串级控制过程控制课程设计
实训十七 串级控制系统的原理与控制设计
实训十七串级控制系统的原理与控制设计一、实训目的1．了解串级控制系统的原理与控制设计二、实训设备PCS3000型现场总线高级过程控制系统实训设备（DCS分布式过程控制系统）三、实训步骤串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。
它是由主、副两个控制器串接工作的。
主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。
串级控制系统的设计1. 主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。
这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。
主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题。
2. 副回路的设计由于副回路是随动系统，对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。
归纳如下。
(1) 在设计中要将主要扰动包括在副回路中。
(2) 将更多的扰动包括在副回路中。
(3) 副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速响应特性。
(4) 要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。
(5) 在需要以流量实现精确跟踪时，可选流量为副被控量。
在这里要注意(2)和(3)存在明显的矛盾，将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大，这就会影响到副回路的快速控制作用的发挥，因此，在实际系统的设计中要兼顾(2)和(3)的综合。
3. 主、副回路的匹配1) 主、副回路中包含的扰动数量、时间常数的匹配设计中考虑使二次回路中应尽可能包含较多的扰动，同时也要注意主、副回路扰动数量的匹配问题。
副回路中如果包括的扰动越多，其通道就越长，时间常数就越大，副回路控制作用就不明显了，其快速控制的效果就会降低。
如果所有的扰动都包括在副回路中，主调节器也就失去了控制作用。
过程控制工程课程设计参考题目
过程控制工程课程设计参考题目(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--14级过程控制课程设计题目1班课程设计参考题目：一、温度控制（单回路、串级、前馈—反馈、比值控制）（40）1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计2班课程设计参考题目：1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计课程设计教材及主要参考资料：1、戴连奎，《过程控制工程》，化学工业出版社，20122、杜维，《过程检测技术及仪表》，化学工业出版社，20013、姜培正，《过程流体机械》，化学工业出版社，20024、王毅，《过程装备控制技术与应用》，化学工业出版社，20015、厉玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2006一、课程设计教学目的及基本要求：1．课程设计的教学目的培养学生将理论知识应用到解决实际问题的能力，通过该课程的学生，可以很好地训练学生的实际动手能力和解决工程问题的能力，为学生从学校到工厂和技术部门提供前期的训练。
过程控制系统课件 第八章 第二节 串级控制系统
振现象。
（4）应注意工艺上的合理性和经济性 系统的控制参数必须是先影 响副参数、再影响主参数的串联对应关系。
（5）副回路设计应同时考虑经济性原则
四、串级控制系统的方案设计
3、串级控制系统控制参数选择
选择原则基本与单回路系统类似，还要考虑： 1）选择可控性良好的参数作为控制参数； 2）使控制通道有足够大的放大系数，保证大于主要扰 动通道的放大系数； 3）使控制通道有较高的灵敏度，即时间常数小； 4）考虑经济性与工艺上的合理性。
“乘积为负”判别式来进行。这一判别式同样适用于串级 控制系统主、副控制器的选择。 以炉出口温度与炉膛温度串级控制系统为例。 调节阀KV为正，副过程K02为正，副调节器的KC2为负；
主过程K01为正，主调节器的放大系数KC1为负；
校验：炉出口温度↑→主调节器输出↓(主调节器为反作用） →副调节器的输出↓ →调节阀开度↓ →炉膛温度和炉出口 温度 ↓
利用反馈控制使系统在稳态时能准确的使被控量等于给定值； 在动态时，依靠前馈控制能有效地减少被控量的动态偏差。
下图：输入X(s)对输出Y(s)的影响为：
W f (s) WFF (s)W0 (s) W (s)W0 (s) Y ( s) X ( s) F ( s) 1 W (s)W0 (s) 1 W (s)W0 (s)
四、串级控制系统的方案设计
4、主、副控制器控制规律的选择
主控制器起定值控制作用，副控制器起随动控制作用； 主参数一般要求无余差，主调节器选PI或PID； 副参数选Ｐ控制规律，一般不引入积分作用或微分作用；
5、 主、副调节器正、反作用方式的确定
课程设计--加热炉温度串级控制系统（设计部分）
加热炉温度串级控制系统设计摘要：生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用．对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述，设计了加热炉串级控制系统，并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中．结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制，控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性．关键词：串级控制干扰主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade co ntrol system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLA B-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (2)2、整体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2方案论证 (5)2.3方案选择 (5)3、串级控制系统的特点 (6)4. 温度控制系统的分析与设计 (7)4.1控制对象的特性 (7)4.2主回路的设计 (8)4.3副回路的选择 (8)4.4主、副调节器规律的选择 (8)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (8)5、控制器参数的工程整定 (10)6 、MATLAB系统仿真 (10)6.1系统仿真图 (11)6.2副回路的整定 (12)6.3主回路的整定 (14)7.设计总结 (16)【参考文献】 (16)1.前言加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一。
第4章(串级控制)过程控制课件
下面分析串级控制系统的工作过程.
R1 (s) E1 (s)
Z1 (s)
温度控制器
R2 (s) E2 (s)
Z 2 ( s)
“-”
流量控制器
“+”
控制阀
流量检测变送器 温度检测变送器
流量对象
D2 (s) Y2 (s)
温度对象
D1 (s) Y1 (s)
“-”
控制阀 原料油
降到最低程度. 此方案的缺点是出口
温度不是被控量, 燃料油流量是间接被控量, 这就要求燃料 油流量对出口温度有足够的灵敏度且两者间有一一对应的 关系. 但影响出口温度的还有燃料油的热值﹑炉膛的压力
(影响燃烧所需的空气含氧量)﹑原料油入口温度及入口 流量等诸多因素, 且当上述因素引起出口温度变化时, 由 于出口温度未反馈到系统的输入端, 故此方案无法克服上 述因素的干扰将温度调节到理想状态. 上面两种方案各有优缺点, 下图是把两种方案结合 在此方案中, 用温度控制器的 起来的一种控制方案. 温度变送器 输出作为流量控制器的设定值 TC 温度测量值 由流量控制器的输出去调节 温度设定值 燃料油的流量. 从结构上 流量测量值 QC 看, 其特点是 出口温度 两个控制器串 控制量 流量变送器 接使用故此方 燃料油 案可叫加 控制阀 热炉出口温度与
Z1 (s)
Wc1 (s)Wc 2 (s)Wv (s)
R2 ( s)
'
Wo 2 (s)
'
Y2 (s)
Wo1 (s)
Y1 (s)
Hm1 (s)
1 Wc1 (s)Wc 2 (s)Wv (s)Wo 2 ' (s)Wo1 (s) Hm1 (s) 0
串级控制系统设计
2、应用于纯延时较大的过程 当对象纯延时较大，用单回路控制系统不能满足控制性能
指标时，可以采用串级控制系统：在离控制阀较近、纯延时较 小的地方选择一个副参数，把干扰纳入副回路中。 例：网前箱温度-温度串级控制系统
72o C
61o C
滞后90s
要求：最大偏差不超过 1o C 如果纸浆流量波动 35kg / min
)
当W02(S)H(S) 1时
G(S
)
Wc
(S
)
1 H (S
)
W01 ( S
)
所以，串级控制可以减小或消除副对象的非线性。
返回
§6.3 串级控制系统的设计
一、主变量的选择
与单回路控制系统的选择原则一致，即选择直接或间接反映 生产过程的产品产量、质量、节能、环保以及安全等控制要求 的参数作为主变量。
Y (S )
其特征方程式为：
T01T02S 2 (T01 T02 )S (1 Kc K1K2 ) 0
则:
2 1 01
T01 T02 T01T02
阻尼比
阻尼振荡频率为：
自然振 荡频率
d1 01
1 12
T01 T02 T01T02
1 12 21
双容对象的串级控制系统如下图所示：
二、副变量的选择
选择原则： （1）在保证副回路时间常数较
小的前提下，使其纳入主 要的和更多的干扰
副回路包含的干扰越多， 其通道越长，克服干扰的灵敏 度越低。
（2）应使主、副对象的时间常数匹配 为确保串联系统不产生共振，一般取
d 2 (3 ~ 10)d1
串级控制 课程
在硝酸生产过程中，有一个氧化炉温度与氨气流量 的串级控制系统。温度为主参数，工艺要求较高，温度 最大偏差不能超过5℃，氨气流量为副参数，允许在一 定范围内变化，要求不高。系统控制器参数采用两步整 定法，过程如下。
①、在系统设计时，
主控制器选用PI控制规律， 副控制器选用P控制规律。 在系统稳定允许条件下， 主、副控制器均置于纯比 例作用，主控制器的比例 度置于100%，用4：1衰 减曲线法(见右5-19图)整 定副控制器的参数，得
五、用于自校正设定值
5.13 一次风压力与一次风流量串级控制系统
§5-3 串级控制系统的设计
正确合理地设计，才能使串级控制系统发挥其特点。 设计包括：主、副回路选择 主、副控制器的选择
一、主、副回路的选择 1、主回路是一个定值控制系统，可以按单回路控制 系统的设计原则进行。 主变量(操纵量)的选择原则主要有： (1)、条件允许时选质量指标作为主变量。
三、增强了系统的抗干扰能力
（1）副回路对二次干扰有很强的抑制能力，
（2）主回路克服一次干扰更加及时。
（副回路缩短了控制通道）
四、对负荷变化有一定的自适应能力
单回路控制系统只有一个控制器，设定值一般
不变，难以适应负荷非线性的变化。 串级控制系统中，副回路是一个随动系统，设定
值随主控制器的输出而变化，适应负荷变化的能力较
思考题
1、与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主
要特点？
2、为什么说串级控制系统具有改善过程动态特 性的特点？T’02和K’02减小与提高控制质量有何关系 ？ 3、为什么提高系统工作频率也算是串级控制系 统的一大特点？
下一章
仍以隔焰隧道窑温度串级控制为例，分析克服干
基于PLC的串级控制程序的课程设计设计
目录1.课程设计目的 (2)2.设计正文 (2)2.1 技术要求 (2)2.2 方案设计 (2)2.3 I/O口分配表 (2)2.4 系统分析 (2)2.5 PLC程序 (2)主程序 (4)子程序 (4)中断子程序0 (4)中断子程序1 (5)2.4 电路设计 (6)3、课程设计总结 (7)4、参考文献 (8)1、课程设计目的通过本次课程设计,加深对PLC知识的理解；了解力基于PLC的过程控制工程设计流程及方法；重点掌握PLC的I/O地址分配、信号采集、PID控制算法、程序编辑以及调试运行方法。
结合课程设计的内容，熟悉过程控制工程中需要编写的技术文档；加强对PLC编程能力；培养全面、周到的考虑实际问题的习惯；学会查阅有关专业技术资料及设计手册，提高进行独立设计的能力并完成课程设计相关任务。
（1）了解水箱液位控制系统的物理结构、闭环调节系统的数学结构和PID控制算法。
（2）逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理、连接方法、信号种类、信号调节电路、引入PLC的接线以及PLC中的编址。
（3）逐一明确PLC到各执行机构的输入通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。
（4）绘制水箱液位控制系统的电路原理图，编制I/O口地址分配表。
（5）编制PLC的程序，结合实验室现有设备进行调试，要求尽可能多地在实验设备上演示控制过程。
2、课程设计正文2.1技术要求水箱液位和注水流量串级控制系统主要由水箱、管道、水泵、异步电动机、电机控制电器、水压力传感器、涡轮流量计、电动调节阀、可编程控制器及其输入（检测）输出（控制）通道电路构成。
其中电动机和水泵作为动力系统。
系统中由电位器设置液位给定值，水压力传感器检测液位，采用PID算法得出流量给定值。
涡轮流量计检测流量，电动调节阀控制流量，采用PID算法得出电动调节阀开度控制值，实现流量的控制。
流量控制是内环（副调节器），液位控制是外环（主调节器）。
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设计内容与设计要求设计内容：某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数分别为：G01(s)=1/(30s+1)(3s+1);g02(s)=1/((10s+1)(s+1)^2);主控制器采用比例积分控制，副控制器采用比例控制。
设计要求：试分别采用单回路控制和串级控制设计主、副PID控制器的参数，并给出整定后系统的阶跃响应曲线和阶跃扰动的响应曲线，并说明不同控制方案对系统的影响。
目录第1章概述 (1)第2章系统总体方案 (2)2.1 隧道窑的结构 (2)2.2 方案比较 (2)2.3 方案选择 (4)第3章系统控制参数的选择 (5)3.1串级控制系统选择 (5)3.1.1 主变量的选择 (5)3.1.2 副变量的选择 (5)3.1.3 操纵变量的选择 (5)3.2 调节阀开关形式的选择 (6)3.3 传感器、变送器的选择 (6)3.4 控制器的选择 (7)3.4.1 控制器控制规律的选择 (7)3.4.2 控制器正、反作用选择 (7)3.4.3 控制器选型 (8)第4章系统调试 (10)4.1系统参数的整定 (10)4.2 系统仿真 (10)第5章心得体会 (14)参考文献 (15)第1章概述随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。
在现代工业控制中, 过程控制技术是一历史较为久远的分支。
在本世纪30 年代就已有应用。
过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。
在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。
几十年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。
目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。
本次课程设计是隧道窑的温度课程系统，而隧道窑是对陶瓷制品进行预热、烧成、冷却的装置。
因为几个环节都涉及到温度的控制，因此隔焰隧道窑的温度是生产工艺的一项重要指标，温度控制的好坏将直接影响产品的质量。
如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色，所以就出现了隔焰式隧道窑。
火焰在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成带。
另外随着现代工业生产的迅速发展，对工艺操作条件的要求更严格，对安全运行及对控制质量的要求也更高。
而因为隧道窑温度的变化比较慢，所以滞后比较大。
综上所述，须设计一套以温度为控制变量的控制系统。
该控制系统的生产工艺要求：⑴可以实现对整个隧道窑的工艺流程的控制。
⑵能够克服较大的滞后。
⑶能够自动控制窑内温度，并达到所需精度。
第2章系统总体方案2.1 隧道窑的结构隧道窑的整个窑炉主要包括窑炉主体结构、窑头封闭气幕及排烟系统、搅拌风系统、燃烧系统、窑尾冷却系统、车下冷却风系统、余热利用系统、窑车、自动控制系统等。
制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为1300℃，偏差不得超过5C。
所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。
如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色。
因此，我选用了隔焰式隧道窑，让火焰只在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成带。
2.2 方案比较制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结，烧结温度一般为1300℃，偏差不得超过5C。
所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。
如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色，所以就出现了隔焰式隧道窑。
火焰在燃烧室中燃烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成带。
若采用隔焰隧道窑温度简单控制系统，由于从控制阀到窑道烧成带滞后时间太大，如果燃料的压力发生波动，尽管控制阀门开度没变，但燃料流量将发生变化，必将引起燃烧室温度的波动，再经过隔焰板的传热、辐射，引起烧成带温度的变化。
因为只有烧成带温度出现偏差时，才能发现干扰的存在，所以对于燃料压力的干扰不能够及时发现。
烧成带温度出现偏差后，控制器根据偏差的性质立即改变控制阀的开度，改变燃料流量，对烧成带温度加以调节。
可是这个调节作用同样要经历燃烧室的燃烧、隔焰板的传热以及烧成带温度的变化这个时间滞后很长的通道，当调节过程起作用时，烧成带的温度已偏离设定值很远了。
也就是说，即使发现了偏差，也得不到及时调节，造成超调量增大，稳定性下降。
如果燃料压力干扰繁出现，对于单回路控制系统，不论控制器采用PID的什么控制作用，还是参数如何整定，都得不到满意的控制效果。
为了克服较大的滞后，抑制较大的干扰以及使控制更加的准确，简单控制系统已不能满足条件，故可选择串级控制系统。
简单控制系统和串级控制系统的结构图如下图所示。
图2.1 单回路控制系统结构图图2.2 串级控制系统的结构图2.3 方案选择方案一的简单控制系统有干扰时，TC输出信号改变阀门开度，进而改变燃料流量，在炉膛中燃烧后，炉膛温度改变，改过程时间常数大，可达到15min。
因此等到出口温度改变后，再改变操纵变量，动作不及时，偏差在较长时间内不能被消除。
方案二的串级控制系统中，由于引进了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。
副回路具有先调、初调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服干扰的影响能彻底加以消除。
由于主副回路相互配合，使控制质量显著提高。
与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多（对计算机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器），但控制效果却有显著的提高。
其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统①改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；②对二次扰动有很强的克服能力；③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。
综上所述，本设计选择串级控制系统。
第3章系统控制参数的选择3.1串级控制系统选择3.1.1 主变量的选择串级控制系统选择主变量时要遵循以下原则：在条件许可的情况下，首先应尽量选择能直接反应控制目的的参数为主变量；其次要选择与控制目的有某种单值对应关系的间接单数作为主变量；所选的主变量必须有足够的变化灵敏度。
由于陶瓷制品的烧成主要是在烧成带，故在本系统中选择烧成带温度作为主变量。
3.1.2 副变量的选择副回路的设计质量是保证发挥串级系统优点的关键。
副变量的选择应遵循以下原则：①应使主要干扰和更多的干扰落入副回路；②应使主、副对象的时间常数匹配；③应考虑工艺上的合理性、可能性和经济型另外考虑到燃料压力变化的干扰对系统温度影响较大，选择燃烧室温度作为副变量。
3.1.3 操纵变量的选择工业过程的输入变量有两类：控制变量和扰动变量。
其中，干扰时客观存在的，它是影响系统平稳操作的因素，而操纵变量是克服干扰的影响，使控制系统重新稳定运行的因素。
操纵变量的基本原则为：①选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为操纵变量；②在以上前提下，选择变化范围较大的输入变量作为控制变量，以便易于控制；③在①的基础上选择对被控变量作用效应较快的输入变量作为控制变量，使控制系统响应较快；燃料流量方便控制，且对温度的影响较大，故选择燃料流量作为操纵变量。
3.2 调节阀开关形式的选择调节阀的气开、气关形式需要考虑到以下几种因素：①生产安全角度：当气源供气中断，或调节阀出故障而无输出等情况下，应该确保生产工艺设备的安全，不至发生事故；②保证产品质量：当发生控制阀处于无源状态而恢复到初始位置时，产品的质量不应降低；③尽可能的降低原料、产品、动力损耗；当隔焰隧道窑发生故障时，应关闭调节阀停止燃料的送入，避免窑内温度过高及燃料不必要的浪费。
所以调节阀选择气开阀。
调节阀的流量特性的选择，在实际生产中常用的调节阀有线性特性、对数特性和快开特性三种，在本系统中调节阀的流量特性选择线性特性。
3.3 传感器、变送器的选择由于窑内烧结温度一般为1300℃，故应选择热电偶温度传感器。
一体化温度变送器，是指将变送器模块安装在测温度元件接线盒或专用接线盒内，变送器模块和测温元件形成一个整体，可直接安装在被测设备上，输出为统一标准信号，4mA～20mA。
这种变送器具有体积小、质量轻、现场安装方便等优点，因而在工业生产中得到广泛应用。
所以本设计选择一体化化热电偶温度变送器。
根据表1所示，其材质可选则铂铑30-铂铑6热电偶。
表1 不同材质热电偶测量范围对应表整个温度变送器的电路原理图如图所示，由热电偶、输入电路和AD693 等组成。
输入电路是一个冷端补偿电桥，R为铜补偿电阻，cu通过改变电位器W的阻值可以调整变送器的零点。
2W和3W的作用是1调整量程。
图3.1 一体化热电偶温度变送器原理图3.4 控制器的选择3.4.1 控制器控制规律的选择在串级控制中，主变量直接关系到产品的质量或生产的安全，所以主变量一般要求不得有余差，而对副变量的要求一般都不很严格，允许有一定波动和余差。
从串级控制的结构上看，主环是一个定值系统，副环是一个随动系统。
对于本系统由于温度变化缓慢造成的滞后较大，为克服较大滞后，选用PID控制器作为主控制器。
副控制器只选比例控制器。
3.4.2 控制器正、反作用选择因为当阀开大使燃料流量增加时，燃烧室温度升高，故副对象为正作用。
燃烧室温度增加使烧成带温度也增加，即主对象为正作用。
调节阀为气开式为正作用。
温度传感器均为正作用。
要满足主回路和副回路为负反馈，则副控制器为反作用，主控制器为反作用。
3.4.3 控制器选型通过前面的分析，主调节器要用到PID调节，副调节器要用到P调节，所以对于主副调节器我们用两个DDZ-III型控制器即可。
DDZ-III型仪表采用了集成电路和安全火花型防爆结构，提高了仪表精度、仪表可靠性和安全性，适应了大型化工厂、炼油厂的防爆要求。
III型仪表具有特点：1）采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一信号标准，现场传输信号为DC4-20mA，控制室联络信号为DC1-5V，信号电流与电压的转换电阻为250 ；2）广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高、维修工作量减少；3）整套仪表可构成安全火花型防爆系统。