主、副控制铃控制规律及正、反作用的选择

串级控制系统中主、副控制器的控制规律的选择原则是不同的。

(1)主控制器通常都选用比例积分控制规律串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量。主变量是生产工艺的主要控制指标，它直接关系到产品的质量或生产的正常进行，工艺上对它的要求比较严格。一般来说注变量不允许余差。所以，主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控制。有时，对象控制通道容量滞后比较大，例如温度对象或成分对象等，为了克服容量滞后，可以选择比例积分微分控制规律。

(2)副控制器一般采用比例控制规律在串级控制系统中，稳定副变量并不是目的，设置副变量的目的就在于保证和提高主变量的控制质量。在干扰作用下，为了维持主变量的不变，副变量就要变。副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。所以，在控制过程中，对副变量的要求一般都不很严格，允许它有波动。因此，副控制器一般采用比例控制规律。为了能够快速跟踪，zui好不带积分作用，因为积分作用会使跟踪变得缓慢。副控制器的微分作用也是不需要的，因为当副控制器有微分作用时，一旦主控制器输出稍有变化，就容易引起控制阀大幅度地变化，这对系统的稳定是不利的。

2.控制器正、反作用的选择

根据各种不同情况，主、副控制器的作用方向选择方法如下:

(1)串级控制系统中的副控制器作用方向的选择，是根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关型式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定的。因此，副控制器的作用方向与副对象特性、执行器的气开、气关型式有关，其选择方法与简单控制系统中控制器正、反作用的选择方法相同，这时可不考虑主控制器的作用方向，只是将主控制器的输出作为副控制器的给定就行了。

例如图8-1-2所示的管式加热炉温度一温度串级控制系统中的副回路，如果为了在气源中断时，停止供给燃料油，以防烧坏炉子，那么执行器应该选气开阀，是“正”方向。当燃料量加大时，炉膛温度θ2(副变量)是增加的，因此副对象是“正”方向。为了使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C应选择“反”作用方向。只有这样，才能当炉膛温度受到干扰作用上升时，T2C的输出降低，从而使气开阀关小，减少燃料量，促使炉膛温度下降。

又如图8-1-5所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统中，如果基于工艺上的考虑，选择执行器为气关阀。那么，为了使副回路是一个负反馈控制系统，副控制器FC的作用方向应选择为“正”作用。这时，当由于蒸汽压力波动而使蒸汽流量增加时，副控制器的输出就将增加，以使控制阀关小(因是气关阀)，保证进人再沸器的加热蒸汽量不受或少受蒸汽压力波动的影响。这样，就充分发挥了副回路克服蒸汽压力波动这一干扰的快速作用，提高了主变量的控制质量。

(2)串级控制系统中主控制器作用方向的选择可按下述方法进行:当主、副变量在增加(或减小)时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小(或增加)，要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器应选“反”作用;反之，则应选“正”作用。

从上述方法可以看出，串级控制系统中主控制器作用方向的选择完全由工艺情况确定，与执行器的气开、气关型式及副控制器的作用方向完全无关。因此，串级控制系统中主、副控制器的选择可以按先副后主的顺序，即先确定执行器的开、关型式及副控制器的正、反作用，然后确定主控制器的作用方向;也可以按先主后副的顺序，即先按工艺过程特性的要求确定主控制器的作用方向，然后按一般单回路控制系统的方法再选定执行器的开、关型式及副控制器的作用方向。

例如图8-1-2所示的管式加热炉串级控制系统，不论是主变量θ1或副变量θ2增加时，对控制阀动作方向的要求是一致的，都要求关小控制阀，减少供给的燃料量，才能使θ1或θ2降下来，所以此时主控制器T2C应确定为反作用方向。图8-1-5所示的精馏塔塔釜温度串级控制系统，由于蒸汽流量(副变量)增加时，需要关小控制阀，培釜温度(主变量)增加时，也需要关小控制阀，因此它们对控制阀的动作方向要求是一致的，所以主控制器TC也应为反作用方向。

图8-1-8是冷却器温度串级控制系统的示意图。为了保证被冷却物料出口温度的恒定，并及时克服冷剂压力波动对控制质量的影响，设计了以被冷却物料出口温度为主变量，冷剂流量为副变量的串级控制系统。分析冷却部的特性可以知道，当主变量即被冷却物料出口温度增加时，需要开大控制阀，而当副变量即冷剂流量增加时，需要关小控制阀，它们对控制阀动作方向的要求是不一致的，因此主控制器TC的作用方向应选用正作用。

(3)当由于工艺过程的需要，控制阀由气开改为气关;或由气关改为气开时，只要改变副控制器的正反作用而不需改变主控制器的正反作用。

但是必须指出，在有些生产过程中，要求控制系统既可以进行串级控制.又可以实现主控制器单独工作，即切除副控制器，由主控制器的输出直接控制执行器(称为主控).这就是说，若系统由串级切换为主控时，是用主控制器的输出代替原先副控制器的输出去控制执行器，而若系统由主控切换为串级时，是用副控制器的愉出代替主控制器的输出去控制执行器。无论哪一种切换，都必需保证当主变量变化时，去控制阀的信号完全一致。以图8-1-2所示的管式加热炉出口温度串级控制系统为例，当执行器为气开阀时，T1C和T2C均为反作用。主变量θ1增加时，去执行器的气压信号是要求减小的。这样才能关小阀门，减少燃料供给量，以使温度θ1。下降，当系统由串级切换为主控时，若θ1增加，要求主控制器的输出也减小，因此这时主控制器仍为反作用的，不需改变方向。相反。如果工艺要求执行器改为气关阀.那么T1C为反作用，T2C为正作用。这时若系统为串级控制时，θ1增加，T2C的输出即去执行器的信号是增加的，这样才能关小阀门，减少燃料供给量。若这时系统由串级切换为主控，为了保证在θ1增加时，控制器的输出，即去执行器的信号仍是增加的，正控制器就必须是正作用，这样才能保证由串级改为主控后，控制系统(这是实际上是单回路的)是具有负反馈的闭环系统。

宗旨，系统串级与主控切换的条件是：当主变量变化时，串级时副控制器的输出与主控时主控制器的输出信号方向完全一致。根据这一条件可以判定：只有当副控制器为“反”作用时，才能在串级与主控之间直接进行切换，如果副控制器为“正”作用，则在串级与主控之间进行切换的同时，要改变主控制器的正反作用。为了能使串级系统在串级与主控之间方便地切换，在执行器气开、气关型式的选择不受工艺条件限制，可以任选的情况下.应选择能使副控制器为反作用的那种执行器类型，这样就可免除在串级与主控切换时来回改变主控制器的正、反作用。