过程控制系统考试知识点复习和总结
终极版
第五章复杂控制系统（串级、比值、均匀、分程、选择、前馈、双重控制）
串级控制系统
定义：采用不止一个控制器，而且控制器间相串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统。
调节过程：
当燃料气压力或流量波动时，加热炉出口温度还没有变化，因此，主控制器输出不变，燃料气流量控制器因扰动的影响，使燃料气流量测量值变化，按定值控制系统的调节过程，副控制器改变控制阀开度，使燃料气流量稳定。与此同时，燃料气流量的变化也影响加热炉出口温度，使主控制器输出，即副控制器的设定变化，副控制器的设定和测量的同时变化，进一步加速了控制系统克服扰动的调节过程，使主被控变量回复到设定值。
当加热炉出口温度和燃料气流量同时变化时，主控制器经过主环及时调节副控制器的设定，使燃料气流量变化保持炉温恒定，而副控制器一方面接受主控制器的输出信号，同时，根据燃料气流量测量值的变化进行调节，使燃料气流量跟踪设定值变
化，使燃料气流量能根据加热炉出口温度及时调整，最终使加热炉出口温度迅速回复到设定值。
特点：
能迅速克服进入副回路扰动的影响
串级控制系统由于副回路的存在，改进了对象特性，提高了工作频率
串级控制系统的自适应能力
设计：
⑴主、副回路
副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动，并力求包含尽可能多的扰动。设计副回路应注意工艺上的合理性；应考虑经济性；注意主、副对象时间常数的匹配
⑵串级控制系统中主、副控制器控制规律
主控制器起定值控制作用，副控制器对主控制器输出起随动控制作用，而对扰动作用起定值控制作用。主被控变量要求无余差，副被控变量却允许在一定范围内变动。主控制器可采用比例、积分两作用或比例、积分、微分三作用控制规律，副控制器单比例作用或比例积分作用控制规律。
⑶主、副控制器正、反作用的选择
先依据控制阀的气开、气关形式，副对象的放大倍数,决定副控制器正反作用方式,即必须使的Kc2KvKp2Km2乘积为正值，其中Km2一般总是正值。
主控制器的正、反作用主要取决于主对象的放大倍数，至于控制阀的气开、气关形式不影响主控制器正、反作用的选择，因为控制阀已包含在副回路内。应使Kc1Kp1Km1的乘积为正值,一般Km1总是正值,因此主控制器的正、反作用选择应使Kc1Kp1为正值。
图5-4所示加热炉出口温度和炉膛温度串级控制系统中控制器正反
作用的选择步骤如下：
控制阀：从安全角度考虑，选择气开型控制阀，Kv>0；
副被控对象：燃料油流量增加，炉膛温度升高，因此，Kp2>0；副控制器：为保证负反馈，应满足：Kc2KvKp2Km2>0。因
Km2>0；应选Kc2>0。即选用反作用控制器；
主被控对象：当炉膛温度升高时，出口温度升高，因此，Kp1>0；
应选Kc1>0。即选用反作用控制器。
调节过程：当扰动或负荷变化使炉膛温度升高时，因副控制器是反作用，因此，控制器输出减小，控制阀是气开型，因此，控制阀开度减小，燃料量减小，使炉膛温度下降；同时，炉膛温度升高，使出口温度升高，经过反作用的主控制器，使副控制器的设定降低，经过副控制回路的调节，减小燃料量，减低炉膛温度，进而降低出口温度，以保持出口温度恒定。
图5-5所示夹套反应釜进行放热反应，串级控制系统控制器正反作
用的选择步骤如下：
控制阀：从安全角度考虑，选择气关型控制阀，Kv<0；
副被控对象：冷却水流量增加，夹套温度下降，因此，Kp2<0；副控制器：为保证负反馈，应满足：Kc2KvKp2Km2>0。因
Km2>0；应选Kc2>0。即选用反作用控制器；
主被控对象：当夹套温度升高时，反应釜温度升高，因此，
Kp1>0；
应选Kc1>0。即选用反作用控制器。
参数的整定：（逐步逼近法；两步法；一步法）
变型：
采用常规仪表时，为减少仪表投资，采用加法器等运算单元来实现串级控制系统，以节省控制器的投资。
采用阀门定位器，引入串级控制系统，这时副控制器参数一般不调整。
某大型氨厂引入驰放气作为辅助冲量的一段转化炉出口温度与燃料量串级控制系统。
比值控制系统
定义：凡是用来实现两个或两个以上的物料按一定比例关系控制以达到某种控制目的的控制系统。
关系式：主动量F1，从动量F2，比值K=F2/F1。
分类：单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统和变比值控制系统
单闭环比值控制系统双闭环比值控制系统
变比值控制系统：变比值控制系统的比值是变化的，比值由另一个控制器设定。
