主、副控制鈴控制規律及正、反作用的選擇

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串級控制系統中主、副控制器的控制規律的選擇原則是不同的。

(1)主控制器通常都選用比例積分控制規律串級控制系統的目的是為了高精度地穩定主變量。主變量是生產工藝的主要控制指標，它直接關系到產品的質量或生產的正常進行，工藝上對它的要求比較嚴格。一般來說注變量不允許余差。所以，主控制器通常都選用比例積分控制規律，以實現主變量的無差控制。有時，對象控制通道容量滯后比較大，例如溫度對象或成分對象等，為了克服容量滯后，可以選擇比例積分微分控制規律。

(2)副控制器一般采用比例控制規律在串級控制系統中，穩定副變量并不是目的，設置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質量。在干擾作用下，為了維持主變量的不變，副變量就要變。副變量的給定值是隨主控制器的輸出變化而變化的。所以，在控制過程中，對副變量的要求一般都不很嚴格，允許它有波動。因此，副控制器一般采用比例控制規律。為了能夠快速跟蹤，zui好不帶積分作用，因為積分作用會使跟蹤變得緩慢。副控制器的微分作用也是不需要的，因為當副控制器有微分作用時，一旦主控制器輸出稍有變化，就容易引起控制閥大幅度地變化，這對系統的穩定是不利的。

2.控制器正、反作用的選擇

根據各種不同情況，主、副控制器的作用方向選擇方法如下:

(1)串級控制系統中的副控制器作用方向的選擇，是根據工藝安全等要求，選定執行器的氣開、氣關型式后，按照使副控制回路成為一個負反饋系統的原則來確定的。因此，副控制器的作用方向與副對象特性、執行器的氣開、氣關型式有關，其選擇方法與簡單控制系統中控制器正、反作用的選擇方法相同，這時可不考慮主控制器的作用方向，只是將主控制器的輸出作為副控制器的給定就行了。

例如圖8-1-2所示的管式加熱爐溫度一溫度串級控制系統中的副回路，如果為了在氣源中斷時，停止供給燃料油，以防燒壞爐子，那么執行器應該選氣開閥，是“正”方向。當燃料量加大時，爐膛溫度θ2(副變量)是增加的，因此副對象是“正”方向。為了使副回路構成一個負反饋系統，副控制器T2C應選擇“反”作用方向。只有這樣，才能當爐膛溫度受到干擾作用上升時，T2C的輸出降低，從而使氣開閥關小，減少燃料量，促使爐膛溫度下降。

又如圖8-1-5所示的精餾塔塔釜溫度與蒸汽流量的串級控制系統中，如果基于工藝上的考慮，選擇執行器為氣關閥。那么，為了使副回路是一個負反饋控制系統，副控制器FC的作用方向應選擇為“正”作用。這時，當由于蒸汽壓力波動而使蒸汽流量增加時，副控制器的輸出就將增加，以使控制閥關小(因是氣關閥)，保證進人再沸器的加熱蒸汽量不受或少受蒸汽壓力波動的影響。這樣，就充分發揮了副回路克服蒸汽壓力波動這一干擾的快速作用，提高了主變量的控制質量。

(2)串級控制系統中主控制器作用方向的選擇可按下述方法進行:當主、副變量在增加(或減小)時，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減小(或增加)，要求控制閥的動作方向是一致的時候，主控制器應選“反”作用;反之，則應選“正”作用。

從上述方法可以看出，串級控制系統中主控制器作用方向的選擇完全由工藝情況確定，與執行器的氣開、氣關型式及副控制器的作用方向完全無關。因此，串級控制系統中主、副控制器的選擇可以按先副后主的順序，即先確定執行器的開、關型式及副控制器的正、反作用，然后確定主控制器的作用方向;也可以按先主后副的順序，即先按工藝過程特性的要求確定主控制器的作用方向，然后按一般單回路控制系統的方法再選定執行器的開、關型式及副控制器的作用方向。

例如圖8-1-2所示的管式加熱爐串級控制系統，不論是主變量θ1或副變量θ2增加時，對控制閥動作方向的要求是一致的，都要求關小控制閥，減少供給的燃料量，才能使θ1或θ2降下來，所以此時主控制器T2C應確定為反作用方向。圖8-1-5所示的精餾塔塔釜溫度串級控制系統，由于蒸汽流量(副變量)增加時，需要關小控制閥，培釜溫度(主變量)增加時，也需要關小控制閥，因此它們對控制閥的動作方向要求是一致的，所以主控制器TC也應為反作用方向。

圖8-1-8是冷卻器溫度串級控制系統的示意圖。為了保證被冷卻物料出口溫度的恒定，并及時克服冷劑壓力波動對控制質量的影響，設計了以被冷卻物料出口溫度為主變量，冷劑流量為副變量的串級控制系統。分析冷卻部的特性可以知道，當主變量即被冷卻物料出口溫度增加時，需要開大控制閥，而當副變量即冷劑流量增加時，需要關小控制閥，它們對控制閥動作方向的要求是不一致的，因此主控制器TC的作用方向應選用正作用。

(3)當由于工藝過程的需要，控制閥由氣開改為氣關;或由氣關改為氣開時，只要改變副控制器的正反作用而不需改變主控制器的正反作用。

但是必須指出，在有些生產過程中，要求控制系統既可以進行串級控制.又可以實現主控制器單獨工作，即切除副控制器，由主控制器的輸出直接控制執行器(稱為主控).這就是說，若系統由串級切換為主控時，是用主控制器的輸出代替原先副控制器的輸出去控制執行器，而若系統由主控切換為串級時，是用副控制器的愉出代替主控制器的輸出去控制執行器。無論哪一種切換，都必需保證當主變量變化時，去控制閥的信號完全一致。以圖8-1-2所示的管式加熱爐出口溫度串級控制系統為例，當執行器為氣開閥時，T1C和T2C均為反作用。主變量θ1增加時，去執行器的氣壓信號是要求減小的。這樣才能關小閥門，減少燃料供給量，以使溫度θ1。下降，當系統由串級切換為主控時，若θ1增加，要求主控制器的輸出也減小，因此這時主控制器仍為反作用的，不需改變方向。相反。如果工藝要求執行器改為氣關閥.那么T1C為反作用，T2C為正作用。這時若系統為串級控制時，θ1增加，T2C的輸出即去執行器的信號是增加的，這樣才能關小閥門，減少燃料供給量。若這時系統由串級切換為主控，為了保證在θ1增加時，控制器的輸出，即去執行器的信號仍是增加的，正控制器就必須是正作用，這樣才能保證由串級改為主控后，控制系統(這是實際上是單回路的)是具有負反饋的閉環系統。

宗旨，系統串級與主控切換的條件是：當主變量變化時，串級時副控制器的輸出與主控時主控制器的輸出信號方向完全一致。根據這一條件可以判定：只有當副控制器為“反”作用時，才能在串級與主控之間直接進行切換，如果副控制器為“正”作用，則在串級與主控之間進行切換的同時，要改變主控制器的正反作用。為了能使串級系統在串級與主控之間方便地切換，在執行器氣開、氣關型式的選擇不受工藝條件限制，可以任選的情況下.應選擇能使副控制器為反作用的那種執行器類型，這樣就可免除在串級與主控切換時來回改變主控制器的正、反作用。

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