4.串级控制系统-过程控制(自动化)解析
H1 ( s ) 1 Q1 (s) Q2 (s) Q12 (s), C1s
1 Q12 (s) Q3 (s) H 2 ( s) C2 s
H1 ( s ) H 2 ( s) Q2 ( s) , Q3 ( s) , R2 R3 H1 ( s ) H 2 ( s ) Q12 ( s) R12
“串级控制”
串级控制系统
反应器温度的串级控制方案
特点：两个调节器串在一 起工作，调节器TC2通过 调节冷却剂量以克服冷却 水方面的扰动；调节器 TC1通过调节夹套内水温 的设定值以保证反应温度 维持在工艺所希望的某一 给定值。
TC1
TC2
T2
G1 Tp G2 稳定性变差 即控制阀开度 Kv 选快开阀
单回路系统防积分饱和原理分析
d(t) ysp(t)
＋ －
e(s) KC
＋ ＋
u1
v
广义 对象
＋
＋
ym(t)
1 TI s 1
umin , v u1 , u , max
u1 umin umin u1 umax u1 umax
控制变量的影响：冷却水调
冷却剂 进料
节阀开度变化 → 冷却水流 量变化 → 夹套内冷却水温 度变化 → 槽壁温度变化 → 反应槽温度变化
解决方法
对于冷却水方面的扰动，如冷却水的入口温度、 阀前压力等扰动，夹套冷却水温度T2比反应槽温 度T1能更快地感受。因而可设计夹套水温单回路 控制系统TC2以尽快地克服冷却水方面的扰动。 但TC2的设定值应根据T1的控制要求作相应的变 化（这一要求可用反应温度调节器TC1来自动实 现）。
本讲基本要求
了解串级控制系统的概念与特点； 掌握串级控制系统的方框图表示法； 结合控制原理，掌握串级系统的分析方法； 了解串级控制系统的设计原则； 掌握串级控制系统的参数整定方法； 了解串级控制系统的抗积分饱和措施。
反应釜温度单回路控制系统
操纵变量：冷却剂流量
TC 出料
被控变量：反应温度 扰动变量：冷却剂温度以及 工艺介质流量
C1sH1 ( s) Q1 ( s) C2 sH 2 ( s)
H1 ( s ) H1 ( s ) H 2 ( s ) , R2 R12
H1 ( s ) H 2 ( s ) H 2 ( s ) R12 R3
习题4-9: 控制阀流量特性选择
蒸汽 G2 u(t)
TC
Tsp
热平衡方程:
h2 R3 Q3
dh1 C1 Q1 Q2 Q12 , dt dh2 C2 Q12 Q3 dt h1 h2 Q2 , Q3 , R2 R3
h1 h2 Q12 R12
Q2
R2
将流量方程代入物料平衡方程, 即得到过程状态方程
习题3-4: 状态方程传递函数表示
dh1 C1 Q1 Q2 Q12 , dt dh2 C2 Q12 Q3 dt h h Q2 1 , Q3 2 , R2 R3
冷却水温度 T2 ↑→ （经对流
传热）槽壁温度↑→ 反应槽 温度T1 ↑→（经反馈回路）
冷却剂 进料
冷却水量↑
问题：从扰动开始至调节器动作，调节滞后较大， 特别对于大容量的反应槽，调节滞后更大。
系统控制与扰动的分析
干扰变量的影响：冷却水入
TC
出料
口温度变化 → 夹套内冷却 水温度变化 → 槽壁温度变 化 → 反应槽温度变化
H1 ( s ) H ( s) , Q3 ( s) 2 , R2 R3 H1 ( s ) H 2 ( s ) R12
1 C2 s
1 R3
Q12
1 C1s Q2 1 R2
H1
_ +s)
习题3-4: 计算输入输出传递函数
利用方框图等效变换; 直接用传递函数计算公式; 通过求解传递函数方程组.
讨论：正常情况为标准的PI 控制算法；而当出现超限 时，自动切除积分作用。 为什么?
课堂提问
采用纯比例控制，Kc增加时系统的稳定性会怎样？稳定的情况下 余差会怎样？
采用PI控制，Ti调小时为保持系统稳定性，比例度应该怎样变化？
什么是积分饱和？反馈控制如何防积分饱和？
串级控制系统 Cascade Control System
冷却剂 进料
控制规律：PID
D2
调节器 调节阀 夹套
T1sp ＋ －
T2
D1
槽壁 反应槽
T1
温度测量变送
单回路控制系统的抗干扰性能
(参见仿真程序…/CascadePID/SinglePidwithLimit.mdl)
反应釜温度单回路控制响应曲线
单回路控制系统分析
冷却水入口温度↑→ 夹套内
TC 出料
单回路PID控制系统小结
介绍了简单被控过程的机理建模方法； 讨论了控制阀“气开、气关”形式与流量特性
的选择问题；
讲述了“广义对象”
动态特性的典型测试方法；
介绍了单回路控制器“正反作用”的选择原则； 详细分析了单回路PID参数整定方法； 介绍了PID控制器的“防积分饱和”
技术。
由以上传递函数方程,可画出相 应的方框图.
习题3-4: 过程传递函数方框图
H1 ( s ) H 2 ( s) 1 Q1 (s) Q2 (s) Q12 (s), C1s 1 Q12 (s) Q3 (s) C2 s
H2 Q1(s)
+ _ + _
Q2 ( s) Q12 ( s)
习题 3-4: 机理建模举例
R1 Q1
(1) 列写过程微分方 程组; (2) 画出方框图;
h1
Q12 C1 R12 C2
h2 R3 Q3
(3) 求传递函数
H 2 ( s) G p ( s) Q1 ( s)
Q2
R2
习题3-4: 列写状态方程
物料平衡方程:
R1 Q1
h1
Q12 C1 R12 C2
C1G1 (T T1 ) G2
Tm
G1, T1 进料 凝液 T
λ---冷凝潜热；C1--比热容
控制通道静态增益:
Kp T 1 G2 C1G1 G1
被控对象的动态特性变化 对控制阀流量特性选择的考虑
从静态增益补偿的角度
G1 Kp G2 Kv 选等百分比阀 即控制阀开度
从动态特性变化的角度 (Why?) ？
串级控制原理及应用
课程设计报告学院电子信息学院专业控制理论与控制工程学生显班级学号132030032指导教师杜昭平二零一四年四月串级控制系统原理及应用一串级控制系统的根本概念1 串级控制系统近二十年，控制技术获得了惊人的成就，已在工业生产和科学开展中起着关键作用。
而且，控制系统已成为大量设备不可分割的重要组成局部。
控制自动化的程度已成为衡量工业企业现代化的一个重要标志。
在众多复杂的控制系统中，串级控制系统在电机控制中的应用更为普遍，串级控制系统是一个双回路系统，一个控制器的输出控制另一个控制器的设定值，这种构造称为串级控制系统。
串级控制系统实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被调量准确保持为设定值]1[。
通常，串级系统副环的对象惯性小，工作频率高，而主环惯性大，工作频率低。
2 串级控制系统的组成串级控制系统整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。
副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
主要由以下元件构成：〔1〕主调节器和副调节器两个调节器〔2〕两个测量变送器〔3〕一个执行器〔4〕一个调节阀们〔5〕被控对象组成系统原理框图如图1－1所示。
图1－1 串级控制系统原理方框图〔1〕系统中的两个调节器相互串联，前一个调节器的输出作为后一个调节器的输入。
这两个调节器分别叫作主调节器和副调节器，即主调节器的输出进入副调节器，作为副调节器的给定值。
〔2〕串级控制系统中有两个反应回路，并且一个回路嵌套在另一个回路之中，处于里面的回路称为回路〔副回路〕，处于外面的回路称为外回路〔主回路〕。
〔3〕串级控制系统中有两个测量反应信号，称为主参数和副参数，分别作为主、副调节器的反应输入信号。
二串级控制系统实例——火电厂主汽温度串级控制系统2.1 应用现状火电厂中，为更好的对主蒸汽温度进展控制，通常将过热器分为两段，即高温段和低温段，在之间装有一个喷水减温器，喷水减温器是一个三通容器，分别与低温段过热器、高温段过热器以及冷水〔减温水〕管道连通，蒸汽从低温段流经喷水减温器，再进入高温段。
《自动化仪表》习题答案解析
第1章（P15）（1）简述过程控制的特点。
Q:1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩,控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制;5)定值控制是过程控制的主要形式。
（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。
Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分.过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。
2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号:气动0。
02~0。
1MPa、电动Ⅲ型：4～20mADC或1~5V DC.2)数字式仪表的信号：无统一标准.（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示.Q：是串级控制系统。
方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型?试举例说明。
Q：1）按结构不同,分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈—反馈复合控制系统;按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统.2)略（10)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q:1)不是这样。
2）比如对安全火花型防爆仪表,还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是.2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件.2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
化工自动化及仪表第八章复杂控制系统 第一节串级控制系统
图8-4 加热炉温度串级控制系统方块图
图8-5
副回路（副控制系统）
串级
控制 系统 组成 原理 及术
主设 定值
主控 制器
副设 定值
副控 制器
干扰
操纵
变量
副被控
变量
执行器 副对象
-
-
副测量值
副测量、变送
语
主测量值
主测量、变送
(1) 组成原理
①将原被控对象分解为两个串联的被控对象。
干扰 主对象
主被控 变量
TC
TT
PC
PT
燃料油 气开阀
被加热原料
T 出口温度
解答：
(1)阀的气开、气关特性
依据安全原则，当供气中断时，应使控制阀处于 全关闭状态，不致烧坏加热炉，所以应选气开阀
TC燃料油 气开阀
被加热原料
T 出口温度
(2)控制器的正、反作用
副控 制器
因为：P ys e
P 燃料量 阀开度 u
根据系统的结构和所担负的任务来分：串级、均
匀、比值、分程、选择性、前馈、多冲量等
本章研究内容：
8.1 串级控制系统 8.2 均匀控制系统 8.3 比值控制系统 8.4 分程控制系统 8.6 前馈控制系统
8.1 串级控制系统
复杂控制系统中用的最多的一种。
适用场合：当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、
频繁，采用简单控制质量较差，或要求被控变量 的误差范围很小，简单控制系统不能工艺满足要 求。
人们研究出了一种不需要增加太多的仪表就可以 使被控变量达到较高的控制精度的方法——串级控制 系统。
串级控制系统的思想：
把时间常数较大的被控对象分解为两 个时间常数较小的被控对象。
过程控制分析题
（2）主要扰动可测，但对反馈控制又是不可控的参数。
（3）当控制系统的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差，可考虑采用前馈或前馈——反馈控制系统，以提高控制质量。
06年
四、分析与应用题（本题28分，第1小题15分，第2小题13分）
一、分析与应用题（本题40分，每小题10分）
1、请判定图所示温度控制系统中，调节阀和调节器的作用型式。
（1）当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时；
（2）当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；
（3）当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时；
⑤本例采用的是单冲量控制，结构简单，但当负荷变换较大时，会出现控制其输出误动作、控制不及时等缺陷。针对这些缺陷，可进一步改进控制系统以改进控制品质。如，考虑到蒸汽负荷波动的影响，可将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包水位组成前馈-反馈控制系统，通常称为双冲量水位控制系统。或再考虑其他扰动因素，设计相应的多冲量控制系统。
双重控制系统是一个被控变量采用两个或两个以上的操众变量进行控制的控制系统。这类控制系统采用不止一个控制器，其中，一个控制器的输出作为另一个控制器的测量信号。
两者区别：双重控制系统主控制器的输出作为副控制器的测量，串级控制系统中作为副控制器的设定。因此，串级控制系统中两个控制回路是串联的，双重控制系统中两个控制回路是并联的。它们都具有急则治标，缓则治本的控制功能，但解决的问题不同。
对于DDZ-III型差压变送器，其输出信号为4-20mA，输入信号为差压，与流量的平方成比例。因此对于F1T和F2T，其输出信号分别为：
比值系数：K，=（I2-4）/（I1-4）
过程控制系统概述
过程控制系统概述杨峰电信学院06自动化3班学号：40604010321所谓过程控制（Process Control）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
一﹑过程控制的特点随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制统称为过程控制.生产过程的自动控制, 一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化. 由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响, 而且各参数之间也会相互影响, 这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性. 除此之外, 过程控制尚有如下一些特点:1. 被控对象的多样性.对生产过程进行有效的控制, 首先得认识被控对象的行为特征, 并用数学模型给以表征, 这叫对象特性的辨识. 由于被控对象多样性这一特点, 就给辨识对象特性带来一定的困难.2. 被控对象存在滞后.由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行, 对象的储存能力大, 惯性也大. 在热工生产过程中, 内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力, 因此对象一般均存在滞后性. 由自动控制理论可知, 如系统中某一环节具有较大的滞后特性, 将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响, 增加控制的难度.3. 被控对象一般具有非线性特点.当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时, 系统为非线性系统, 必需用非线性理论来设计控制系统, 设计的难度较高. 如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象, 用线性理论来设计控制系统, 由于被控对象的动态特性有明显的差别, 难以达到理想的控制目的.4. 控制系统比较复杂.控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素. 基于生产安全上的考虑, 应使控制系统具有很高的可靠性.由于以上特点, 要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难, 一般是通过理论计算与现场调整的方法, 达到过程控制的目的.二﹑过程控制系统的组成过程控制系统的组成, 一般可用如下框图表示被控参数（变量）y(t ) ;控制（操纵）参数（变量）q(t) ;扰动量f(t) ;给定值r(t) ;当前值z(t); 偏差e(t) ;控制作用u(t)三、过程控制系统的分类按系统的结构特点来分反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分定值控制系统，随动控制系统1.反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
9.分程控制-过程控制(自动化)解析
本讲主要内容
分程控制的特点与适用场合； 分程区间的确定方法； 阀位控制的概念与设计方法。
例1：间歇聚合反应器的控制问题
T
Y
冷水
“A”
蒸汽
“B”
控制要求：反应开始前，需要用蒸汽加热以达到反应所需 的温度；当反应开始后，因放出大量反应热，需要用冷水 进行冷却。要求全过程自动控制反应器的温度，怎么实现？
氮封的技术要求
实行氮封的技术要求是：要始终保持储罐内的 氮气压微量正压。储罐内储存物料量增减时， 将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否 则将使储罐变形，更有甚者，会将储罐吸扁。 因此，当储罐内液面上升时，应停止继续补充 氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，当液 面下降时应停止放出氮气。只有这样才能达到 既隔绝空气，又保证容器不变形的目的。
多回路PID控制系统小结
用于改善控制系统性能的多回路PID系统 （1）串级控制系统； （2）前馈控制系统； （3）变增益/变比值控制系统。
用于满足工艺特定需要的多回路PID系统 （1）均匀控制系统； （2）比值控制系统； （3）分程控制系统； （4）阀位控制系统； （5）选择性控制系统。
练习
题1 下图为化学反应器的过程控制系统：1）说明图中的控制策略属于哪类控制系统？2） 最主要的被控变量是什么？最主要的操纵变量是什么？3）图中哪个控制器要整定的最慢， 哪个控制器要整定的最快？为什么？4）阀门V1是气开还是气关？为什么？V2是气开还是 气关？为什么？5）指出各图中控制器的正反作用，并给出选取的理由；6）给出图中控制 规律的选取。
0.10
调节阀气动信号（MPa）
避免两调节阀频繁开 闭的方法： （1）控制阀引入不 灵敏区。 （2）同时，控制器 引入调节死区（为什 么？）
《过程控制与自动化仪表》习题答案
第1章（P15）1、基本练习题（1）简述过程控制的特点。
Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。
（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。
Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。
过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。
2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。
2）数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。
Q：是串级控制系统。
方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。
Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。
2）略（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1）不是这样。
2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。
2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。
2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
《过程控制系统》习题解答
《过程控制系统》习题解答1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。
一、连续生产过程的自动控制连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。
若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。
二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。
三、被控过程是多种多样的、非电量的现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。
有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。
五、过程控制方案十分丰富过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
过程特性：多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。
单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。
六、定值控制是过程控制的一种常用方式过程控制的目的：消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。
1-3 什么是过程控制系统，其基本分类方法有哪些？过程控制系统：工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH等这样一些过程变量的系统。
串级控制系统整理整理
串级控制系统整理手册一、串级控制系统概述串级控制系统是一种常见的复杂控制系统，主要由两个或多个控制环组成，每个控制环都负责调节一个特定的过程变量。
这种系统具有结构紧凑、响应速度快、控制精度高等优点，广泛应用于各类工业生产过程中。
二、串级控制系统的组成1. 主控制环：主控制环负责监控整个过程的主要变量，通常与系统的输出直接相关。
主控制器根据主控制环的偏差，调整副控制器的设定值，以实现系统整体的控制目标。
2. 副控制环：副控制环位于主控制环内部，负责调节过程中的辅助变量。
副控制器根据副控制环的偏差，调整执行机构的输出，以影响主控制环的变量。
3. 执行机构：执行机构是串级控制系统的执行者，负责根据控制器的指令调整过程变量。
常见的执行机构有电机、阀门、变频器等。
4. 被控对象：被控对象是串级控制系统的作用对象，包括各种生产过程中的设备、工艺和参数。
三、串级控制系统的特点1. 快速响应：串级控制系统通过多个控制环的协同作用，能够迅速响应过程变化，提高系统的动态性能。
2. 高精度：串级控制系统可以实现对外部干扰的有效抑制，提高控制精度，确保产品质量。
3. 灵活性：串级控制系统可根据实际生产需求，调整控制参数，适应不同工况。
4. 易于维护：串级控制系统结构清晰，便于故障排查和日常维护。
四、串级控制系统的设计要点1. 确定控制目标：明确串级控制系统的主、副控制环控制目标，确保系统稳定运行。
2. 选择合适的控制器：根据被控对象的特性，选择合适的控制器类型和参数。
3. 优化控制参数：通过调整控制器参数，使串级控制系统达到最佳控制效果。
4. 考虑系统抗干扰能力：在设计过程中，充分考虑外部干扰因素，提高系统的抗干扰能力。
5. 系统调试与优化：在系统投运后，根据实际运行情况，不断调整和优化控制参数，确保系统稳定、高效运行。
五、串级控制系统的实施步骤1. 系统分析与建模：深入了解生产工艺，对被控对象进行详细分析，建立准确的数学模型，为控制器设计提供依据。
过程控制系统第四章 串级控制系统
4.1 串级控制基本概念
单回路控制系统解决了工业生产过程中大量的参数定值控制问题，在大多数 情况下，这种简单系统能满足生产工艺的要求。但是，当被控过程的时滞或扰 动量很大，或者工艺对控制质量的要求很高或很特殊时，采用单回路控制系统 就无法满足生产的要求。此外，随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、 质量，对提高生产效率、节能降耗以及环境保护提出了更高的要求，这使工业 生产过程对操作条件要求更加严格，对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系 统的精度和功能要求更高。在这样的情况下，产生了串级控制系统。
4.1 串级控制基本概念
4.1.2 串级控制系统的工作过程
加热炉串级控制系统的工作过程是：当处在稳定工况时，被加热物料的流 量和温度不变，燃料的流量与热值不变，烟囱抽力也不变，炉出口温度和炉膛温 度均处于相对平衡状态，调节阀保持一定的开度，此时炉出口温度稳定在给定值 上，当扰动破坏了平衡工况时，串级控制系统便开始了其控制过程。根据不同的 扰动，分三种情况讨论。
4.1 串级控制基本概念
x1
主调节器
x2
副调节器
z1
z2
调节阀
f3 f2 炉 膛 y2
副测量变送器
管壁
主测量变送器
图 4-3 串级控制系统框图
f1
物料
y1
2. 被加热物料的流量和初温变化 f1 t ——一次扰动或主回路扰动
扰动 f1 t 使炉出口温度变化时，主回路产生校正作用，克服f1 t
4.1 串级控制基本概念
T1C
T1T
热物料
T2C
T2 T
热物料
加热炉
燃料
冷物料
加热炉
燃料
冷物料
a）单回路系统（控制出口温度） b）单回路系统（控制炉膛温度） 图4-l 加热炉温度控制系统