▲5 串级控制系统主负控制器正、反作用方向的确定
▲副控制器的作用方向的确定原则：
按简单（单回路）控制系统各环节的正、反作用方向的确定原则确定，以构成负反馈闭环控制回路。
▲主控制器正、反作用的确定原则：
主、副变量同方向变化时，都要求操纵变量同方向变化（即：同时要求操纵变量都增大或都减小），此时主控制器方向规定为“反”作用方向。
主、副变量同方向变化时，要求操纵变量的变化方向是相反的（即：主变量要求操纵变量都增大（或减小），而副变量要求操纵变量都减小（或增大） ，此时主控制器为“正”作用方向。
例1 管式加热炉出口温度串级控制系统。
1）指出该系统中主、副对象、主、副变量、操纵变量、主、副扰动变量、主、副调节器各是什么？
2）画出该控制系统的方块图，并确定各个环节的正反作用方向； 3）当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。 解：1）
主对象 ：加热炉内加热管的管壁；
副对象 ：加热炉的炉膛
主变 量：原料的出口温度T1； 副变 量：炉膛内的温度T2； 操纵变量：燃料的流量；
主扰动量f1：被加热原料的进口的温度、压力、流量
副扰动量f2：燃料油的压力、温度；雾化燃料油用的过热蒸汽的压力、流量；燃烧器的配风、炉膛的漏风以及环境温度等。
3）当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。在稳定工况下，原料油出口温度和炉膛温度处于相对稳定状态，控制燃料油的阀门保持在一定的开度。当燃料油负荷突然增加，这个干扰会使炉膛的温度T2升高，原料油出口温度T1也会随之提高，此时温度检测变送器TT1将信号送给主控制器TC1， e1增大，主控制器输出u1减小，即副控制器的给定值减小，副控制器的输入偏差e2增大，副控制器的输出信号u2减小，控制阀开度减小，即操纵变量燃料油m减小，炉膛温度T2下降，从而炉管内原料油出口温度T1也会随之下降。 例题3： 如图所示为聚合釜温度控制系统，冷却水通入夹套内，以移走聚合反应所产生的热量。试问：
（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。
（2）如果聚合温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关形式。
（3）确定主、副控制器的正、反作用。 （4）简述当冷却水压力变化时的控制过程。
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
（6）如果选择夹套内的温度作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反方向。
（2）如果聚合温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关形式。答： 气关型
（3）确定主、副控制器的正、反作用。
副控制器按单回路方法确定为：FC为正作用
主控制器TC的作用方向的确定：由于副变量F增加时，要求冷却水控制阀关小，而主变量T1升高时，又要求冷却水控制阀开大，即主、副变量同方向变化时，要求操纵变量的变化方向是相反的，所以主控制器应为“正”作用方向。
（4）简述当冷却水压力变化时的控制过程。
如主要干扰是冷却水压力波动，整个串级控制系统的工作过程是这样的：设冷却水压力增加，则冷却水流量增加，FC的输出u2增加，控制阀将关小，即操纵变量冷却水的流量减小，副回路的调节作用，克服了冷却水压力的增加对流量的影响，从而减少对主变量温度的影响。
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
应采用以聚合温度为主变量，夹套温度为副变量的串级控制系统。
（6）如果选择夹套内的温度作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反方向。
副控制器按单回路方法确定为： “反”作用方向
主控制器正、反确定原则：主、副变量同方向变化，都要求操纵变量冷却水的流量同方向变化，所以主控制器为“反”作用方向。 三 串级控制系统的主要特点及应用 特点：
1 在系统结构上，它是由两个串级工作的控制器构成的双闭环控制系统。 2 系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量，副回路起快速的“粗调”作用，主回路则起“细调”作用。
“鲁棒性”又称“强壮性”——是用来描述控制系统的控制品质对对象特性变化的敏感程度。系统的控制品质对对象特征变化越不敏感，则“鲁棒性”越好。 特点
① 前馈控制是基于不变性原理工作的，比反馈控制及时有效 ② 前馈控制是属于“开环”控制
③ 前馈控制使用的是一种视对象特性而定的“专用”控制器
④ 一种前馈作用只能克服一种干扰前馈控制的 缺点： ① 干扰多时，所需前馈通道数增加，控制系统投资增加； ② 受
前馈控制模型精度的限制，模型误差会导致非完全补偿； ③ 前馈控制算式中包含超前纯微分环节时，计算是近似的；
脱火现象——阀后压力过高，大量燃料气就会因未燃烧而导致烟窗冒黑烟，一方面会污染环境，另一方面因燃料室内积存大量燃料气与空气混和物，会有爆炸的危险。
补充题5：如图所示为聚合釜温度控制系统，冷却水通入夹套内，以移走聚合
反应所产生的热量。试问： （1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。
（2）如果聚合温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关形式。
（3）确定主、副控制器的正、反作用。 （4）简述当冷却水压力变化时的控制过程。
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
（6）如果选择夹套内的温度作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反方向。
(7) 如果物料的流量增大，简述控制系统是如何实现自动控制调节的？
如图所示的控制系统，QA、QB分别为A、B物料的流量，试问： （1）这是一个什么控制系统？[是一个双闭环比值控制系统] （2）主物料和从物料分别指什么？ [主物料是A,从物料是B.]
（3）如A、B物料比值要求严格控制，试确定控制阀的气开、气关形式。[两阀都应选气开型].
（4）确定控制器的正、反作用。[两控制器都应选“反”作用]
（5）画出系统的方块图，说明对于物料A、B来说，是定值系统还是随动系统？ [A物料的控制系统为定值系统,B物料的控制系统为随动系统 （6）如果A、B物料流量同时变化，试说明系统的控制过程
答：如B物料流量增加,FBC输出降低,控制阀关小,以控制B物料的流量。如A物料流量增加,FAC输出降低,控制阀关小,以稳定A物料的流量.与此同时,在A物料流量的变化过程中,通过比值器K,使FBC的给定值亦变化,使B物料流量亦变化,始终保持A、B两物料流量的比值关系。
补充题7解答：如图所示为一单闭环比值控制系统，要求： （1）画出系统的方块图；[略]
（2）系统中为什么要采用开方器；
答：因为节流装置的输出差压信号是与流量的平方成正比的，加开方器后使其输出信号与流量成线性关系
（3）为什么说该系统对主物料来说是开环的？而对从物料来说是一个随动控制系统；
答：由于主物料只测量，不控制，故是开环的。
从物料的流量控制器FC的给定值是随主物料的流量变化而变化，要求从物料的流量亦随主物料的流量变化而变化，故为随动控制系统
（4）如果后续设备对从物料老说，是不允许断料的，试选择控制阀的气开、气关型式；
答：应选气关型
（5）确定FC的正、反作用； 答：应选正作用
5 试从图2-67某对象的反应曲线中，表示出该对象的放大系数、时间常数和滞后时间。