第二章 串级控制系统

2．1 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点？

(1) 串级系统由于副回路的存在, 使等效副对象时间常数减小，改善了对象的特性,使系统工作频率

提高。

(2) 串级控制系统有较强的抗干扰能力，特别是干扰作用于副环的情况下,系统的抗干扰能力会更

强。

(3) 串级系统具有一定的自适应能力。

2．2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用方式只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环

节无关？ 主环内包括有主控制器,副回路,主对象和主变送器.而副回路可视为一放大倍数为“1”的环节,主

变送器放大倍数一般为正,所以主控制器的正反作用只取决于主对象放大倍数的符号。如果主对象放大倍数的符号为正,则主控制器为反作用,反之, 则主控制器为正作用。

2．5 试说明为什么整个副环可视为一放大倍数为正的环节来看？

副回路所起的作用是使副变量根据主调节器输出进行控制，是一随动系统。因此整个副回路可

视为一放大倍数为正的环节来看。

2．6 试说明在整个串级控制系统中主、副控制器之一的正、反作用方式选错会造成怎样的危害？

当主、副控制器有一个正反作用方式选错时,就会造成系统的主回路或副回路按正反馈控制,当被控变量出现偏差时,系统不仅不向着消除偏差的方向校正,反而使被控变量远离给定值。

2．7 图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应，，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应温度控制精度要求很高，单回路

满足不了要求，需用串级控制。

⑴ 当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。 ⑵当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。

⑶ 对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式。

(1)选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.

(2)夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.

2．8 图2-21为一管式炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统。要求： ⑴ 选择阀的开闭形式？

⑵ 确定主、副控制器的正、反作用方式？

⑶ 在系统稳定的情况下，如果燃料压力突然升高，结合控制阀的开闭形式及控制器的正、反作用方式，分析串级系统的工作过程。

(1) 气开阀 (2)主控制器反作用,副控制器反作

用。

(3)如果燃料气的P1突然生高，

副回路首先有一个“粗调”： P1↑?F1↑?T2↑?u2↓? F1↓

没有完全被副回路克服的部

分干扰，通过主回路“细调”：

T2↑?T1↑?u1↓? F1↓?T2↓?T1↓

2．9 某干燥器采用夹套加热和真空吸收并行的方式来干燥物料。干燥温度过高会使物料物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥温度进行严格控制。夹套通入的是经列管式加热器加热的热水，而加热器采用的是饱和蒸汽，流程如图2-22所示。要求：

⑴ 如果冷却水流量波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？ ⑵ 如果蒸汽压力波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？

⑶ 如果冷却水流量和蒸汽压力都经常波动，应采用何种控制方案？为什么？

(1)以热水温度为副变量,干燥器出口温度为主变量，蒸汽流量为操纵变量构成温度温度串级系统，冷水流量单独设计流量单回路系统

理由：当被控变量为干燥器出口温度时，不宜选冷水流量做操纵变量，故单独设计流量单回路系统抑

制冷水流量波动。

以干燥器出口温度为被控量、蒸汽流量为操纵变量的控制系统中，控制通道太长，存在较大的时间常数和纯滞后，故选择换热器出口温度为副变量，构成串级系统，利用副回路减小等效时间常数。

(2) 以热水温度为为副变量,干燥器的温度为主变量串级系统。

理由：将蒸汽压力波动这一主要干扰包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干扰作用抑制

蒸汽压力波动对干燥器出口的温度的影响.

(3) 采用与（1）相同方案。理由同（1）。