加热器出口水温串级控制系统解析
加热器出口水温串级控制系统解析
目录1设计要求及分析 (1)2被控对象分析 (2)3系统设计过程分析 (4)3.1方案论证 (4)3.2 串级控制系统 (4)3.3 测量环节 (8)3.3.1 温度传感器 (8)3.3.2 温度变送器 (9)3.4 控制器 (10)3.5 执行器 (12)4小结 (15)参考文献 (16)1设计要求及分析这次是要进行设计一个加热器出口水温控制系统，要求学习调节仪表与过程控制、传感与检测技术、单片机原理及应用、电子电路等知识。
主要涉及的知识有控制理论、检测理论与方法。
而主要采用的工具MATLAB、PROTEL、AUTOCAD等。
所要设计的被控对象为加热器，针对它的相关特性，和在实际应用中的工艺要求及特性，来确定控制被控对象，实现控制加热器出口水温的系统的类型。
我们学过的如简单控制系统，复杂控制系统，其中包括串级控制系统、比例控制系统，均匀控制系统等。
结合被控对象特性和各控制系统的适用范围去进行设计。
具体的设计任务可分为：1、了解被控对象相关特性及工艺要求2、设计系统实现方案3、确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书2被控对象分析被控对象为加热器。
当前国内小型加热器一般分为两种类型，电加热式和燃油加热式。
用油或者电都几乎不产生灰渣，二氧化硫、二氧化碳的排放量也极少，另外占用体积小。
故在小型加热器中极少采用煤、气等其它燃料方式。
电加热式以电源作动力，其效率较高、运行成本比燃油加热式略低，但体积比燃油加热式大，其适宜于宾馆及住宅等有稳定市电场所的集中供热用能。
而燃油加热式可以满足大功率、野外作业的要求，而不会消耗过多的能源的形式。
我选用立式盘管燃油式加热器为例，由燃油供给系统、鼓风系统、燃烧器、加热管、控制系统等组成，它的材料选择、结构设计上具有独到的特点，具有体积小、效率高、启动快和安全可靠的优点。
燃油式加热器原理图如图1所示图1 燃油加热器工作原理图此加热器加热水的工作原理可叙述如下：盘管加热器的受热面是一组盘管。
加热炉出口温度与燃料油压力串级控制系统
项目三 串级控制系统
串级控制系统
内容提要
本项目讲述以提高系统控制质量为目的的串 级控制系统。主要介绍了串级控制系统的组成原 理与结构，系统特点，应用范围、串级控制方案 的设计原则，最后介绍了串级控制系统的投运步 骤和参数整定方法。
项目三 串级控制系统
在简单反馈回路中增加了计算环节、控制环 节或其他环节的控制系统统称为复杂控制系统。 复杂控制系统的种类较多，按其所满足的控制要 求可分为两大类：
从上述分析中可以看出，在串级控制系统中，由于引入了一 个副回路，因而能及早克服从副回路进入的二次扰动对主变量的 影响，又能保证主变量在其他扰动（一次扰动）作用下能及时加 以控制，因此能大大提高系统的控制质量，以满足生产的要求。
项目三 串级控制系统
3.2 串级控制系统的特点
从总体来看，串级控制系统仍然是一个定值控制系统。 但是和简单控制系统相比，串级控制系统在结构上增加了一 个与之相连的副回路，因此具有很多特点，如下所述。
图3.3 加热炉温度串级控制系统方框图
项目三 串级控制系统
3.1.2 串级控制系统的结构
1．方框图 串级控制系统是一种常用的复杂控制系统，它是根据系统
结构命名的。串级控制系统由两个控制器串联连接组成，其中一 个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。 如图3.4所示，为串级控制系统的通用原理方框图。由该图 可以看出，串级控制系统在结构上具有以下特征： （1）将原被控对象分解为两个串联的被控对象； （2）中间变量为副被控变量，称为副控制系统； （3）以原对象的输出信号为主被控变量，构成一个主控制系 统，称为主控制系统、主回路或主环； （4）主控制系统中控制器的输出信号作为副控制系统控制器 的设定值； （5）主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统。
管式加热炉温度温度串级控制系统的设计说明
管式加热炉温度温度串级控制系统的设计说明一、引言二、系统结构温度串级控制系统主要由上位机、温度传感器、控制器、执行机构等组成。
1.上位机：负责启动和监控系统运行，提供温度设定值和参考模型，按照系统控制算法生成控制指令发送给下位控制器。
2.温度传感器：负责实时采集管式加热炉内的温度数据，并将其传输给控制器进行处理。
3.控制器：根据上位机提供的设定值和参考模型，根据传感器采集到的温度数据进行处理，生成控制指令并发送给执行机构。
4.执行机构：根据控制器发送的控制指令，调节管式加热炉内的加热功率或其他参数，以实现温度控制。
三、温度控制策略1.温度设定值的调整：上位机会根据需要设定管式加热炉内的目标温度，并将其发送给控制器。
控制器会根据设定值和参考模型，生成合适的控制指令来调节温度。
2.温度比例控制：控制器会根据当前温度和设定值之间的差异，生成一个控制量来调节加热功率，使加热炉内的温度趋近于设定值。
3.温度积分控制：为了消除静态误差，控制器会根据温度偏差的积分值生成一定的控制量，以提高系统的稳定性。
4.温度微分控制：为了快速响应温度变化，控制器还会根据温度变化的速率生成相应的控制量。
四、系统性能指标1.温度响应时间：系统需要具备较快的响应时间，即加热炉内的温度能够尽快达到设定值。
2.温度稳定度：系统应当保持较好的温度稳定度，即经过一定时间后，温度偏差应尽可能小。
3.抗干扰能力：系统需要具备较好的抗干扰能力，对于外界干扰因素的影响应尽可能小。
五、系统设计优化1.选择合适的温度传感器：合适的温度传感器能够提供准确的温度数据，为控制系统提供可靠的输入信号。
2.高性能控制器的选择：通过选用性能较好的控制器，能够提高控制系统的稳定性和响应速度。
3.优化控制策略：通过合理选择温度比例、积分和微分参数，能够提高控制系统的性能。
4.加入滤波器和抗干扰装置：通过加入合适的滤波器和抗干扰装置，能够降低系统对外界干扰的敏感度，提高系统的抗干扰能力。
串级控制系统
串级控制系统串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。
例：加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统1. 基本概念即组成结构串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。
副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。
二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
2. 串级控制系统的工作过程当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。
根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析：* 1）扰动作用于副回路* 2）扰动作用于主过程* 3）扰动同时作用于副回路和主过程分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。
副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。
3. 系统特点及分析* 改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。
* 能迅速克服进入副回路的二次扰动。
* 提高了系统的工作频率。
* 对负荷变化的适应性较强4. 工程应用场合* 应用于容量滞后较大的过程* 应用于纯时延较大的过程* 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程* 应用于参数互相关联的过程* 应用于非线性过程5. 系统设计* 主参数的选择和主回路的设计* 副参数的选择和副回路的设计* 控制系统控制参数的选择* 串级控制系统主、副调节器控制规律的选择* 串级控制系统主、副调节器正、反作用方式的确定[编辑本段]串级控制系统的设计1. 主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。
串级过热汽温控制系统的分析与实现
使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片蚀
过热蒸汽温度过低
影响机组的安全运行
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副控制器 接受主控制器的输出信号和减温器出口温度信号 ，副调节器的输出控制执行机构的位移，从而控制减温水调节阀门的开度。
主控制器 接受过热汽温信号 ，用于维持过热蒸汽温度，使其等于给定值；
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串级过热汽温控制系统由内、外两个闭合的控制回路构成
内回路的任务是尽快消除减温水量的自发性扰动和其他进入内回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调作用，副控制器一般可采用P或PD控制器。
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外回路分析
1.系统的动态特性
只要在主汽温偏离给定值时，由主控制器就发出校正信号 ，通过副控制器及执行器改变减温水量，使过热汽温最终恢复到给定值。其控制过程可表示为
外回路的任务 :
控制器的输入偏差信号增加时输出也增加，则选择控制器为正作用或标“INC”；若控制器输入偏差信号增加时输出减小，则选择控制器为“反作用”或标“DEC”。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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THANKS
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中压过热汽温度比额定值高25～40℃
改变过热器入口蒸汽温度的方法
喷水式减温表面式减温
因被控对象在基本扰动下的迟延时间太长，往往在机组负荷变动等扰动下蒸汽温度偏差较大。目前大多数机组都采用二级喷水减温控制方式。
过热蒸汽温度过高
容易烧坏过热器
会降低全厂的热效率
一般蒸汽温度每降低5～10℃热效率约降低1%
主控制器可采用PI或PID控制器
保持过热汽温等于给定值
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对主控制器来说：当输入偏差 增加时，输出 减小，则主控制器的正反作用开关置于“反作用”位置。
依据控制器入口信号的接线极性来确定控制器正反作用开关的位置，从而保证系统中内、外回路全部实现负反馈，以保证系统正常进行。
加热炉前馈--串级控制系统资料
1.1 概述在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的。
例如在砂浆工艺中，使浆液的温度保持恒定值，对保持浆液粘度和浓度不变，进行均匀上浆是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制；另外，由于砂浆机中蒸气压力和卷绕速度的变化使烘干温度变化很大，因此，测量和控制烘筒的温度非常重要。
加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。
在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。
为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。
加热炉是钢铁企业热轧生产过程的关键设备之一，其性能直接影响到加热炉的能耗和最终钢材产品质量钢坯成材率、轧机设备寿命以及整个主轧线的有效作业率．加热炉控制系统对加热炉的控制系统来讲占有很重要的地位，它对于坯料加热温度的均匀，温度控制的准确，合理进行燃烧，节约燃料，减少有害气体对环境的污染都有重要意义单回路控制系统解决了大量的定值控制问题。
随着现代工业生产规模越来越大，复杂程度越来越高，产品质量要求也越来越高，简单控制系统已经不能满足这些要求。
前馈—串级控制系统是工业生产中很常见的一种系统，它将前馈控制和反馈控制结合起来，组成前馈—反馈复合控制系统。
这样既发挥了前馈控制即使克服主要干扰被控参数影响的优点，又保持了反馈控制能抑制各种干扰的优势，同时也降低了对前馈控制器的要求，便于工程上的实现。
172.1方案选定2.1.1 简单控制系统加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。
因此，常选原料油出口温度()11θ为被控参数、燃料流量为控制变量，构成如图2.1所示的温度控制系统。
影响原料油出口温度()11θ的干扰有原料油流量1()f t 、原料油入口温度2()f t 、燃料压力3()f t 、燃料压力4()f t 等。
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计一、引言加热炉是一种常用于工业生产中的设备，其作用是通过燃烧燃料加热空气或其他介质，使其达到所需温度。
加热炉的出口温度和炉膛温度是评估加热炉性能的关键指标。
为了提高加热炉的控制精度和稳定性，需要设计出一个合理的加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统。
二、串级控制系统的基本原理串级控制系统是一种将两个或以上的控制回路串接在一起，将一个控制器的输出作为另一个控制器的输入，通过不同层次的控制，实现对被控对象的精确控制。
在加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统中，可以将炉膛温度作为外环控制，将加热炉出口温度作为内环控制。
三、串级控制系统的设计步骤1.确定控制目标：在此串级控制系统中，控制目标是将加热炉出口温度控制在一定范围内，并同时保持炉膛温度稳定。
2.确定输入变量和输出变量：输入变量为控制器输出信号，输出变量为加热炉出口温度。
3.系统的数学模型：确定加热炉出口温度与炉膛温度之间的动态关系，建立数学模型。
可以采用传统的PID控制器或者现代控制理论中的模型预测控制等方法。
4.设计外环控制器：外环控制器根据炉膛温度的反馈信号调整燃料供给，以控制炉膛温度的稳定性。
5.设计内环控制器：内环控制器根据外环控制器的输出信号和加热炉出口温度的反馈信号调整燃料供给，以控制加热炉出口温度。
6.仿真与优化：使用仿真软件对设计的串级控制系统进行仿真，观察系统的响应特性，并根据实际需求进行调整和优化。
7.实际系统应用：将优化后的串级控制系统应用到实际加热炉中，并进行调试和验证。
四、串级控制系统的优势1.提高控制精度：串级控制系统将控制精度分为两个层次进行控制，可以快速响应外环控制器的调整，从而提高系统的控制精度。
2.提高稳定性：串级控制系统通过多层次的控制，减少了外界扰动对系统稳定性的影响。
3.提高动态响应速度：串级控制系统可以根据内环的控制效果对外环的控制进行调整，从而实现更快的动态响应。
盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统
盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统一、实验目的1•熟悉温度-流量串级控制系统的结构与组成。
2•掌握温度-流量串级控制系统的参数整定与投运方法。
3•研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响4.主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。
、实验设备三、实验原理本实验系统的主控量为盘管出口的水温T,副控量为盘管循环热水流量Q 它是一个辅助的控制变量。
内胆内的电热管持续恒压加热，执行元件为变频器驱动的三相磁力泵，它控制管道中流过热水的流量大小，以改变盘管出口的水温。
同前面第五节的串级控制一样，系统的主调节器应为PI或PID控制，畐晒路则为了保持系统稳定和增强控制作用而采用PI控制规律。
显然，由于副对象管道的时间常数要小于主对象的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响。
本实验系统结构图和方框图如图32所示图32盘管出口水温与热水流量串级控制系统(a) 结构图(b) 方框图四、实验内容与步骤本实验选择盘管水温和热水流量组成串级控制系统。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1 、F2-6、F1-12 、F1-13 全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12关闭，其余阀门也关闭。
将变频器A、BC三端连接到三相磁力驱动泵(220V), 打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水，然后关闭变频器、关闭阀F2-1、F2-6、F2-9、F2-10，打开阀F2-2、F2-7、F2-8，为给盘管供热水作好准备。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照第二节水箱液位串级控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面的接线图连接。
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管式加热炉出口温度串级控制系统设计说明
课程设计任务书1. 设计目的：L・・・・ VV・・■・R ■・・・ VV・・BTe ■・W ■・・・ VV・・■・R ■・・・ VT・・■・STB・・・ VT・・■・W ■・STB・・・・ VT・・■・R ■・STB・・・・ VT・・■・R ■・STB・・・・ VT・・■・VT ■・STB・・・・ VT・・■・VV ■・STB・・ n ・・ VT・（1）培养学生运用过程检测仪表与控制技术及其他相关课程的知识，结合毕业实习中学到的实践知识，独立地分析和解决实际过程控制的问题，初步具备设计一个过程控制系统的能力。
（2）运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验过程控制系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。
（3）培养学生独立工作能力和创造力；综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；（4）培养查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；（5）培养编写技术报告和编制技术资料的能力。
2. 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：* ■・・■・・・■■■・・■*・■・!■■■■・・P ■・・■・・・■*■!・・■«■・■-■!■・・2・・・*・・・■■■・・■ n ■・■■■!■・・*■・・ H ・・■*■■ ・・■*・■・■■■!■・・*■・・*・・・・^|・・■ W ■・■■■!■・・*■・・ H ・・・^|・・■ W ■・■■■!■・・*■・・■■・・・―^ ・・■ n ■・■■■!■・・0T・・・ H ・・・^!・・■■・■■■!■・・*■・・ H ・・・^!・・■ n ■・■*■!■・・H ・I 经过《过程检测仪表与控制》课程的学习和生产实习后，对现场的实际过程控制策略、实际环节的控制系统有了一定的认识和了解。
在此基础上，针对实践环节中的被控对象（控制装置），独立完成控制系统的设计，并通过调节系统控制参数，达到较好的控制效果。
加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计
第一章系统分析与控制方案的确立1.系统分析图1.1所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。
加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
被加热物料图1.1加热炉出口温度系统由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。
2.串级控制系统的设计加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以满足工业生产的要求，系统的串级控制结构图如图1.2所示。
图1.2加热炉出口温度串级控制系统结构图串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设定值，由主、副调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡过程。
由加热炉出口温度串级控制系统结构图可绘制出其结构方框图，如图1.3所示。
(1) 主被控参数的选择应选择被控过程中能直接反映生产过程中的产品产量和质量，又易于测量的参数。
在加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统中加热炉出口温度为系统的主被控参数，因为加热炉出口温度是整个控制作用的关键，要求出口物料温度维持在某给定值上下。
加热炉温度串级控制系统(设计部分)
加热炉温度串级控制系统设计摘要：生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用．对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述，设计了加热炉串级控制系统，并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中．结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制，控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性．关键词：串级控制干扰主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade control system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLAB-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (2)2、整体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2方案论证 (5)2.3方案选择 (5)3、串级控制系统的特点 (6)4. 温度控制系统的分析与设计 (7)4.1控制对象的特性 (7)4.2主回路的设计 (8)4.3副回路的选择 (8)4.4主、副调节器规律的选择 (8)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (8)5、控制器参数的工程整定 (10)6 、MATLAB系统仿真 (10)6.1系统仿真图 (11)6.2副回路的整定 (12)6.3主回路的整定 (13)7.设计总结 (16)【参考文献】 (16)1.前言加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一。
常用复杂控制系统之串级控制原理
先副回路， 后主回 路 情况二：干扰来自原料油方面，使炉出口温度 升高
出口温度 温度控制器输出 流量控制器设定值 。 燃料油流量为适应温度控制的需要而不断变化。
情况三：一次干扰和二次干扰同时
存在 主、副变量同向变化
主、副调节器共同作用，执行阀的开度大幅度变化， 使得炉出口温度很快恢复到设定值。
偏差大，控制质量差。
方案二：管式加热炉出口温度的间接控制（1）
流量检测 变送器
期望 流量
流量控 制器
存在的问题：
在这个方案中，炉出口温度不是被控量，当来自原料入 口温度和初始温度等干扰因素使出口温度发生变化时，此间 接控制系统无法将变化了的温度调回来；
管式加热炉出口温度的间接控制（2）
期望炉膛 温度
返回
Kc2 K 2 ( K c 2 K 2 1)
等效副对象的时间常数小于副对象本身的时间常数，意
味着控制通道的缩短，从而使控制作用更加及时，响应速度
更快。
串级控制系统的设计
一、主变量的选择
与单回路控制系统的选择原则一致，即选择直接或间接反映 生产过程的产品产量、质量、节能、环保以及安全等控制要求 的参数作为主变量。
Z1 ( s ) E1 ( s )
F1 ( s )
WV ( s )
-
X 2 (s) Wc1 ( s ) +
Z 2 (s)
E2 (s)
+
Wc 2 ( s )
-
+
Y (s) W02 ( s ) 2 +
+
W01 ( s )
Y1 ( s )
Wm 2 ( s )
Wm1 ( s )
输出对于输入的传递函数：
加热炉温度串级控制系统设计
加热炉温度串级控制系统设计引言：加热炉是工业生产中常用的设备之一，用于加热物体到目标温度。
为了确保加热炉的温度能够稳定地达到所需温度并且尽量减小温度误差，本文将就一种串级控制系统的设计进行阐述。
串式控制系统使用了两组控制器，一个主控制器 (Master Controller) 和一个从控制器 (Slave Controller)，通过对系统的不同层次进行控制，实现了温度的快速、准确地调节。
本文将针对主控制器和从控制器的设计进行详细说明。
一、主控制器设计：主控制器的作用是通过对从控制器的输出进行调节，以实现加热炉温度的稳定。
主控制器采用PID控制算法，其中P代表比例控制，I代表积分控制，D代表微分控制。
PID控制算法充分考虑了温度调节系统的动态和静态特性，并能够在不同的工作条件下自动调整参数，以保证系统的稳定性和快速响应。
在主控制器设计中，首先需要确定温度传感器的位置，将温度传感器安装在加热炉的合适位置，以获取准确的温度信息。
接下来，需要对主控制器的参数进行设置。
主控制器的参数设置对系统的稳定性和响应时间有着重要影响。
在设置主控制器的参数时，可以采用经验法或者试探法。
经验法是根据历史数据和经验对主控制器参数进行初始化，然后通过不断实际运行和调节参数，直到系统达到理想状态。
试探法则是在实际运行过程中，逐步调节参数，观察系统响应并作出相应调整。
两种方法都可以达到主控制器参数的最优化，但试探法的调试过程可能会相对较长。
二、从控制器设计：从控制器的作用是根据主控制器的输出对加热炉的加热功率进行调节。
从控制器也采用PID控制算法来实现。
从控制器的设计需要考虑如下因素：1.从控制器对主控制器的输出进行调节，以实现稳定的加热功率控制。
根据实际需要和经验，设置从控制器的参数，使得从控制器能够快速、准确地响应主控制器的输出。
2. 考虑到加热炉的动态特性，可以利用先进的控制算法，如模型预测控制 (Model Predictive Control)等，将从控制器的参数调整为非线性和时变的。
管式加热炉出口温度串级控制系统设计报告
管式加热炉出口温度串级控制系统设计报告本文将详细介绍管式加热炉出口温度串级控制系统的设计方案。
1.系统结构管式加热炉出口温度串级控制系统的结构由两个级联的控制回路组成。
第一个回路为内环控制回路，负责控制燃烧系统的燃气量和进气量，以达到对加热炉温度的快速调节。
第二个回路为外环控制回路，负责控制进料速度和加热炉的出口温度。
2.内环控制回路设计内环控制回路采用比例-积分（PI）控制器。
控制器的输入信号为加热炉温度偏差，输出信号为燃气量和进气量的调节量。
采用PI控制的主要原因是为了避免过度调节，保证系统的稳定性。
3.外环控制回路设计外环控制回路以内环控制回路的调节量作为输入信号，输出信号为进料速度的调节量。
为了达到出口温度的稳定性，可以采用模糊控制器。
模糊控制器的输入信号为加热炉温度偏差和燃气量的调节量，输出信号为进料速度的调节量。
4.控制算法设计内环控制回路采用PI控制算法。
PI控制器的参数调节可以根据系统的响应速度和稳定性进行优化。
外环控制回路采用模糊控制算法。
模糊控制器的参数调节可以通过模糊化和解模糊化的方式进行，以适应不同的工况。
5.控制器实现控制器可以采用嵌入式系统实现。
嵌入式控制器可以根据实时的温度和燃气量数据进行计算和控制，以实现对加热炉温度的稳定控制。
6.系统优化系统的优化可以通过参数调节和控制策略的优化来实现。
参数调节可以通过系统的建模和仿真分析来进行，以找到最优的控制参数。
控制策略的优化可以通过实时监测和调整来实现，以适应不同的工况和控制要求。
总结：通过设计一个管式加热炉出口温度串级控制系统，可以实现对加热炉温度的稳定控制。
内环控制回路负责快速调节温度，外环控制回路负责稳定控制温度。
通过控制算法的设计和优化，可以实现系统的稳定性和响应速度的改善。
通过嵌入式控制器的实现，可以实时计算和控制温度的调节量。
最后，通过参数调节和控制策略的优化，可以进一步提高系统的效果。
加热炉温度串级控制系统
加热炉温度串级控制系统首先，我们需要设计主控制器。
主控制器主要控制主燃料供给。
我们可以采用比例-积分-微分（PID）控制算法来设计主控制器。
PID控制器的输出是由三个部分组成的，分别是比例部分、积分部分和微分部分。
比例部分通过计算设定值与实际值之间的差异来产生控制输出，积分部分通过对偏差的积分来产生控制输出，微分部分通过对偏差变化率的微分来产生控制输出。
为了设计主控制器，我们首先需要确定PID控制器的参数。
这可以通过试验和经验来确定。
接下来，我们需要设计从控制器。
从控制器主要控制辅助燃料供给。
从控制器的设计原理与主控制器相似，也可以采用PID控制算法。
然而，由于从控制环的响应速度通常比主控制环慢，从控制器的参数可能需要进行调整。
设计从控制器时，我们需要考虑主控制器和从控制器之间的互动。
为了避免两个控制环之间的相互影响，我们可以采用串联结构。
在串联结构中，主控制器的输出作为从控制器的输入。
这样，主控制器和从控制器之间的影响可以得到较好的隔离。
另外，对于加热炉温度串级控制系统，还需要考虑测量系统。
测量系统主要负责测量加热炉的温度，并将测量结果反馈给控制器。
在设计测量系统时，我们需要选择适当的传感器，并根据测量结果进行合理的滤波处理，以减小测量误差和噪声的影响。
最后，为了验证加热炉温度串级控制系统的性能，我们可以进行模拟和实验验证。
可以利用数学模型进行仿真，评估控制系统的性能指标，如稳态误差、超调量和响应时间等。
同时，可以在实际加热炉上进行试验，验证控制系统在实际工作条件下的稳定性和鲁棒性。
总的来说，加热炉温度串级控制系统的设计包括主控制器的设计、从控制器的设计、主控制器和从控制器之间的互动设计以及测量系统的设计。
通过合理设计和调整控制器参数，并进行模拟和实验验证，可以实现加热炉温度的精确控制，提高生产效率和产品质量。
温度和流量串级控制方案和原理
第三章 控制系统的控制方案及原理3.1 控制方案的确定温度流量串级控制实验是以串级控制系统来控制换热器热水出口温度， 以换热器冷水流量为副对象，流量变动的时间常数小，时延小，控制通路短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速，反应灵敏等要求。
换热器热水出口温度为主对象，冷水流量的改变需要经过一定时间后通过换热器的热交换才能反映到换热器热水出口温度，时间常数比较大，时延大。
将主调节器的输出作为副调节器的给定，而副调节器的输出控制执行器。
反复调试，使第二支路的流量快速稳定在给定值上，这时给定值应与负反馈值相同。
若参数比较理想，且主回路扰动较小，经过副回路的及时控制校正，不影响换热器热水出口温度。
如果扰动比较大或参数并不理想，则经过副回路的校正，还将影响主回路的温度，此时再由主回路进一步调节，从而完成克服上述扰动，使换热器热水出口温度调节到给定值上。
例如当通过调节变频器改变左边水泵的频率时，即改动了热水的流量，将立即影响到换热器热水出口温度，如果没有副回路，主回路将产生校正作用，克服扰动对温度的影响。
但是由于副回路的存在，加快了校正作用，使扰动对主回路的温度影响较小。
串级控制系统方框图如图 3-1 所示，各个回路独立调整结束，使得主调节器输出与副调节器给定值相差不是太远。
副回路对FT102进行控制，这个反应比较快，副回路控制目的是很快把流量控制回给定值。
主回路对换热器热水出口温度TE103进行控制。
可以在换热器热水出口加入主回路干扰，要平衡这个干扰，则需要经过流量调整，通过 FT102来平衡这个变化。
测量与控制端连接表 ：X 主调节器 副调节器 LIC102 换热器热水出口温TE103 TE103 主回路干扰 给定值+ -图3-1 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制框图X - 调节阀 FV101 电磁流量计01 流量FT102换热器热水出口温度 变频器干扰 右边水泵测量或控制量测量或控制量标号使用控制器端口电磁流量计FT102 AI0换热器热水出口温度TE103 AI1调节阀FV101 AO03.2 主、副调节器控制规律的选择在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。
换热器出口温度的串级控制
比例，这样既可以改变进入换热器的载热体流量，又能保证载热体总流 量不受影响。 3) 工艺介质的旁路控制 当工艺介质的流量允许变化，而且换热器的传热面有富余时，可将 工艺介质的一部分经换热器，其余部分由旁路直接流到出口处，然后 将两者混合起来控制温度。该控制方案中被控变量是冷流体和热流体 混合后的温度，热流体温度大于设定温度，冷流体温度小于设定温 度，通过控制冷热流体流量的配比，使混合 后的温度等于设定温 度。从控制原理上来看，这种方案实际上是一个混合过程。所以反应 及时，过程的滞后并不直接显示出来，适用于停留时间较长的换热 器。但需注意的是换热器必须有较大余量的传热面积，且载热体一直 处于最大流量，因此在通过换热器的被加热 介质流量较小时就不太 经济。考虑经济性，旁路的流量通常占总流量的 10%～30%。 4) 控制传热面积 从传热速率方程 来看，使传热系数 和传热平均温差 基本保持不 变，调节传热面积可能改变传热量，从而达到控制出口温度的目的。此 时调节阀装在冷凝液的排出管线上。如果被加热物料出口温度高于给定 值，说明传热量过大，可将 冷凝液控制阀关小，冷凝液就会积累起 来，减少了有效的蒸汽冷凝面积，从而使传热量减 少，工艺介质出口 温度就会降低。反之，如果被加热物料出口温度低于给定值，可将冷凝 液控制阀开大，增大传热面积，使传热量相应增加。
图3
换热器控制流程图
由于冷流体的传热符合热量平衡方程式，又符合传热速率方程式，通 过对换热器静态特性分析部分的内容，因此有下列关系 （1-19） 整理后得 （1-20） 当从上式可看出，在传热面积、冷流体进口流量 、温度 和比热容 一定的情况下，影响冷流体出口温度 的因素主要为传热系数及平均温 差。控制载流体流量实质上是改变。若由于某种原因使降低，控制器 TC 将使控制阀门增大，载热体流 量增加，传递的热量增加，这就必然 导致冷热流体平均温差升高，从而使工艺介质 的出口温度增加。载热 体流量增加，一方面使温差增加，另一方面传热系统数也会增加，但在 通常情况下传热系统数变化不大，所以经常忽略。因此流量是应用最为普遍的控制方案，多适用于载热体流量 的变化对温度影响较灵敏的场合。当载热体流量已经变得很大， 较小 时，进入饱和区控制就很迟迍，此时不宜采用此方案。 2) 控制载热体旁路流量 当载热体本身也是一种工艺物料，其流量不允许变化时，可采用此 控制方案。它的控制原理也是利用改变温差的手段来达到温度控制的目 的。这里采用三通控制阀来改变进入换热器的载热体流量与旁路流量的
浅析过热汽温串级控制的控制方案
浅析过热汽温串级控制的控制方案早晨的阳光透过窗帘的缝隙，洒在办公室的角落，我泡了一杯清茶，打开电脑，准备开始写作。
关于过热汽温串级控制的控制方案，这个话题已经在我脑子里转了好多遍了，今天终于要把它梳理出来了。
先来说说什么是过热汽温串级控制。
简单来说，它就是通过控制过热器的出口温度，保证蒸汽温度在合理的范围内，防止过热器内部出现水滴，从而保证蒸汽质量。
那么，我们就来聊聊控制方案。
一、方案设计原则1.稳定性：确保过热器出口温度在设定值附近波动，避免出现大幅度波动。
2.可靠性：控制系统要具备较强的抗干扰能力，保证在各种工况下都能稳定运行。
3.实时性：控制系统要能够实时监测过热器出口温度，快速响应。
4.经济性：在满足控制要求的前提下，尽量降低设备成本和运行成本。
二、方案组成1.控制器：采用先进的PID控制算法，实现过热器出口温度的精确控制。
2.传感器：选用高精度的温度传感器，实时监测过热器出口温度。
3.执行器：选用快速响应的调节阀，实现对过热器入口蒸汽流量的调节。
4.人机界面：用于显示过热器出口温度、调节阀开度等参数，方便操作员实时监控。
三、控制策略1.主控制策略：采用PID控制算法，根据过热器出口温度与设定值的偏差，自动调节调节阀开度，使过热器出口温度稳定在设定值附近。
2.串级控制策略：在主控制策略的基础上，引入前馈控制。
当过热器入口蒸汽流量发生变化时，前馈控制会根据入口蒸汽流量的变化，提前调整调节阀开度，以减小过热器出口温度的波动。
3.限幅控制策略：为防止过热器出口温度过高或过低，设置上下限幅值。
当过热器出口温度超过上限幅值时，自动关闭调节阀；当过热器出口温度低于下限幅值时，自动开启调节阀。
四、实施方案1.硬件配置：根据方案组成，选择合适的控制器、传感器、执行器和人机界面等设备，进行硬件连接。
2.软件编程：根据控制策略，编写控制程序，实现过热器出口温度的自动控制。
3.系统调试：在设备安装完毕后，进行系统调试，确保控制系统稳定可靠。
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目录1设计要求及分析 (1)2被控对象分析 (2)3系统设计过程分析 (4)3.1方案论证 (4)3.2 串级控制系统 (4)3.3 测量环节 (8)3.3.1 温度传感器 (8)3.3.2 温度变送器 (9)3.4 控制器 (10)3.5 执行器 (12)4小结 (15)参考文献 (16)1设计要求及分析这次是要进行设计一个加热器出口水温控制系统，要求学习调节仪表与过程控制、传感与检测技术、单片机原理及应用、电子电路等知识。
主要涉及的知识有控制理论、检测理论与方法。
而主要采用的工具MATLAB、PROTEL、AUTOCAD等。
所要设计的被控对象为加热器，针对它的相关特性，和在实际应用中的工艺要求及特性，来确定控制被控对象，实现控制加热器出口水温的系统的类型。
我们学过的如简单控制系统，复杂控制系统，其中包括串级控制系统、比例控制系统，均匀控制系统等。
结合被控对象特性和各控制系统的适用范围去进行设计。
具体的设计任务可分为：1、了解被控对象相关特性及工艺要求2、设计系统实现方案3、确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书2被控对象分析被控对象为加热器。
当前国内小型加热器一般分为两种类型，电加热式和燃油加热式。
用油或者电都几乎不产生灰渣，二氧化硫、二氧化碳的排放量也极少，另外占用体积小。
故在小型加热器中极少采用煤、气等其它燃料方式。
电加热式以电源作动力，其效率较高、运行成本比燃油加热式略低，但体积比燃油加热式大，其适宜于宾馆及住宅等有稳定市电场所的集中供热用能。
而燃油加热式可以满足大功率、野外作业的要求，而不会消耗过多的能源的形式。
我选用立式盘管燃油式加热器为例，由燃油供给系统、鼓风系统、燃烧器、加热管、控制系统等组成，它的材料选择、结构设计上具有独到的特点，具有体积小、效率高、启动快和安全可靠的优点。
燃油式加热器原理图如图1所示图1 燃油加热器工作原理图此加热器加热水的工作原理可叙述如下：盘管加热器的受热面是一组盘管。
给水从加热器的底部进入内盘管，水沿内盘管螺旋上升至加热器上部，随即进外盘管，水沿外盘管螺旋下降至加热器底部。
水在内外盘管中受热，最后从加热器底部排出。
同时燃油对加热器进行加热，使加热器达到一定温度，这样就可以改变流过加热器盘管的水的温度，来控制出水口水温。
因此出口水温可以认为是被控参数，而燃料的流量可以被看做控制参量。
这样我们可以设计一个简单的温度控制系统，但如果满足不了生产的要求，就要改善设计，使其符合。
所以也有可能有必要设计成复杂的温度控制系统。
在诸如冶炼、钢铁、化工等由过程控制系统组成的现代工业生产中，水温与水流量是非常重要的控制因素，其中温度因滞后性比较强，所以控制起来比较困难．而对于加热器出口水温的控制也属于温度控制系统，同样具有滞后较大、纯滞后时间较长、扰动幅值大、负荷变化频繁、剧烈等特点。
3系统设计过程分析3.1方案论证对于加热器出口水温的控制系统，我们可以选用水出口温度为被控参量，燃料流量为控制变量，来进行分析。
同时该系统也属于温度控制系统，具有滞后较大、纯滞后时间较长、扰动幅值大、负荷变化频繁、剧烈等特点。
对于动态特性复杂、存在多种扰动或扰动幅度较大，控制质量要求高的生产过程，用简单控制系统无法实现良好的性能，也满足不了工艺控制精度要求，此外，由于对产品产量、质量、节能降耗、提高经济利益及环境保护等提出了更高要求，对生产条件要求越来越苛刻，简单控制系统也无法满足。
所以这时可以考虑用串级控制系统。
串级控制系统属于复杂控制系统，主要用于对象容量滞后较大、纯滞后时间较长、扰动幅值大、负荷变化频繁、剧烈的被控过程。
所以我选择用串级控制加热器系统来实现对加热器出口水温的控制。
而对于测量环节传感器的选择，考虑到我们测量的温度是水温，它的温度范围为0到100°，我们可以采用热电阻，这样测量范围就比较适当，测量的也比较精确。
而对于控制器和执行器的类型，将在后面具体的叙述。
3.2 串级控制系统我选用了串级控制系统。
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀．前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称为主变量(主被控参数)；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称为副变量(副被控参数)，起到的作用是为稳定主变量而引入的辅助变量．整个系统由主回路和副回路两个控制回路构成．副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程、主过程构成。
将水出口温度为被控参量即主变量，，加热器内温度为副控制参量即为副变量。
而燃料流量为控制变量，通过控制燃料的多少，来进行温度的控制。
串级控制系统的控制原理框图如图2所示。
图2 串级控制系统原理框图在串级控制系统中，系统有两个闭合回路，形成内外环。
主变量是工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。
主副调节器所起作不同，主调节器的控制任务是使主参数等于给定值，不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用．在控制过程中，副回路是一个随动系统，跟随主回路的输入，对副变量的动态性能和余差无特殊要求，所以副控制器一般采用比例控制规律，必要时引入适当的积分环节．温度控制系统可以看做是简单控制系统，但由于此系统扰动种类过多，且影响的效果不同，而该温度控制系统又是一个大滞后系统，如果用简单控制系统，无法使系统快速的响应并排除扰动对系统的干扰，从而带来一些不必要的或者是系统不允许的影响。
假设在稳态工况下，水进口温度和流量稳定，燃料的热值和流量不变，控制燃料的阀门保持一定的开度，加热器内温度保持相对稳定状态，此时水出口温度稳定在设定值。
如果出现外部干扰，使稳态工况遭到破坏，串级控制系统立即开始控制工作。
根据扰动施加点的位置不同，分3种情况：1)扰动作用于副回路；2)扰动作用于主过程；3)扰动同时作用于副回路和主过程．一次扰动作用在主被控过程上的，不包括在副回路范围内的扰动．二次扰动作用在副被控过程上的，包括在副回路范围内的扰动．串级控制系统工作过程为当扰动发生时，破坏了系统稳定状态，两个调节器进行工作．共同进行调节。
对于加热器出口水温控制系统来说，它的原理框图如图3所示。
图3 加热器出水口温度控制系统原理框图控制过程分析：1．燃料压力f3(t)、燃料热值f4(t)发生扰动——干扰进入副回路假设此时扰动水流量f1(t)、水入口温度f2(t)保持稳定，只有扰动燃料压力f3(t)、燃料热值f4(t)，进入副回路的干扰首先影响加热器内的温度，这样副变送器提前测出，副控制器立即开始控制，可使控制过程大为缩短。
如果干扰量小，经过副回路调节后，一般不会影响到水出口温度1t（）；当扰动幅度较大时，其大部分影响为副回路所克服，热会对水出口温度产生一定影响，但引起的偏差幅度要比简单控制回路系统小很多。
此时再通过主调节器改变副调节器的设定值，可完全消除干扰的影响，使被控参数回复到设定值。
2．水流量f1(t)、水入口温度f2(t)发生扰动——干扰进入主回路假设此时燃料压力f3(t)、燃料热值f4(t)为稳定值，只有水流量f1(t)、水入口温度f2(t)对主回路产生干扰，虽然副变送器不能提前测出，但副回路的闭环负反馈，使对象加热器内温度部分特性的时间常数大为缩短，加快了校正作用，可以及时的改变加热器内的温度，也使扰动对出口水温度影响很小。
这样主控制器的控制通道被缩短，控制效果也得到改善。
3．干扰同时作用于副回路和主回路主副回路干扰的综合影响有两种情况：（1）主副回路的干扰影响方向相同。
即同时增加或同时减小。
如：燃料压力f3(t)上升引起加热器内温度则会引起出口水温度上升，此时副控制器开始调节。
而水流量f1(t)变少也会引起出口温度上升，此时主副控制器共同作用，因此加强了控制作用，加快了控制过程。
（2）主副回路的干扰影响方向相反。
如：燃料压力f3(t)上升引起加热器内温度上升从而使得出口水温度上升，于是副控制器开始调节。
而原油流量f1(t)上升则出口水温度下降，于是主控制器反向调节，使副控制器调节量减小。
如果两者相反的变化量恰好抵消，则执行器阀门不需要动作，若两个增加量不相等，也能相互抵消一部分，这样调节器输出变化幅度也会变小，调节阀开度只要做较小的改变，即可校正变差，使其重新回到设定值。
由前面的分析可以看出，在串级控制系统中，由于引入了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。
副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服的干扰影响能彻底加以消除。
由于主、副回路相互配合，相互补充，使控制质量显著提高。
这样通过主副两个回路的共同作用，就可以使主要的扰动都得到了控制，有的甚至可以消除。
同时又是系统响应很快，未受到扰动很大的影响。
该系统对进入副回路的干扰有很强的克服能力，同时也改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对进入主回路的干扰控制效果也有改善，而且对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。
前面已经说过，在串级控制系统中，主参数是系统控制任务，副参数辅助变量。
这是选择调节规律的基本出发点。
因此主参数是生产工艺的主要控制指标，工艺上要求比较严格。
所以，主调节器通常选用PI调节器，或PID调节器。
而控制副参数是为了提高主参数的控制质量，对副参数的要求一般不严格，允许有静差。
因此，副调节器一般选P调节就可以了。
这样可以使它快速响应，快速消除扰动。
同时在设计副回路时要注意，在它的设计中，最重要的是选择副回路的被控参数即串级系统的副参数。
副参数的选择一般应遵循下面几个原则：①主、副变量有对应关系。
副参数应与主参数有一定的内在联系，副参数的变化应反映主参数的变化趋势、并在很大程度上影响主参数，而且副参数必须在物理上是可测的。
而且副回路的调节通道要尽可能的短，调节过程时间常数不能太大，时间之后笑，以便加快控制过程。
②副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰，并尽可能多包含一些干扰。
为了充分发挥串级控制系统对进入副回路的扰动有较强克服能力的特点，在选择副参数时一定要把主要干扰包含在副回路中，并力求包含更多的干扰，但也不是副回路包含的干扰越多越好，因为包含的越多，其控制通道时间常数必然增大，响应速度变慢，那么副回路快速克服干扰的能力将受到影响。
③副参数的选择应考虑主、副回路中控制过程的时间常数的匹配，以防“共振” 的发生，因此主、副回路中控制过程的时间常数不能太接近。
一般使其时间常数之比为3到10.④应注意工艺上的合理性和经济性。