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简答题 对于下图所示的加热炉串级控制系统，试画出系统的结构框图，并分析其工作过程。与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？
  • 1）系统框图

    2）加热炉串级控制系统的工作过程：
    当处在稳定工况时，被加热物料的流量和温度不变，燃料的流量与热值不变，烟囱抽力也不变，炉出口温度和炉膛温度均处于相对平衡状态，调节阀保持一定的开度，此时炉出口温度稳定在给定值上，当扰动破坏了平衡工况时，串级控制系统便开始了其控制过程。
    （1）燃料压力、热值变化f2和烟筒抽力变化f3——二次扰动或副回路扰动
    扰动f2和f3先影响炉膛温度，于是副调节器立即发出校正信号，控制调节阀的开度，改变燃料量，克服上述扰动对炉膛温度的影响。如果扰动量不大，经过副回路的及时控制一般不影响炉出口温度；如果扰动的幅值较大，虽然经过副回路的及时校正，仍影响炉出口温度，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服上述扰动，使炉出口温度调回到给定值上来。
    （2）被加热物料的流量和初温变化f1——一次扰动或主回路扰动
    扰动f1使炉出口温度变化时，主回路产生校正作用，克服人f1对炉出口温度的影响。由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动对炉出口温度的影响比单回路系统时要小。
    （3）一次扰动和二次扰动同时存在
    假设加热炉串级系统中调节阀为气开式，主、副调节器均为反作用。
    如果一、二次扰动的作用使主、副被控参数同时增大或同时减少，主、副调节器对调节阀的控制方向是一致的，即大幅度关小或开大阀门，加强控制作用，使炉出口温度很快调回到给定值上。
    如果一、二次扰动的作用使主、副被控参数一个增大（炉出口温度升高），另一个减小（燃料量减少，即炉膛温度降低），此时主、副调节器控制调节阀的方向是相反的，调节阀的开度只要作较小变动即满足控制要求。
    2）串级控制系统的特点
    串级控制系统与单回路控制系统相比有一个显著的区别，即其在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环或称为双环。串级控制系统在结构上与电力传动自动控制系统中的双环系统相同，其系统特点与分析方法亦基本相同。串级控制系统，就其主回路（外环）来看是一个定值控制系统，而副回路（内环）则为一个随动系统。以加热炉串级控制系统为例，在控制过程中，副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路则完成对炉出口温度的“细调”任务。
    与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多（对计算机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器），但控制效果却有显著的提高。其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统
    ①改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；
    ②对二次干扰有很强的克服能力；
    ③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。

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