§6.1 串级控制原理

§6.2 串级控制系统的特点

§6.3 串级控制系统的设计

§6.4 串级控制系统的参数整定

§6.5 串级控制系统的工业应用

第六章 串级控制系统设计

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例 ：管式加热炉是炼油厂经常采用的设备之一（如下所示），

其工艺要求是：炉出口温度保持恒定。

一、串级控制系统的组成

干扰：

原料的流量、初始温度；

燃料的流量、燃料热值。

§6.1 串级控制原理

方案一：管式加热炉出口温度的单回路控制

温度检测变送器

温度控制器

期望温度

由于原料、燃料的流量等扰动导致控制作用不及时；

偏差大，控制质量差。

存在的问题：

方案二：管式加热炉出口温度的间接控制（1）

存在的问题：

在这个方案中，炉出口温度不是被控量，当来自原料入口温度和初始温度等干扰因素使出口温度发生变化时，此间接控制系统无法将变化了的温度调回来；

期望流量

流量检测变送器

流量控制器

管式加热炉出口温度的间接控制（2）

期望炉膛温度

用温度控制器的输出作为流量控制器的设定值，由流量控制器的输出去控制燃料油管线的控制阀，可以抑制燃料油流量的扰动

方案三：加热炉出口温度与燃料流量的串级控制

同样：加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制可以抑制燃料油

流量的扰动和热值扰动。

串级控制系统：就是由两个调节器串联在一起，控制一个执

行阀，实现定值控制的控制系统。

串级控制系统中常见的名词术语：

温度-流量串级控制系统的方框图如下：

主、副变量，主、副控制器（调节器），主、副对象，主、副检测变送器，主、副回路。

作用在主、副对象上的干扰分别为一、二次干扰。

串级控制系统的通用方框图：

二、串级控制系统的工作过程（参见P198）

仍以管式加热炉出口温度控制为例，分析温度-流量串级控制系统克服干扰的过程。

调节阀：气开式

温度调节器、流量调节器：反作用

内回路选取时应包含主要干扰，同时时间常数不宜过长。

情况一：干扰来自燃料油流量的变化

 初始阶段，出口温度不变，温度控制器的输出不变，流量控制器就按照变化了的测量值与没变的设定值之差进行控制，改变执行阀的原有开度，使燃料油向原来的设定值靠近。

 当出口温度发生变化时，温度控制器不断改变着流量控制器的设定值，流量控制器就按照测量值与变化了的设定值之差进行控制，直到炉出口温度重新恢复到设

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