1)在耳内，感受雷声、风声的感受器是__耳__蜗____。视觉是在 _大__脑__皮__层__的__视__觉___中枢形成的。
(2)④在反射弧中属于_传__出__神__经_____；遇到狂风大作，电闪雷鸣你 会选择地点避雨，这种反射活动属于_条__件__(或__复__杂__)_反射，该反 射的神经中枢位于_大__脑__皮__层_____。
夯实基础·巩固练
【点拨】①杯弓蛇影、②鹦鹉学舌、③老马识途、⑥望梅止渴、 ⑦小狗听人话，都是在非条件反射的基础上，在大脑皮层参与下 形成的条件反射；④婴儿吮奶、⑤吃酸杏流唾液，都是生来就有 的，不学而能的非条件反射。所以属于非条件反射的是④婴儿吮 奶、⑤吃酸杏流唾液。
【答案】B
夯实基础·巩固练
7．机体的协调统一主要靠神经调节来实现，有关叙述正确的是 (B ) A．神经系统的基本组成单位是反射弧 B．神经调节的基本方式是反射 C．神经中枢都分布在大脑皮层 D．非条件反射不需要神经中枢参与
夯实基础·巩固练
【点拨】条件反射的建立以非条件反射为基础，A 错误；当条件 反射建立以后，必须用食物刺激强化，才能巩固已建立起来的条 件反射，否则，建立起来的条件反射就会消退，B 错误；随着训 练天数的增加，小鼠走迷宫时平均转错的次数逐渐减少，由此得 出的结论：经过训练，小鼠获得了走迷宫的条件反射，C 正确； 据表中数据可见，乙组小鼠的转错次数逐渐减少，说明乙组小鼠 也能建立条件反射，D 错误。 【答案】C
自动控制--第七章 串级调节系统
以上问题的解决简单调节系统所是不能胜任的， 因此，相应地就出现了一些与简单调节系统不同的其 它调节形式，这些调节系统统称为复杂调节系统。
7.1 串级调节系统
对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用 简单调节系统往往调节质量较差，满足不了工艺上的 要求，这时，可考虑采用串级调节系统。
例 管式加热炉是炼油、化工生产中重要装置之 一。无论是原油加热或重油裂解，对炉出口温度的调 节十分重要。
与引要的 副主给入指被 变要定的燃调 量是值辅料参 给指的助油数 定炉偏变燃， 值内差烧原
工量装这 ，料作，置里 这油（这及是 里的又里炉原 是受名是膛料 温热随炉部油 控管动分道
7
调出膛节口器温器温T度1）度CθT2θ21C
各种具体对象的串级调节系统都可以画成典型形
式的方块图，如图7-4所示。
7
（3） 在系统特性上 由于副回路的引入，改善了对象的特性，使调节 过程加快，具有超前调节的作用，从而有效地克服滞 后，提高了调节质量。
（4） 具有一定的自适应能力 在串级调节系统中，主回路是一个定值系统，副 回路却是一个随动系统。当负荷或操作条件发生变化 时，主调节器能够适应这一变化及时地改变副调节器 的给定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在 新的负荷和操作条件下，调节系统仍然具有较好的控 制质量。
1 K2 T2s 1
T2s 1 1 K2
T '2 s 1
其中，
（7-3 ）
K 2 Kc2 K02
K
'02
K2 1 K2
T
'2
T2 1 K2
（7-4 ）
❖ 由于采用了串级调节，时间常数T2，减小1+K2倍
。且K2可以取得很大，T´2可以减到很小数值。
7.1 串级调节系统
对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用 简单调节系统往往调节质量较差，满足不了工艺上的 要求，这时，可考虑采用串级调节系统。
例 管式加热炉是炼油、化工生产中重要装置之 一。无论是原油加热或重油裂解，对炉出口温度的调 节十分重要。
与引要的 副主给入指被 变要定的燃调 量是值辅料参 给指的助油数 定炉偏变燃， 值内差烧原
工量装这 ，料作，置里 这油（这及是 里的又里炉原 是受名是膛料 温热随炉部油 控管动分道
7
调出膛节口器温器温T度1）度CθT2θ21C
各种具体对象的串级调节系统都可以画成典型形
式的方块图，如图7-4所示。
7
（3） 在系统特性上 由于副回路的引入，改善了对象的特性，使调节 过程加快，具有超前调节的作用，从而有效地克服滞 后，提高了调节质量。
（4） 具有一定的自适应能力 在串级调节系统中，主回路是一个定值系统，副 回路却是一个随动系统。当负荷或操作条件发生变化 时，主调节器能够适应这一变化及时地改变副调节器 的给定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在 新的负荷和操作条件下，调节系统仍然具有较好的控 制质量。
1 K2 T2s 1
T2s 1 1 K2
T '2 s 1
其中，
（7-3 ）
K 2 Kc2 K02
K
'02
K2 1 K2
T
'2
T2 1 K2
（7-4 ）
❖ 由于采用了串级调节，时间常数T2，减小1+K2倍
。且K2可以取得很大，T´2可以减到很小数值。
建筑节能技术(李德英第2版)第7章空调系统运行调节与管理节能技术
空气处理系统与风系统的运行调节
各工况区最佳运行工况的确定,主要考虑以下原则: 1)条件许可时,不同季节尽量采用不同的室内环境设定参数以及充分利用室内被调参数的允 许波动范围,以推迟用冷(或用热)的时间。 2)尽量避免冷热量抵消的现象。 3)在冬、夏季,应充分利用室内回风,保持最小新风量,以节省冷量或热量。
空气处理系统与风系统的运行调节
同理,如果保持(dN-dO)不变,则为保证N状态不变,必然要求一个新的(tN-tO')或(tN-tO″),即要求一 个新的tO'或tO″,而这就须配合以改变再加热量的调节方法才能达到,如图7-6所示。由以上分析可 知,当室内的余热量、余湿量不按比例变化时,企图单用变风量的调节方法同时保证恒温和恒湿 确实是不可能的。换言之,只是在仅有恒温或仅有恒湿要求的场合,才能使用单一的变风量调节 方法。尚需注意,在使用变风量调节方法时,风量不能被调得过小,以免处理设备处理不出所需的 过干的dO和过冷的tO。同时,风量过小还会导致室内气流组织恶化和正压降低,从而影响空调效 果。
图7-1 调节再热量
空气处理系统与风系统的运行调节
2)室内余热量和余湿量均变化。采用变露点调节再热量的方法。如图7-1c所示,当热湿比由 ε变化到ε'后,若仍按原送风状态送风,则室内状态将为N',要想使室内状态仍满足N,则必须使送风 状态点由L变为O',显然hO'>hL、dO'>dL,由此可见,为了处理得到这样的送风状态,不仅需要改变 再热量,而且还须改变露点(L')。变露点的方法有以下几种:①调节余热器加热量;②调节新风、 回风混合比;③调节喷水温度。
空气处理系统与风系统的运行调节
2 调节一、二次回风比 对于带有二次回风的空调系统,可以采用调节一、二次回风比的调节方法。当室内负荷变 化时,可不同程度地利用回风的热量来代替再热量,以达到为满足室内空气状态要求所应有的新 送风状态。 如图7-2a所示,在设计工况时,空气调节过程为
第七章知识点：调节知识点：和聚散第—节知识点：调节知识点：和聚散的解剖和生理
第七章调节和聚散第—节调节和聚散的解剖和生理调节和聚散是视力和视觉功能的根本要素，本局部将阐述其概念，并详细讲解有关调节和聚散测量的根本方法和临床应用。
调节和聚散的解剖和生理一、调节的机制睫状肌是由自主神经系统操作的，同时接受交感神经和副交感神经的支配。
(一)副交感的支配副交感纤维起自E-W核。
这些纤维穿出中脑成为第三对脑神经的主干，然后进入眶隔，穿过眶上裂，并成为动眼神经一局部。
动眼神经在睫状神经节发出一支运动根，动眼神经在睫状神经内与副交感神经形成突触。
节后纤维进入眼球内发出睫状短神经，向前穿行于脉络膜腔隙，到达睫状肌，并支配它。
(二)交感神经的支配Gilartin运用解剖、生理、药理、临床和心理的方法证实了交感神经对睫状肌的支配，并在调节中起作用。
交感神经纤维沿着颈交感干走行，在颈上神经节形成突触。
节后纤维沿着颈内动脉到达海绵窦。
进入眼眶后通过睫状神经节的交感根发出两支睫状长神经和一支睫状短神经。
交感神经对睫状肌的支配总结如下：1.交感神经对睫状肌主要是抑制作用，通过β-肾上腺素受体来完成，主要是β2受体。
2.交感神经的作用较小，最大幅度是-1.50D左右。
3.正常的视觉环境中，交感神经的时间效应比副交感神经慢。
到达最大效应需要10~40秒；而副交感神经只需1~2秒。
(一)副交感的支配副交感纤维起自E-W核。
这些纤维穿出中脑成为第三对脑神经的主干，然后进入眶隔，穿过眶上裂，并成为动眼神经一局部。
动眼神经在睫状神经节发出一支运动根，动眼神经在睫状神经内与副交感神经形成突触。
节后纤维进入眼球内发出睫状短神经，向前穿行于脉络膜腔隙，到达睫状肌，并支配它。
(二)交感神经的支配Gilartin运用解剖、生理、药理、临床和心理的方法证实了交感神经对睫状肌的支配，并在调节中起作用。
交感神经纤维沿着颈交感干走行，在颈上神经节形成突触。
节后纤维沿着颈内动脉到达海绵窦。
进入眼眶后通过睫状神经节的交感根发出两支睫状长神经和一支睫状短神经。
《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲
《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号：适用专业：自动化学时： 54 学分： 3课程类别：专业方向课课程性质：限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。
本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识，通过本课程的学习，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。
二、课程教学内容概述主要内容：1、自动化仪表的概念及其发展；2、DDZ仪表及其控制系统；3、自动化仪表的基本性能指标。
第一章检测仪表基本内容和要求：1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法；2、掌握热电偶的测温原理及其应用；3、掌握热电阻的测温原理及其应用；4、理解温度变送器的基本结构；5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理；6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理；7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。
8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用；9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理；10、了解成分分析仪表的基本概念。
教学重点：1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。
2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制；3、差动电容压力变送器工作原理；4、差压流量计的流量公式；5、差压变送器的零点迁移原理。
第二章调节器基本内容和要求：1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用；2、理解PID模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识；3、理解数字PID算法基本表达式及其原理；4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。
PID调节规律的原理及其应用；第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求：1、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS系统的基本概念；3、理解DCS系统的结构特点及其组成；4、理解DCS控制站和操作站的功能；5、了解FCS系统的基本概念；第四章执行器和防爆栅基本要求1、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念；2、熟悉调节器流量特性的定义及其应用；3、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则；4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理；5、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。
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θ1(t)
原料油
－
温度变送器2 温度变送器1
3．干扰同时作用于副回路和主回路
主副回路干扰的综合影响有两种情况：
（1）主副回路的干扰影响方向相同。如：
燃料压力f3(t)↑→炉膛温度↑ →出口温度↑ →副控制器开始调节 原油流量f1(t)↓→出口温度↑→主副控制器共同调节
x2(t) f3、f4 副控制器 调节阀 炉膛 管壁 θ2(t) f1、f2 θ1(t) 原料油
F1(s)、F2(s) Go1(s) Θ1(s)
Θ2(s)
真正的单回路控制
X1(s) ＋
－
F3(s)、F4(s)
Gv(s)
F1(s)、F2(s)
G*c1(s)
Go2(s)
Go1(s)
Θ1(s)
Gm1(s)
K C2 K V K 02 ( s) 1 K C2 K V K 02 K m2 G 02 T02 1 S 1 K C2 K V K 02 K m2
K02 ′
T02′<< T02
T02 ′<< T02 ，说明主环通道时间常数被缩短，加 快了系统的控制速度。
串级控制等效
X1(s) ＋
－
F3(s)、F4(s) G*o2(s) Gc1(s) G’o2(s) Θ2(s)
F1(s)、F2(s) Go1(s) Θ1(s)
Gm1(s)
7.1.2.3对负荷和操作条件变化的适应能力增强 有些生产过程的工艺条件经常变化。而在不同的 工艺点，对象的放大倍数往往不同。如果是单回路控 制，这会导致控制质量下降。
y
单回路控制
t
串级控制
调节效果比较
7.1.3 串级控制系统的设计与参数整定
7.1.3.1串级控制系统的方案设计 1．主回路设计 主回路设计与单回路控制系统一样。
F3(s)、F4(s) F1(s)、F2(s)
X1(s)
＋
－
X2(s) Gc1(s) ＋
－
Gc2(s)
Gv(s) Gm2(s) Gm1(s)
X1(s)
＋
－
Gc1(s)
G’o2(s)
Θ2(s)
Gm1(s)
7.1.2.2 抗干扰能力增强 对于进入副回路的干扰，串级控制和单回路控 制前向通道的区别：
串级控制等效
X1(s) ＋
－
F3(s)、F4(s) G*o2(s) Gc1(s) G’o2(s) Gm1(s) Θ2(s)
F1(s)、F2(s) Go1(s) Θ1(s)
出料温度 变化 T1T、 T1C 回路再改 变燃料量
原料 管式加热炉 原料出口温度θ1(t) T1 T T2 T T1 C T2 C
燃料
图7.6管式加热炉出口温度串级控制系统框图为：
x2(t) x1 ＋ － f3、f4 f1、f2 θ1(t)
主控制器
＋ －
副控制器
调节阀
炉膛
管壁
θ2(t)
原料油
θ1(t)
原料油
－
温度变送器2 温度变送器1
2．原油流量 f1(t)、原油入口温度 f2(t)发生扰动 ——干扰进入主回路
对进入主回路的干扰，虽然副变送器不能提前测 出，但副回路的闭环负反馈，使对象炉膛部分特性的 时间常数大为缩短，则主控制器的控制通道被缩短， 控制效果也得到改善。
x2(t) x1 ＋ － 主控制器 ＋ 副控制器 调节阀 f3、f4 炉膛 管壁 θ2(t) f1、f2
第 7 章 复杂调节系统
简单控制系统是过程控制中最基本、应用最广 的控制形式，约占全部控制系统的80％。但是： 随着生产过程的大型化和复杂化，操作条件更 加严格，变量之间的关系更加复杂。 有些生产工艺和控制要求比较特殊。
随着技术发展，对工艺的控制目标多样化，如 产量、质量、节能、环保、效率等。
以管式加热炉为例，说明串级控制系统主、副调节 器的正、反作用方式的确定方法。 1、从生产工艺安全出发，燃料油调节阀选用气开式 （正作用）。一旦出现故障或气源断气，调节阀应关 闭，切断燃料油进入加热炉，确保设备安全。
原料出口温度θ1(t)
Gv ( s) K v
K 02 G02 ( s ) T02 s 1
K02 ′≈1/Km2
K C2 K V K 02 ( s) 1 K C2 K V K 02 K m2 G 02 T02 1 S 1 K C2 K V K 02 K m2
T02′<< T02
T02 ′<< T02 ，说明主环控制通道时间常数缩短， 改善了系统的动态性能。
7.1.2.1改善被控过程的动态特性 控制通道等效副对象的传函：
G C2 (s) G V (s) G 02 (s) G 02 ( s) 1 G C2 (s) G V (s) G 02 (s) G m2 (s)
设： Gc 2 ( s ) K c 2 Gm2 (s) Km2 则：
真正的单回路控制
X1(s) ＋
－
F3(s)、F4(s) Gv(s) Go2(s)
F1(s)、F2(s) Go1(s) Θ1(s)
G*c1(s)
Gm1(s)
对于进入主回路的干扰，串级控制和单回路控制 闭环回路的区别：
串级控制等效
X1(s) ＋
－
F3(s)、F4(s)
G*o2(s)
Gc1(s) G’o2(s) Gm1(s)
Gv ( s) K v
K 02 G02 ( s ) T2 s 1
设： Gc 2 ( s ) K c 2 Gm2 (s) Km2 则：
K 02 1 K C2 K V K 02 K m2 * G 02 ( s) T02 1 S 1 K C2 K V K 02 K m2
K02 *<< K02
Gm1(s)
同理，通过对系统振荡频率的推导可知： 副回路的引入，提高了系统的工作频率，也改 善了系统的动态性能。
从系统特征方程：1+Gc1(s)G’o2(s)Go1(s)Gm1(s)=0 可求出系统的工作频率ωc
F3(s)、F4(s) G*o2(s)
F1(s)、F2(s) Go1(s) Θ1(s)
T02*<< T02
K02 *<< K02 说明干扰通道的影响力降低；
T02 *<< T02 说明干扰通道时间常数缩短，即副 回路的控制速度快。
串级控制等效
X1(s) ＋
－
F3(s)、F4(s)
G*o2(s) Gc1(s) G’o2(s) Gm1(s) Θ2(s)
F1(s)、F2(s) Go1(s) Θ1(s)
温度变送器2 温度变送器1
标准框图为：
干扰
给定 ＋ － 主控制器 副控制器 － 副变送器 主变送器 执行器 主变量 副对象 副变量 主对象
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
＋
结构特点： 系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是 工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主 变量而选用的辅助变量。 主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出 作为副调节器的给定值。
干扰 给定 ＋ － 主控制器 ＋ － 副控制器 执行器 副对象 副变量 主对象
主变量
副变送器
主变送器
控制过程分析： 1．燃料压力f3(t)、燃料热值f4(t)发生扰动—— 干扰进入副回路 进入副回路的干扰首先影响炉膛温度，副变送 器提前测出，副控制器立即开始控制，控制过程大 为缩短。
x2(t) x1 ＋ － 主控制器 ＋ 副控制器 调节阀 f3、f4 炉膛 管壁 θ2(t) f1、f2
4．主、副调节器正、反作用方式的确定
对串级控制系统来说，主、副调节器正、反作用 方式的选择原则依然是使系统构成负反馈。
选择时的顺序是： 1、根据工艺安全或节能要求确定调节阀的正、反 作用；
2、按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的 正、反作用；
3、依据主回路构成负反馈的原则，确定主调节器 的正、反作用。
F3(s)、F4(s)
G 02 ( s) G 02
G*o2(s) G’o2(s)
G C2 (s) G V (s) G 02 (s) 1 G C2 (s) G V (s) G 02 (s) G m2 (s)
X2(s)
Θ2(s)
G 02 (s) ( s) 1 G C2 (s) G V (s) G 02 (s) G m2 (s)
为此，设计出各种复杂控制系统。
7.1 串级控制系统
当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时， 采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工 艺上的要求，这时，可考虑采用串级控制系统。 7.1.1串级控制系统基本结构及工作过程
串级控制是在简单控制系统基础上的改进。
例 管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置 之一，它的任务是把原油加热到一定温度，以保证 下道工艺的顺利进行。因此，需要控制原油加热后 的出口温度。
真正的单回路控制
F3(s)、F4(s) F1(s)、F2(s) Go2(s) Go1(s) Θ1(s)
X1(s)
＋
－
G*c1(s)
Gv(s)
Gm1(s)
对于串级控制，部分对象被包含在副回路中，其 放大倍数被负反馈压制。因而工艺负荷或操作条件变 化时，调节系统仍然具有较好的控制质量。
K C2 K V K 02 ( s ) 1 K C2 K V K 02 K m2 G 02 T02 1 S 1 K C2 K V K 02 K m2
Go2(s)
Θ2(s)
Go1(s)
Θ1(s)
2．副回路的选择
副回路设计中，最重要的是选择副回路的被控 参数（串级系统的副参数）。副参数的选择一般应 遵循下面几个原则： ①主、副变量有对应关系