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简答题 串级控制系统框图如下图（以加热炉为例），简述其工作原理。主副调节器控制规律如何来选择？
  • 1）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）主副调节器控制规律选择
    在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择控制规律的出发点。
    主参数是工艺操作的主要指标，允许波动的范围比较小，一般要求无余差，因此，主调节器应选PI或PID控制规律。副参数的设置是为了保证主参数的控制质量，可以在一定范围内变化，允许有余差，因此副调节器只要选P控制规律就可以了，一般不引入积分控制规律（若采用积分规律，会延长控制过程，减弱副回路的快速作用），也不引入微分控制规律（因为副回路本身起着快速作用，再引入微分规律会使调节阀动作过大，对控制不利）。

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