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例：右图为聚合釜温度控制系统。冷却水通入夹套内，以移走聚合反应所产生的热量。试问： 1）画出系统的方框图； 2）如果聚合温度不允许过高，否则易发生事故，试确定调节阀的气开、气关型式；确定主、副调节器的正、反作用。 如果冷却水的温度而不是压力经常波动，应选择聚合釜夹套内的水温作为副变量，这样才能将主要扰动包含在副回路内，以充分发挥副回路能及时快速克服主要扰动的作用。 1）方框图： 2）为了在气源中断时保证冷却水继续供应，以防止釜温过高，控制阀仍应选气关阀，但副控制器和主控制器都应选反作用。 重点与难点 了解串级控制系统的系统结构 能根据系统框图分析串级控制系统的工作原理 掌握串级控制系统的性能特点 掌握串级控制系统的设计方法 注意串级控制系统与双重控制系统的区别 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * * 图中手写字应取掉. * 图号为4-16 * 链接图应在图库: t91t4-4 * * 1利用等效框图推导 * 4.1.5 设计与应用 一、串级控制系统的工业应用 1、用于克服对象的纯滞后 当被控对象纯滞后时间较长时，在离控制阀较近、纯滞后时间较小的地方选择一个副变量，把干扰拉入副回路。 利用副回路的超前作用来克服对象的纯滞后仅仅是对二次干扰而言的，一次干扰不直接影响副变量。 ?例 如下图所示： ?副变量：过热蒸汽温度，位于滞后较小的B点。 ?被控参数：A点温度 ?控制参数：减温水流量 ?主要干扰：减温水压力波动。 过热蒸汽温度串级控制系统 B A 2、用于克服对象的容量滞后 ?容量滞后会使被控对象反应迟钝，超调大，过渡过程长。 ?以温度或质量作为被控量的控制对象，其容量滞后往往比较大，致使控制质量变差。 ?对象容量滞后大、干扰复杂的情况下，串级控制系统的使用最为普遍，效果较好。 ?此时应选择一个滞后较小的辅助变量组成副回路。 ?副环的时间常数不能过大，以防共振；也不能过小，力求多包含一些干扰。 ?例 如下张图： 燃料油热值变化后，炉膛反应滞后3分钟，而出口温度则需15分钟。 ?串级控制系统对二次干扰具有很强的克服能力。 ?设计时应把变化剧烈、幅值大的干扰包含在副回路中。 ?副回路放大系数应大些，会使抗干扰能力大大提高。 ?例 如右图，脱气塔的压力对主控指标(液位)影响很大，甚至造成溢出或打干的事故，是主干扰，串级控制后效果很好。 3、用于克服变化剧烈和幅值大的干扰 ?负荷变化会引起工作点的移动。 ?当负荷变化大且频繁时，只有高级控制系统才有重整参数以适应控制要求的能力。 ?一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。 ?例 在右图中，其中部温度要严控，则将具有非 线性特性的换热器包含在副回路。 4、用于克服对象的非线性 二、串级控制系统的设计 根据串级控制系统的性能分析，可得到串级控制系统的设计准则如下： 1、应使主要扰动进入副环，使尽量多的扰动进入副环。 2、应合理选择副对象和检测变送环节的特性，使副环可近似为1：1的比例环节。 3、根据副环频率特性，当副控制器参数整定不合适或副对象时间常数与主对象时间常数不匹配时，会出现共振现象。设计时应合理选择副对象，调整主、副被控对象时间常数之比，控制器参数整定要合适，防止共振现象发生。 ?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。 （2）、其次考虑选择与质量有单值关系的参数作为主变量。 串级控制系统的设计包括主、副回路选择，主、副控制器控制规律选型和正、反作用的确定。 (一)、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。 1、主、副回路的选择 (二)、副回路应包括尽可能多的扰动 ?前已述及，应将变化最剧烈、幅度最大、最频繁的扰动包括在副回路中。 ?研究系统的干扰来源是十分重要的。如前述的管式加热炉，主扰动为然油压力还是然油热值，则副回路的选择大不相同。 (3)、所选主变量应有足够的灵敏度，且工艺合理、易实现。 ?并非包括的干扰越大越好。干扰包括得越大，副变量的位置会越靠近主变量，灵敏度会降低。