復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)串級(jí)控制

第四章復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)串級(jí)控制前饋控制大滯后補(bǔ)償控制比值控制分程與選擇性控制多變量解耦控制模糊控制預(yù)測(cè)控制第一頁(yè)，共四十三頁(yè)。單回路系統(tǒng)的局限僅適用于比較簡(jiǎn)單的單輸出生產(chǎn)過(guò)程的控制，不能解決多輸出過(guò)程的控制問(wèn)題。即使是簡(jiǎn)單的單輸出生產(chǎn)過(guò)程，也存在這樣的情況，如其調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性決定了它很難控制(如過(guò)程的滯后常數(shù)很大或擾動(dòng)量很大)；或調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性雖不復(fù)雜，但工藝對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求很高或很持殊。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，對(duì)提高生產(chǎn)效率、降耗節(jié)能以及環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求，使工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)操作條件要求更加嚴(yán)格，對(duì)工藝參數(shù)要求更加苛刻，從而對(duì)控制系統(tǒng)的精度和功能要求更高。2精品PPT|借鑒參考第二頁(yè)，共四十三頁(yè)。第一節(jié)串級(jí)(Cascade)控制一、串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程3精品PPT|借鑒參考第三頁(yè)，共四十三頁(yè)。方案一：圖4—1a(單回路)被控參數(shù)：爐的出口溫度T1(直接參數(shù))控制參數(shù)：燃料量主要擾動(dòng)：被加熱物料的流量和初溫f1(t)，燃料熱值的變化、壓力的波動(dòng)、流量的變化f2(t)，煙囪擋板位置的改變、抽力的變化f3(t).系統(tǒng)特點(diǎn)：所有對(duì)被控參數(shù)的擾動(dòng)都包含在這個(gè)回路中，理論上都可由溫度調(diào)節(jié)器予以克服，但是控制通道的時(shí)間常數(shù)和容量滯后較大，控制作用不及時(shí)，系統(tǒng)克服擾動(dòng)的能力較差，不能滿足生產(chǎn)工藝要求。4精品PPT|借鑒參考第四頁(yè)，共四十三頁(yè)。方案二：圖4—1b(單回路)被控參數(shù)：爐膛溫度T2(間接參數(shù))控制參數(shù)：燃料量主要擾動(dòng)：被加熱物料的流量和初溫f1(t)，燃料熱值的變化、壓力的波動(dòng)、流量的變化f2(t)，煙囪擋板位置的改變、抽力的變化f3(t)。系統(tǒng)特點(diǎn)：能及時(shí)有效地克服擾動(dòng)f2(t)、f3(t)，但是擾動(dòng)f1(t)未包括在系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)不能克服擾動(dòng)f1(t)對(duì)爐出口溫度的影響，仍然不能達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。5精品PPT|借鑒參考第五頁(yè)，共四十三頁(yè)。方案三：圖4—2(串級(jí))主被控參數(shù)(主參數(shù))：爐出口溫度T1副被控參數(shù)(副參數(shù))：爐膛溫度T2特點(diǎn)：把爐出口溫度調(diào)節(jié)器T1的輸出作為爐膛溫度調(diào)節(jié)器T2的給定值，擾動(dòng)f2(t)、f3(t)主要由爐膛溫度調(diào)節(jié)器(副調(diào)節(jié)器)構(gòu)成的控制回路(副回路)來(lái)克服，擾動(dòng)f1(t)對(duì)爐出口溫度的影響由爐出口溫度調(diào)節(jié)器(主調(diào)節(jié)器)構(gòu)成的控制回路(主回路)來(lái)消除。6精品PPT|借鑒參考第六頁(yè)，共四十三頁(yè)。名詞術(shù)語(yǔ)：

主回路、副回路

主參數(shù)、副參數(shù)

主過(guò)程、副過(guò)程(對(duì)象)

主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器

一次擾動(dòng)、二次擾動(dòng)7精品PPT|借鑒參考第七頁(yè)，共四十三頁(yè)。加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程當(dāng)處在穩(wěn)定工況時(shí)，被加熱物料的流量和溫度不變，燃料的流量與熱值不變，煙囪抽力也不變，爐出口溫度和爐膛溫度均處于相對(duì)平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥保持一定的開(kāi)度，此時(shí)爐出口溫度穩(wěn)定在給定值上，當(dāng)擾動(dòng)破壞了平衡工況時(shí)，串級(jí)控制系統(tǒng)便開(kāi)始了其控制過(guò)程。根據(jù)不同的擾動(dòng)，分三種情況：1.燃料壓力、熱值變化f2(t)和煙筒抽力變化f3(t)----二次擾動(dòng)或副回路擾動(dòng)2.被加熱物料的流量和初溫變化f1(t)----一次擾動(dòng)或主回路擾動(dòng)8精品PPT|借鑒參考第八頁(yè)，共四十三頁(yè)。3.一次擾動(dòng)和二次擾動(dòng)同時(shí)存在假設(shè)調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)式，主、副調(diào)節(jié)器均為反作用。如果一、二次擾動(dòng)的作用使主、副被控參數(shù)同時(shí)增大或同時(shí)減少，主、副調(diào)節(jié)器對(duì)調(diào)節(jié)閥的控制方向是一致的，即大幅度關(guān)小或開(kāi)大閥門，加強(qiáng)控制作用，使?fàn)t出口溫度很快調(diào)回到給定值上。如果一、二次擾動(dòng)的作用使主、副被控參數(shù)一個(gè)增大(爐出口溫度升高)，另一個(gè)減小(燃料量減少，即爐膛溫度降低)，此時(shí)主、副調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥的方向是相反的，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度只要作較小變動(dòng)即可滿足控制要求。9精品PPT|借鑒參考第九頁(yè)，共四十三頁(yè)。二、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與分析在結(jié)構(gòu)上與電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的雙閉環(huán)系統(tǒng)相同(比單回路系統(tǒng)多了一個(gè)副回路)，其系統(tǒng)特點(diǎn)與分析方法亦基本相同。主回路(外環(huán))：定值控制系統(tǒng)副回路(內(nèi)環(huán))：隨動(dòng)控制系統(tǒng)與單回路系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)多用了一個(gè)測(cè)量變送器與一個(gè)控制器(調(diào)節(jié)器)，增加的投資并不多(對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，僅增加了一個(gè)測(cè)量變送器)，但控制效果卻有顯著的提高，其原因在于串級(jí)控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)包含二次擾動(dòng)的副回路。10精品PPT|借鑒參考第十頁(yè)，共四十三頁(yè)。(一)改善了被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性11精品PPT|借鑒參考第十一頁(yè)，共四十三頁(yè)。副回路閉環(huán)傳遞函數(shù)設(shè)W02(s)=K02/(T02s+1)，Wc2(s)=Kc2，Wv(s)=Kv，Wm2(s)=Km2，可得式中----等效被控過(guò)程的放大系數(shù)----等效被控過(guò)程的時(shí)間常數(shù)12精品PPT|借鑒參考第十二頁(yè)，共四十三頁(yè)?？梢?jiàn)T’02僅為T02的1/(1+Kc2Kv2K02Km2)。而且隨著Kc2的增大這種效果更顯著。如果匹配得當(dāng)，副回路可近似為1：1的環(huán)節(jié)。這樣對(duì)主調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，其等效被控過(guò)程只剩下不包括在副回路之內(nèi)的一部分被控過(guò)程，所以其容量滯后減小了，過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性得到顯著改善，使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，控制更為及時(shí)，從而提高了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。串級(jí)控制系統(tǒng)由于增加了一個(gè)副回路，使等效被控過(guò)程的時(shí)間常數(shù)減小了，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。（頻域分析略）13精品PPT|借鑒參考第十三頁(yè)，共四十三頁(yè)。(二)大大增強(qiáng)了對(duì)二次擾動(dòng)的克服能力在二次擾動(dòng)F2(s)的作用下，副回路傳遞函數(shù)系統(tǒng)輸出對(duì)輸入的傳遞函數(shù)為而系統(tǒng)輸出對(duì)二次擾動(dòng)F2(s)的傳遞函數(shù)為14精品PPT|借鑒參考第十四頁(yè)，共四十三頁(yè)。對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)它在給定信號(hào)作用下，其輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的變化，即Y1(s)/X1(s)越接近于1時(shí)，則系統(tǒng)的控制性能越好；當(dāng)它在擾動(dòng)作用下，其控制作用能迅速克服擾動(dòng)的影響，即Y1(s)/F2(s)越接近于0時(shí)，則系統(tǒng)的控制性能越好，系統(tǒng)的抗干擾能力就越強(qiáng)。圖4-5串級(jí)控制系統(tǒng)抗干擾能力可用下式表示：15精品PPT|借鑒參考第十五頁(yè)，共四十三頁(yè)。為了與單回路控制系統(tǒng)比較，用同樣方法可得出單回路控制系統(tǒng)(圖4—1a)輸出Y(s)對(duì)輸入X(s)的傳遞函數(shù)。輸出Y(s)對(duì)擾動(dòng)F2(s)作用下的傳遞函數(shù)為16精品PPT|借鑒參考第十六頁(yè)，共四十三頁(yè)。單回路控制系統(tǒng)的抗干擾能力為串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力之比:設(shè)串級(jí)與單回路系統(tǒng)均采用比例調(diào)節(jié)器，其比例放大系數(shù)分別為KC1、KC2、KC，則上式變?yōu)橐话鉑C1KC2>>KC，所以QC2>>QD2。17精品PPT|借鑒參考第十七頁(yè)，共四十三頁(yè)。(三)對(duì)一次擾動(dòng)有較好的克服能力對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)：抗擾動(dòng)能力：對(duì)單回路控制系統(tǒng)：抗擾動(dòng)能力：18精品PPT|借鑒參考第十八頁(yè)，共四十三頁(yè)。兩者抗一次擾動(dòng)能力之比：設(shè)WC(s)=WC1(s)，一般情況下WC2(s)很大，則有一般情況下WV(s)W02(s)Wm2(s)小于1，因此串級(jí)控制系統(tǒng)的抗一次擾動(dòng)的能力要比單回路控制系統(tǒng)略強(qiáng)一些。19精品PPT|借鑒參考第十九頁(yè)，共四十三頁(yè)。(四)對(duì)副回路參數(shù)變化具有一定的自適應(yīng)能力在生產(chǎn)過(guò)程中，常含有非線性與未建模動(dòng)態(tài)，工作點(diǎn)亦常隨負(fù)荷與操作條件發(fā)生變化，使過(guò)程特性發(fā)生變化。對(duì)于包含在副回路內(nèi)的非線性與參數(shù)、負(fù)荷變化，串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。例：加熱爐中零件數(shù)量變化（溫度控制）。20精品PPT|借鑒參考第二十頁(yè)，共四十三頁(yè)。仿真研究單回路系統(tǒng)：PID參數(shù)Kp=3.7TI=38sTD=0s未加干擾21精品PPT|借鑒參考第二十一頁(yè)，共四十三頁(yè)。串級(jí)控制(未加擾動(dòng))主調(diào)節(jié)器Kp=8.4TI=12.8sTD=0s副調(diào)節(jié)器Kp=10TI=5000sTD=0s22精品PPT|借鑒參考第二十二頁(yè)，共四十三頁(yè)。串級(jí)控制：(副回路加入階躍擾動(dòng))23精品PPT|借鑒參考第二十三頁(yè)，共四十三頁(yè)。串級(jí)控制：(主回路加入階躍擾動(dòng))24精品PPT|借鑒參考第二十四頁(yè)，共四十三頁(yè)。串級(jí)控制：(主、副回路同時(shí)加入階躍擾動(dòng))25精品PPT|借鑒參考第二十五頁(yè)，共四十三頁(yè)。PPT內(nèi)容概述第四章復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)。2.被加熱物料的流量和初溫變化f1(t)----一次擾動(dòng)或主回路擾動(dòng)。T’02僅為T02的1/(1+Kc2Kv2K02Km2)。如果匹配得當(dāng)，副回路可近似為1：1的環(huán)節(jié)。串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力之比:。一般KC1KC2>>KC，。所以QC2>>QD2。對(duì)于包含在副回路內(nèi)的非線性與參數(shù)、負(fù)荷變化，串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。例：圖4—2所示爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。但副回路是隨動(dòng)控制，只要求副參數(shù)能快速準(zhǔn)確地跟隨主調(diào)節(jié)器的輸出變化即可。根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，主、副過(guò)程的時(shí)間常數(shù)之比T01/T02應(yīng)在3到10范圍內(nèi)。將變化劇烈且幅度大的擾動(dòng)包括在串級(jí)系統(tǒng)副回路中，就可大大減少其對(duì)主參數(shù)的影響。在過(guò)程控制中，一般工業(yè)過(guò)程特性都有一定的非線性。42第二十六頁(yè)，共四十三頁(yè)。參考文獻(xiàn)過(guò)程控制與Simulink應(yīng)用，王正林,郭陽(yáng)寬，200627精品PPT|借鑒參考第二十七頁(yè)，共四十三頁(yè)。三、串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(一)主、副回路的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。主參數(shù)的選擇和主回路的設(shè)計(jì)可以按照單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計(jì)以及主、副回路關(guān)系的考慮。1．副回路應(yīng)包括盡可能多的擾動(dòng)副回路對(duì)于包含在其內(nèi)的二次擾動(dòng)以及非線性、參數(shù)變化有很強(qiáng)的抑制能力與一定的自適應(yīng)能力，因此副回路應(yīng)包括生產(chǎn)過(guò)程中變化劇烈且幅度大的主要擾動(dòng)。28精品PPT|借鑒參考第二十八頁(yè)，共四十三頁(yè)。并不是說(shuō)在副回路中包括的擾動(dòng)愈多愈好，而應(yīng)該是合理。原因：副回路包括的擾動(dòng)愈多，通道就愈長(zhǎng)，時(shí)間常數(shù)就愈大，無(wú)法快速克服擾動(dòng)。2．應(yīng)使主、副過(guò)程的時(shí)間常數(shù)適當(dāng)匹配原則上，主、副過(guò)程時(shí)間常數(shù)之比應(yīng)在3到10范圍之內(nèi)。

如果副過(guò)程的時(shí)間常數(shù)比主過(guò)程小得太多，這時(shí)雖然副回路反應(yīng)靈敏，控制作用快，但此時(shí)一般情況下副回路包含的擾動(dòng)少，對(duì)于過(guò)程特性的改善也就減少了。29精品PPT|借鑒參考第二十九頁(yè)，共四十三頁(yè)。如果副回路的時(shí)間常數(shù)接近甚至大于主過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，這時(shí)副回路雖對(duì)改善過(guò)程特性的效果較顯著，但副回路反映較遲鈍，不能及時(shí)有效克服擾動(dòng)。如果主、副過(guò)程的時(shí)間常數(shù)比較接近，這時(shí)主、副回路的動(dòng)態(tài)聯(lián)系十分密切，一個(gè)參數(shù)發(fā)生振蕩時(shí)，會(huì)使另一個(gè)參數(shù)也發(fā)生振蕩（共振），不利于生產(chǎn)的正常進(jìn)行。串級(jí)控制系統(tǒng)主、副過(guò)程時(shí)間常數(shù)的匹配是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，工程上應(yīng)根據(jù)具體過(guò)程的實(shí)際情況與控制要求來(lái)定。30精品PPT|借鑒參考第三十頁(yè)，共四十三頁(yè)。(二)主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇出發(fā)點(diǎn)：主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用。

主調(diào)節(jié)器選PI或PID控制規(guī)律：主參數(shù)是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍較小，一般要求無(wú)余差。

副調(diào)節(jié)器選P控制規(guī)律：副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可以在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差。一般不引入積分(會(huì)延長(zhǎng)控制過(guò)程，減弱副回路的快速作用)。也不引入微分(副回路本身起著快速作用，再引入微分規(guī)律會(huì)使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作過(guò)大，對(duì)控制不利)。31精品PPT|借鑒參考第三十一頁(yè)，共四十三頁(yè)。(三)確定主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式主、副調(diào)節(jié)器正/反作用方式的選擇原則：使整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，即主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正。（各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性的規(guī)定與單回路系統(tǒng)相同）例：圖4—2所示爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。32精品PPT|借鑒參考第三十二頁(yè)，共四十三頁(yè)。四、串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定串級(jí)控制系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，是相互關(guān)聯(lián)的，因此其參數(shù)整定也是相互關(guān)聯(lián)的，需相互協(xié)調(diào)、反復(fù)核定才能取得最佳效果。在整定主調(diào)節(jié)器時(shí)，必須知道副調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)特性；在整定副調(diào)節(jié)器時(shí)，又必須知道主調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)特性。原則：主回路為定值控制，要求主參數(shù)有較高的控制精度，其品質(zhì)指標(biāo)與單回路定值控制系統(tǒng)一樣。但副回路是隨動(dòng)控制，只要求副參數(shù)能快速準(zhǔn)確地跟隨主調(diào)節(jié)器的輸出變化即可。33精品PPT|借鑒參考第三十三頁(yè)，共四十三頁(yè)。1．兩步整定法根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，主、副過(guò)程的時(shí)間常數(shù)之比T01/T02應(yīng)在3到10范圍內(nèi)。此時(shí)主、副回路的工作頻率和周期相差很大，動(dòng)態(tài)聯(lián)系很小，可忽略不計(jì)。所以，副調(diào)節(jié)器參數(shù)按單回路系統(tǒng)方法整定后，可以將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，而不再考慮主調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對(duì)副回路的影響。另外，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于主參數(shù)的質(zhì)量指標(biāo)要求很高，而對(duì)副參數(shù)的質(zhì)量指標(biāo)沒(méi)有嚴(yán)格要求，設(shè)置副參數(shù)是為了進(jìn)一步提高主參數(shù)的控制質(zhì)量。在副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定好后，再整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)，只要主參數(shù)的質(zhì)量通過(guò)主調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定得到保證，副參數(shù)的控制質(zhì)量可以允許犧牲一些。34精品PPT|借鑒參考第三十四頁(yè)，共四十三頁(yè)。整定步驟：第一步整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，第二步整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。（先副后主）1)在工況穩(wěn)定、主回路閉合，主、副調(diào)節(jié)器都在純比例作用下，主調(diào)節(jié)器的比例度置于100％，用單回路控制系統(tǒng)的衰減曲線法(如4：1)整定，求取副調(diào)節(jié)器的比例度δ2s和周期T2s。2)將副調(diào)節(jié)器的比例度置于所求得的數(shù)值δ2s上，把副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，用同樣方法整定主回路，求取主調(diào)節(jié)器的比例度δ1s和周期T1s。35精品PPT|借鑒參考第三十五頁(yè)，共四十三頁(yè)。3)根據(jù)δ1s、T1s、δ2s、T2s，按單回路系統(tǒng)衰減曲線法的整定公式計(jì)算主調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。4)按先副后主、先比例后積分的順序，設(shè)置主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，再觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，直到系統(tǒng)質(zhì)量達(dá)到最佳。36精品PPT|借鑒參考第三十六頁(yè)，共四十三頁(yè)。2．逐步逼近法對(duì)于主、副過(guò)程的時(shí)間常數(shù)相差不大的串級(jí)控制系統(tǒng)，由于主、副回路的動(dòng)態(tài)聯(lián)系比較密切，所以系統(tǒng)整定必須反復(fù)進(jìn)行、逐步逼近。逐步逼近法：在主回路斷開(kāi)的情況下，求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)，然后將副調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置在所求數(shù)值上，將主回路閉合以求取主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值。而后，將主調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置在所求數(shù)值上再進(jìn)行整定，求出第二次副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值。比較上述兩次的整定參數(shù)值和控制質(zhì)量，如果達(dá)到了控制品質(zhì)指標(biāo)，整定工作就此結(jié)束。否則再按此法求取第二次主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值，依次循環(huán)，直到求得合適的整定參數(shù)值。（整定步驟略）37精品PPT|借鑒參考第三十七頁(yè)，共四十三頁(yè)。五、串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用

(一)用于克服被控過(guò)程較大的容量滯后現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，一些以溫度等作為被控參數(shù)的過(guò)程，往往其容量滯后較大，控制要求又較高。若采用單回路控制系統(tǒng)，控制質(zhì)量不能滿足生產(chǎn)要求。此時(shí)可選用串級(jí)控制系統(tǒng)，充分利用其改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性、提高工作頻率的特點(diǎn)。為此，選擇一個(gè)滯后較小的副參數(shù)，組成一個(gè)快速動(dòng)作的副回路，以減小等效過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，加快響應(yīng)速度，從而取得較好的控制質(zhì)量。例：圖4—2加熱爐。38精品PPT|借鑒參考第三十八頁(yè)，共四十三頁(yè)。(二)用于克服被控過(guò)程的純滯后當(dāng)工業(yè)過(guò)程純滯后時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，可用串級(jí)控制來(lái)改善控制質(zhì)量，即在離調(diào)節(jié)閥較近、純滯后較小的地方選擇一個(gè)副參數(shù)，構(gòu)成一個(gè)純滯后較小的副回路，把主要擾動(dòng)包括在副回路中，在其影響主參數(shù)前，由副回路實(shí)現(xiàn)對(duì)主要擾動(dòng)的及時(shí)控制，從而提高控制質(zhì)量。例4—1造紙廠網(wǎng)前箱溫度串級(jí)控制(圖4-7)。紙漿用泵從儲(chǔ)槽送至混合器，在混合器內(nèi)用蒸汽加熱至72℃左右，經(jīng)過(guò)立篩、圓篩除去雜質(zhì)后送到網(wǎng)前箱，再經(jīng)銅網(wǎng)脫水。為保證紙張質(zhì)量，工藝要求網(wǎng)前箱溫度保持在61℃左右，允許偏差不得超過(guò)1℃。39精品PPT|借鑒參考第三十九頁(yè)，共四十三頁(yè)。若用單回路系統(tǒng)，從混合器到網(wǎng)前箱純滯后達(dá)90s，當(dāng)紙漿流量波動(dòng)35kg/min時(shí)，溫度最大偏差8.5℃，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間450s，控制質(zhì)量差，不能滿足工藝要求。在離調(diào)節(jié)閥較近處選擇混合器出口溫度為副參數(shù)，網(wǎng)前箱溫度為主參數(shù)構(gòu)成串級(jí)控制，把主要擾動(dòng)(紙漿