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温度和流量串级控制方案和原理
第三章控制系统的控制方案及原理
3.1控制方案的确定
温度流量串级控制实验是以串级控制系统来控制换热器热水出口温度，以
换热器冷水流量为副对象，流量变动的时间常数小，时延小，控制通路短，从
而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速，
反应灵敏等要求。
换热器热水出口温度为主对象，冷水流量的改变需要经过一定时间后通过
换热器的热交换才能反映到换热器热水出口温度，时间常数比较大，时延大。
将主调节器的输出作为副调节器的给定，而副调节器的输出控制执行器。
反复调试，使第二支路的流量快速稳定在给定值上，这时给定值应与负反
馈值相同。若参数比较理想，且主回路扰动较小，经过副回路的及时控制校正，
不影响换热器热水出口温度。如果扰动比较大或参数并不理想，则经过副回路
的校正，还将影响主回路的温度，此时再由主回路进一步调节，从而完成克服
上述扰动，使换热器热水出口温度调节到给定值上。例如当通过调节变频器改
变左边水泵的频率时，即改动了热水的流量，将立即影响到换热器热水出口温
度，如果没有副回路，主回路将产生校正作用，克服扰动对温度的影响。但是
由于副回路的存在，加快了校正作用，使扰动对主回路的温度影响较小。
串级控制系统方框图如图3-1所示，各个回路独立调整结束，使得主调
节器输出与副调节器给定值相差不是太远。副回路对FT102进行控制，这个反
应比较快，副回路控制目的是很快把流量控制回给定值。
主回路对换热器热水出口温度TE103进行控制。可以在换热器热水出口加
入主回路干扰，要平衡这个干扰，则需要经过流量调整，通过FT102来平衡这
个变化。变频器干扰右边水
泵主回路干扰
给定值+
主调节副调节器调节阀电磁流换热器热水TE103
XX
器LIC102FV101量计01出口温度
--
流量FT102
换热器热水出口温TE103
测量与控制端连接表：
图3-1换热器热水出口温度和冷水流量串级控制框图
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温度和流量串级控制方案和原理
测量或控制量测量或控制量标号使用控制器端口
电磁流量计FT102AI0
换热器热水出口温度TE103AI1
调节阀FV101AO0
3.2主、副调节器控制规律的选择
在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值
控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择控制规律的基本出发点。
主参数是工艺操作的主要指标，允许波动的范围很小，一般要求无余差，
因此，主调节器应选PI或PID控制规律。副参数的设置是为了保证主参数的控
制质量，允许在一定范围内变化，允许有余差，因此副调节器只要选P控制规
律就可以了。一般不引入积分控制规律。因为副参数允许有余差，而且副调节
器的放大系数较大，控制作用强，余差小，若采用积分规律，会延长控制过程，
减弱副回路的快速作用。一般也不引入微分控制规律，因为副回路本身起着快
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