过程控制：串级控制系统
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【5-16】反应釜内进行的是放热化学反应，釜内温度过高会发生事故，因 此采用反应釜夹套中的冷却水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。 由于工艺对该反应过程温度控制精度要求很高，单回路控制满足不了要求，需 采用串级控制。试问
①当冷却水压力波动是次要干扰时，应怎样组成串级控制系统？画出控 制流程图和系统框图。
F1-10
主要扰动—— f1（t）：F1-10开度变化 f2（t）：F1-9开度变化 f3（t）：F1-6开度变化
缺点：
电动调节阀
F1-1
克服扰动的能力较差
磁力泵
示意图
储水池
给定
双容液位
_ LC1
电动调节阀
f2(t) f3(t)
f1(t)
h2(t)
h1(t)
源自文库上水箱 中水箱
定值控制系统
LT2
方框图
三、任务导入——液位定值控制系统实例
四、相关知识
5、串级控制系统的控制器参数整定
整定方法：一步整定法和两步整定法
一步整定法步骤 参照表5-2设置副控制器比例度
整定主控制器参数
将δ1从大到小进行整定 ↓
得4:1衰减时的δ1s、T1s ↓
按表4-4整定得δ1、 Ti1 、Td1 ↓
看曲线调参数至4:1衰减曲线
加大主控制器或减小副控制器的参数整定值消除“共振”
②将副控制器的比例度置于δ2s上，把副回路作为主回路中的一个环 节，用同样方法整定主回路，求取主控制器的比例度δ1s和操作周期T1s。
③根据求得的δ2s 、δ1s 、 T2s 、 T1s数值，按单回路系统衰减曲线法 整定公式计算主、副控制器的比例度δ、积分时间Ti和微分时间Td的数值。
④按先副后主、先比例后积分最后微分的程序，设置主、副控制器 的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达 到最佳为止。
但所需的仪表多，投运和整定相应地也要复杂一些。
四、相关知识
3、串级控制系统工业应用 (1)用于克服被控对象较大的容量滞后 (2)用于抑制变化剧烈而且幅度大的扰动 将变化剧烈而且幅度大的扰动包括在串级系统副回路
之中。 (3)用于克服被控过程的非线性 当负荷变化时，对象特性会发生变化，引起工作点的
移动。 在设计和应用串级控制系统时要注意：副回路时间常
整定值，一般即能消除。
3分钟说课
本门课程针对过程控制系统的运行与维护工作岗位， 开发出7个学习任务。采用校内学习与校外实训相结合， 实施行动导向的教学方式。
本门课程教学团队有2位校内专职教师和2位企业兼职 教师，专职教师主要承担校内教学任务，兼职教师主要承 担岗位实训教学任务。 本次课学习任务5.
小对系统动态性能的影响。 （5）观察并分析LC1的δ和
Ti改变对系统动态性能的影响。
磁力泵
储水池
液位串级控制系统示意图
六、课后思考
问题： 1、试述串级控制系统为什么对主扰动（二次扰动）
具有很强的抗扰能力？如果副对象的时间常数与主对象的 时间常数大小接近时，二次扰动对主控制量是否仍很小， 为什么？
2、为什么本实验中的副调节器为比例（P）调节器？ 3、改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态 和抗扰性能有何影响，试从理论上给予说明。 4、评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量 高的原因？
FT
F2C
F1C
TT
5.1 串级控制系统
五、串级控制系统的控制器参数整定 控制器参数整定的实质：通过改变控制器的PID参数，
来改善系统的静态和动态特性，以获得最佳的控制质量。 从整体上看，串级控制系统主回路是一个定值控制系
统，要求主被控变量有较高的控制精度。但副回路是一个 随动系统，只要求副被控变量能快速准确地跟随主控制器 的输出变化即可。
三、任务导入——液位定值控制系统实例
【5-15】精馏塔温度一流量串级控制系统。工艺要求塔内温度稳定在T 士1℃；一旦发生重大事故应立即关闭蒸汽供应。
①画出控制系统组成的框图。 ②选择控制阀的流量特性及确定气开、气关形式． ③选择主、副控制器的控制规律及确定其正、反作用方式。
三、任务导入——液位定值控制系统实例
F1-1
磁力泵
储水池
液位串级控制系统示意图
二、本次课要点
1、串级控制系统的结构与特点 2、串级控制系统控制器参数的整定与投运方法 3、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
一、任务导入
三、任务导入——液位定值控制系统实例
上水箱 F1-6
中水箱
LT1 F1-9
LT2
给定值 LC1
②当冷却水人口温度波动是主要干扰时，应怎样组成申级控制系统？画 出控制流程图和系统框图。
③对上述两种不同控制方案，选择确定控制阀的开闭形式及主、副控制 器的正、反作用。
三、任务导入——液位定值控制系统实例
【5-20】对于图5-40所示的加热器串级控制系统。 ①画出该控制系统的方块图，并说明主变量、副变量分别是
看待。主控制器的正、反作用与主对象的放大系数符号相反。
x1
KC1
x2
KC2
KV
KO2
y2
Kf KO1
y1
-
-
Km2
Km1
串级控制系统静态结构图
四、相关知识
4、串级控制系统的设计 (3)主、副控制器正、反作用的选择
例1：图5-10所示的加热炉出口温度与燃料油（或燃料气）压 力串级控制系统 ，试确定主、副控制器正、反作用
习题讲解
【例5-1】某聚合反应釜内进行放热反应，釜温过高会发生事故，为此采用夹套 水冷却。由于釜温控制要求较高，且冷却水压力、温度波动较大，故设置控制系 统如图5-30所示。
①这是什么类型的控制系统？试画出其方块图，说明其主变量和副变量是 什么。
②选择控制阀的气开、气关形式。 ③选择控制器的正、反作用。 ④选择主、副控制器的控制规律。 ⑤如主要干扰是冷却水的温度波动，试简述其控制过程。 ⑥如主要干扰是冷却水的压力波动，试简述其控制过程，并说明这时可如 何改进控制方案，以提高控制质量。
①如果蒸汽压力波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？试确定这 时控制阀的气开、气关形式与控制器的正、反作用。
②如果冷水流量波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？试确定这 时控制器的正、反作用和控制阀的气开、气关形式。
③如果冷水流量与蒸汽压力都经常波动，应采用何种控制方案？为什么？试 画出这时的控制流程图，确定控制器的正、反作用。
什么。主控制器、副控制器分别是什么。 ②若工艺要求加热器温度不能过高，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当蒸汽压力突然增加时，简述该控制系统的控制过程。 ⑤当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统的控制过程。
例题分析
【5-14】蒸汽加热器，物料出口温度需要控制且要求较严格，该系 统中加热蒸汽的波动压力较大。试设计该控制系统的控制原理图及方 块图。
习题讲解
【例题5-2】某干燥器的流程如图5-32所示。干燥器采用夹套加热和真空抽吸并 行的方式来干燥物料。夹套内通入的是经列管式加热器加热后的热水，而加热器 采用的是饱和蒸汽。为了提高干燥速度，应有较高的干燥温度θ,但θ过高会使 物料的物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥温度θ进行严格控制。
5.1 串级控制系统
五、串级控制系统的控制器参数整定 （2）一步整定法 根据经验先将副控制器参数一次放好，不再变动，然后按一般单回
路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。 一步整定法的整定步骤： ①在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照表5-2所列的数据，
将副控制器比例度调到某一适当的数值。 ②利用简单控制系统中任一种参数整定方法整定主控制器的参数。 ③如果出现“共振”现象，可加大主控制器或减小副控制器的参数
学习任务5 串级控制系统控制器参数的整定
教师：孙慧峰
二〇〇九年十月
教学组织与安排
一、任务下达（5分钟） 二、提问（10分钟）
1、查线，并画出该系统的组成框图 2、该系统与你学过的单容水箱液位定值控制系统有何 不同？多出哪些扰动因素？ 二、任务导入（10分钟） 通过演示操作，由存在的问题导入新课 三、相关知识讲解（20分钟） 四、任务实施（90分钟）
主 被控变量
四、相关知识
2、串级控制系统的特点 （1）具有较强的抗扰动能力 （2）改善了对象特性，提高了工作频率 当主、副对象特性一定时，副控制器放大倍数越大， 串级系统的工作频率提高得越明显。 （3）串级系统具有一定的自适应能力 副环是一个随动系统。
结论：当系统容量滞后比较大或含有非线性对象时， 如果采用单回路控制达不到质量要求，可以考虑采用串级 控制。
上水箱
F1-6
1、中水箱的液位为主控制
LT1
LC2
量，上水箱的液位为副控制量， 中水箱液位稳定在给定值,构成 串级控制系统。
中水箱
F1-9 LT2
给定值 LC1
2、采用一步整定法整定控 制器参数。
F1-10
（1）画出系统的方框图。
（2）求出输出响应呈4：1衰
减时LC1的参数。
F1-1
（4）观察并分析LC2的δ大 电动调节阀
在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有一步整 定法和两步整定法等。
5.1 串级控制系统
五、串级控制系统的控制器参数整定 （1）两步整定法 第一步整定副控制器参数，第二步整定主控制器参数。 ①主、副控制器都在纯比例作用的条件下，主控制器的比例度置于
100％，用单回路控制系统的衰减曲线法整定，求取副控制器的比例度 δ2s和操作周期T2s。
数不宜过小，以防止包括的扰动太少，但也不宜过大，以 防止产生共振。
四、相关知识
4、串级控制系统的设计 （1）主、副被控变量的选择 保证副被控变量是操纵变量到主被控变量这个控制通
道中的一个适当的中间变量。 副被控变量的选择还要考虑以下几个因素。 ①使主要扰动作用在副对象上。 ②使副对象包含适当多的扰动。 ③主、副对象的时间常数不能太接近。 否则将失去设置副回路的意义，同时系统可能出现“共
中水箱
LT1 F1-9
LT2 F1-10
LC2 给定值 LC1
特点： 克服扰动的能力强
电动调节阀
F1-1
磁力泵
给定
_ 上水箱液位与 中水箱液位 串级控制系统
示意图
LC1
_
储水池
f2(t) f3(t)
f1(t)
h2(t)
h1(t)
LC2 电动调节阀 上水箱 中水箱
LT1 LT2
方框图
四、相关知识
1、串级控制系统组成及特点
1、组建串级控制系统 2、控制器参数整定 3、系统投运 五、成果分享与评价（45分钟）
一、下达任务
学习任务：
上水箱
F1-6
LT1
LC2
串级控制系统控
制器参数的整定
中水箱
F1-9 LT2
给定值 LC1
工艺要求：
F1-10
以中水箱液位为
主控制量，上水箱液 位为副控制量，中水 箱液位稳定在给定值。
电动调节阀
上水箱 F1-6
中水箱
LT1
F1-9
LT2
F1-10
LC2
缺点： 扰动fl(t) 未包括在
系统内。
电动调节阀
F1-1
磁力泵
示意图
储水池
给定
上水箱液位
_ LC2
定值控制系统
电动调节阀 LT1
f2(t) f3(t)
f1(t)
h2(t)
h1(t)
上水箱 中水箱
方框图
三、任务导入——液位定值控制系统实例
上水箱 F1-6
PI或PID 控制规律
P 控制规律
x1
主 x2
副
- 控制器 - 控制器
二次 扰动
一次 扰动
f2 (t)
f1 (t)
操纵阀 q
副 y2
主
y1
被控对象
被控对象
副测量变送器
主测量变送器
副控制 回路
主控制 回路
串级控制系统的组成
y2选择： ①主要扰动作用在副对象上
②主、副对象的时间常数不能太接近
副 被控变量
振”。 通常使副对象的时间常数明显小于主对象的时间常数。
原则上，主、副对象时间常数之比应在3-10范围内。
四、相关知识
4、串级控制系统的设计 (2)主、副控制器控制规律的选择 主控制器应选PI或PID控制规律。 副控制器只要选P控制规律即可。一般不引人积分控
制规律，否则会延长控制过程，减弱副回路的快速作用。 但是，若副被控变量流量参数，比例度必须选得较大，
表5-2副控制器比例度经验值 副变量类型 温度 压力 流量
液位
比例度% 20~60 30~70 40~80 20~80
表4-4 4:1衰减曲线法整定计算公式
控制器参数 δ/% 控制规律
Ti/min Td/min
P
δs
PI
1.2δs
0.5Ts
PID
0.8δs
0.3Ts
0.1Ts
五、操作训练（实训）
技术要求：
以保持系统稳定，比例控制作用偏弱，为此采用PI控制规 律，以增强控制作用。副控制器一般也不引人微分控制规 律，否则会使控制阀动作过大，对控制不利。
四、相关知识
4、串级控制系统的设计 (3)主、副控制器正、反作用的选择 选择顺序：先副后主。 副环内所有各环节放大系数符号的乘积应为“负”。 主环内，整个副回路可视为一个放大系数为“正”的环节
①当冷却水压力波动是次要干扰时，应怎样组成串级控制系统？画出控 制流程图和系统框图。
F1-10
主要扰动—— f1（t）：F1-10开度变化 f2（t）：F1-9开度变化 f3（t）：F1-6开度变化
缺点：
电动调节阀
F1-1
克服扰动的能力较差
磁力泵
示意图
储水池
给定
双容液位
_ LC1
电动调节阀
f2(t) f3(t)
f1(t)
h2(t)
h1(t)
源自文库上水箱 中水箱
定值控制系统
LT2
方框图
三、任务导入——液位定值控制系统实例
四、相关知识
5、串级控制系统的控制器参数整定
整定方法：一步整定法和两步整定法
一步整定法步骤 参照表5-2设置副控制器比例度
整定主控制器参数
将δ1从大到小进行整定 ↓
得4:1衰减时的δ1s、T1s ↓
按表4-4整定得δ1、 Ti1 、Td1 ↓
看曲线调参数至4:1衰减曲线
加大主控制器或减小副控制器的参数整定值消除“共振”
②将副控制器的比例度置于δ2s上，把副回路作为主回路中的一个环 节，用同样方法整定主回路，求取主控制器的比例度δ1s和操作周期T1s。
③根据求得的δ2s 、δ1s 、 T2s 、 T1s数值，按单回路系统衰减曲线法 整定公式计算主、副控制器的比例度δ、积分时间Ti和微分时间Td的数值。
④按先副后主、先比例后积分最后微分的程序，设置主、副控制器 的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达 到最佳为止。
但所需的仪表多，投运和整定相应地也要复杂一些。
四、相关知识
3、串级控制系统工业应用 (1)用于克服被控对象较大的容量滞后 (2)用于抑制变化剧烈而且幅度大的扰动 将变化剧烈而且幅度大的扰动包括在串级系统副回路
之中。 (3)用于克服被控过程的非线性 当负荷变化时，对象特性会发生变化，引起工作点的
移动。 在设计和应用串级控制系统时要注意：副回路时间常
整定值，一般即能消除。
3分钟说课
本门课程针对过程控制系统的运行与维护工作岗位， 开发出7个学习任务。采用校内学习与校外实训相结合， 实施行动导向的教学方式。
本门课程教学团队有2位校内专职教师和2位企业兼职 教师，专职教师主要承担校内教学任务，兼职教师主要承 担岗位实训教学任务。 本次课学习任务5.
小对系统动态性能的影响。 （5）观察并分析LC1的δ和
Ti改变对系统动态性能的影响。
磁力泵
储水池
液位串级控制系统示意图
六、课后思考
问题： 1、试述串级控制系统为什么对主扰动（二次扰动）
具有很强的抗扰能力？如果副对象的时间常数与主对象的 时间常数大小接近时，二次扰动对主控制量是否仍很小， 为什么？
2、为什么本实验中的副调节器为比例（P）调节器？ 3、改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态 和抗扰性能有何影响，试从理论上给予说明。 4、评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量 高的原因？
FT
F2C
F1C
TT
5.1 串级控制系统
五、串级控制系统的控制器参数整定 控制器参数整定的实质：通过改变控制器的PID参数，
来改善系统的静态和动态特性，以获得最佳的控制质量。 从整体上看，串级控制系统主回路是一个定值控制系
统，要求主被控变量有较高的控制精度。但副回路是一个 随动系统，只要求副被控变量能快速准确地跟随主控制器 的输出变化即可。
三、任务导入——液位定值控制系统实例
【5-15】精馏塔温度一流量串级控制系统。工艺要求塔内温度稳定在T 士1℃；一旦发生重大事故应立即关闭蒸汽供应。
①画出控制系统组成的框图。 ②选择控制阀的流量特性及确定气开、气关形式． ③选择主、副控制器的控制规律及确定其正、反作用方式。
三、任务导入——液位定值控制系统实例
F1-1
磁力泵
储水池
液位串级控制系统示意图
二、本次课要点
1、串级控制系统的结构与特点 2、串级控制系统控制器参数的整定与投运方法 3、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
一、任务导入
三、任务导入——液位定值控制系统实例
上水箱 F1-6
中水箱
LT1 F1-9
LT2
给定值 LC1
②当冷却水人口温度波动是主要干扰时，应怎样组成申级控制系统？画 出控制流程图和系统框图。
③对上述两种不同控制方案，选择确定控制阀的开闭形式及主、副控制 器的正、反作用。
三、任务导入——液位定值控制系统实例
【5-20】对于图5-40所示的加热器串级控制系统。 ①画出该控制系统的方块图，并说明主变量、副变量分别是
看待。主控制器的正、反作用与主对象的放大系数符号相反。
x1
KC1
x2
KC2
KV
KO2
y2
Kf KO1
y1
-
-
Km2
Km1
串级控制系统静态结构图
四、相关知识
4、串级控制系统的设计 (3)主、副控制器正、反作用的选择
例1：图5-10所示的加热炉出口温度与燃料油（或燃料气）压 力串级控制系统 ，试确定主、副控制器正、反作用
习题讲解
【例5-1】某聚合反应釜内进行放热反应，釜温过高会发生事故，为此采用夹套 水冷却。由于釜温控制要求较高，且冷却水压力、温度波动较大，故设置控制系 统如图5-30所示。
①这是什么类型的控制系统？试画出其方块图，说明其主变量和副变量是 什么。
②选择控制阀的气开、气关形式。 ③选择控制器的正、反作用。 ④选择主、副控制器的控制规律。 ⑤如主要干扰是冷却水的温度波动，试简述其控制过程。 ⑥如主要干扰是冷却水的压力波动，试简述其控制过程，并说明这时可如 何改进控制方案，以提高控制质量。
①如果蒸汽压力波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？试确定这 时控制阀的气开、气关形式与控制器的正、反作用。
②如果冷水流量波动是主要干扰，应采用何种控制方案？为什么？试确定这 时控制器的正、反作用和控制阀的气开、气关形式。
③如果冷水流量与蒸汽压力都经常波动，应采用何种控制方案？为什么？试 画出这时的控制流程图，确定控制器的正、反作用。
什么。主控制器、副控制器分别是什么。 ②若工艺要求加热器温度不能过高，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当蒸汽压力突然增加时，简述该控制系统的控制过程。 ⑤当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统的控制过程。
例题分析
【5-14】蒸汽加热器，物料出口温度需要控制且要求较严格，该系 统中加热蒸汽的波动压力较大。试设计该控制系统的控制原理图及方 块图。
习题讲解
【例题5-2】某干燥器的流程如图5-32所示。干燥器采用夹套加热和真空抽吸并 行的方式来干燥物料。夹套内通入的是经列管式加热器加热后的热水，而加热器 采用的是饱和蒸汽。为了提高干燥速度，应有较高的干燥温度θ,但θ过高会使 物料的物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥温度θ进行严格控制。
5.1 串级控制系统
五、串级控制系统的控制器参数整定 （2）一步整定法 根据经验先将副控制器参数一次放好，不再变动，然后按一般单回
路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。 一步整定法的整定步骤： ①在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照表5-2所列的数据，
将副控制器比例度调到某一适当的数值。 ②利用简单控制系统中任一种参数整定方法整定主控制器的参数。 ③如果出现“共振”现象，可加大主控制器或减小副控制器的参数
学习任务5 串级控制系统控制器参数的整定
教师：孙慧峰
二〇〇九年十月
教学组织与安排
一、任务下达（5分钟） 二、提问（10分钟）
1、查线，并画出该系统的组成框图 2、该系统与你学过的单容水箱液位定值控制系统有何 不同？多出哪些扰动因素？ 二、任务导入（10分钟） 通过演示操作，由存在的问题导入新课 三、相关知识讲解（20分钟） 四、任务实施（90分钟）
主 被控变量
四、相关知识
2、串级控制系统的特点 （1）具有较强的抗扰动能力 （2）改善了对象特性，提高了工作频率 当主、副对象特性一定时，副控制器放大倍数越大， 串级系统的工作频率提高得越明显。 （3）串级系统具有一定的自适应能力 副环是一个随动系统。
结论：当系统容量滞后比较大或含有非线性对象时， 如果采用单回路控制达不到质量要求，可以考虑采用串级 控制。
上水箱
F1-6
1、中水箱的液位为主控制
LT1
LC2
量，上水箱的液位为副控制量， 中水箱液位稳定在给定值,构成 串级控制系统。
中水箱
F1-9 LT2
给定值 LC1
2、采用一步整定法整定控 制器参数。
F1-10
（1）画出系统的方框图。
（2）求出输出响应呈4：1衰
减时LC1的参数。
F1-1
（4）观察并分析LC2的δ大 电动调节阀
在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有一步整 定法和两步整定法等。
5.1 串级控制系统
五、串级控制系统的控制器参数整定 （1）两步整定法 第一步整定副控制器参数，第二步整定主控制器参数。 ①主、副控制器都在纯比例作用的条件下，主控制器的比例度置于
100％，用单回路控制系统的衰减曲线法整定，求取副控制器的比例度 δ2s和操作周期T2s。
数不宜过小，以防止包括的扰动太少，但也不宜过大，以 防止产生共振。
四、相关知识
4、串级控制系统的设计 （1）主、副被控变量的选择 保证副被控变量是操纵变量到主被控变量这个控制通
道中的一个适当的中间变量。 副被控变量的选择还要考虑以下几个因素。 ①使主要扰动作用在副对象上。 ②使副对象包含适当多的扰动。 ③主、副对象的时间常数不能太接近。 否则将失去设置副回路的意义，同时系统可能出现“共
中水箱
LT1 F1-9
LT2 F1-10
LC2 给定值 LC1
特点： 克服扰动的能力强
电动调节阀
F1-1
磁力泵
给定
_ 上水箱液位与 中水箱液位 串级控制系统
示意图
LC1
_
储水池
f2(t) f3(t)
f1(t)
h2(t)
h1(t)
LC2 电动调节阀 上水箱 中水箱
LT1 LT2
方框图
四、相关知识
1、串级控制系统组成及特点
1、组建串级控制系统 2、控制器参数整定 3、系统投运 五、成果分享与评价（45分钟）
一、下达任务
学习任务：
上水箱
F1-6
LT1
LC2
串级控制系统控
制器参数的整定
中水箱
F1-9 LT2
给定值 LC1
工艺要求：
F1-10
以中水箱液位为
主控制量，上水箱液 位为副控制量，中水 箱液位稳定在给定值。
电动调节阀
上水箱 F1-6
中水箱
LT1
F1-9
LT2
F1-10
LC2
缺点： 扰动fl(t) 未包括在
系统内。
电动调节阀
F1-1
磁力泵
示意图
储水池
给定
上水箱液位
_ LC2
定值控制系统
电动调节阀 LT1
f2(t) f3(t)
f1(t)
h2(t)
h1(t)
上水箱 中水箱
方框图
三、任务导入——液位定值控制系统实例
上水箱 F1-6
PI或PID 控制规律
P 控制规律
x1
主 x2
副
- 控制器 - 控制器
二次 扰动
一次 扰动
f2 (t)
f1 (t)
操纵阀 q
副 y2
主
y1
被控对象
被控对象
副测量变送器
主测量变送器
副控制 回路
主控制 回路
串级控制系统的组成
y2选择： ①主要扰动作用在副对象上
②主、副对象的时间常数不能太接近
副 被控变量
振”。 通常使副对象的时间常数明显小于主对象的时间常数。
原则上，主、副对象时间常数之比应在3-10范围内。
四、相关知识
4、串级控制系统的设计 (2)主、副控制器控制规律的选择 主控制器应选PI或PID控制规律。 副控制器只要选P控制规律即可。一般不引人积分控
制规律，否则会延长控制过程，减弱副回路的快速作用。 但是，若副被控变量流量参数，比例度必须选得较大，
表5-2副控制器比例度经验值 副变量类型 温度 压力 流量
液位
比例度% 20~60 30~70 40~80 20~80
表4-4 4:1衰减曲线法整定计算公式
控制器参数 δ/% 控制规律
Ti/min Td/min
P
δs
PI
1.2δs
0.5Ts
PID
0.8δs
0.3Ts
0.1Ts
五、操作训练（实训）
技术要求：
以保持系统稳定，比例控制作用偏弱，为此采用PI控制规 律，以增强控制作用。副控制器一般也不引人微分控制规 律，否则会使控制阀动作过大，对控制不利。
四、相关知识
4、串级控制系统的设计 (3)主、副控制器正、反作用的选择 选择顺序：先副后主。 副环内所有各环节放大系数符号的乘积应为“负”。 主环内，整个副回路可视为一个放大系数为“正”的环节