栓剂单回路控制系统作为一种最基本、使用最广泛的控制系统，结构简单，在大多数情况下都能满足工业生产的基本要求。但是在油厂中，控制对象复杂，干扰多，大多数情况下需要运用新的控制系统，以进一步提高控制质量。这时就需要用到串级控制、选择性（超驰）控制、前馈控制等一类较为复杂的高性能过程控制系统。本章将对上述三种控制系统的组成、特点、控制原理以及工程设计应考虑的问题进行介绍。 一、串级控制系统
一、串级控制系统简介
串级控制系统是指在对象滞后较大、干扰作用强烈而且频繁的主控制系统中，对局部参数（副参数）进行预先控制以提高系统总体控制水平的复合控制系统。因此，串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。 根据串级控制系统的结构框图，可以看出串级控制系统的显著特点是：结构上2个回路，主回路和副回路，由两个串接工作的调节器构成双闭环控制系统。从而，在控制过程中包含2个变量，主变量和副变量，通过设置副变量来提高对主变量的控制质量。
串级控制系统通常包括主控制系统和副控制系统，其中：主控制系统是系统目标参数控制系统；副控制系统是为实现目标参数控制而设置的辅助参数控制系统。副控制器具有“粗调”作用，主控制器具有“细调”作用，两者配合进行控制。
串级控制系统的结构框图
串级控制系统比单回路控制系统在结构上多了一个副回路，副回路是一个随动系统，设定值随主控制器的输出而变化，因而能大大的提高控制质量。具有以下的控制特点：
1）能迅速克服进入副回路的干扰，抗干扰能力强，控制能力强；
2）改善了过程的动态特性，提高了系统的工作效率；
3）对负荷和操作条件的变化适应性强；
二、串级控制系统的设计
在串级控制系统中增加了一个副回路，使其设计中主副回路的选择、主副控制器控制规律和正反作用的确定等都是需要考虑的问题。
1．主副回路的选择
ISO 14644（一）主回路是一个定值控制系统，可以按单回路控制系统的设计原则进行。
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主变量的选择原则：
(1)条件允许时选质量指标作为主变量。
(2)其次考虑选择与质量有单值关系的参数作为主变量。
(3)所选主变量应有足够的灵敏度，且工艺合理、易实现。
（二）副回路应包括尽可能多的扰动。
在结构上看，副回路就是在整个被控过程中选取一部分作为副被控过程，这就存在如何选择副被控变量的问题。在副变量的选择上，副变量必须是物理上可测、反应灵敏的，应使副回路调节过程的时间常数不能太大，调节通道尽可能段，时间滞后小，以便使等效过程的时间常数大大减小，从而提高系统工作频率，加快反应速度，缩短调节时间，改善系统的控制品质。同时，串级控制系统对进入副回路干扰有较强的克服能力，因此副变量的选择必须使副回路包含被控过程中变化剧烈、频繁而且幅度达的主要干扰，尽可能多的包含一些干扰，将影响主变量最严重、最剧烈、最频繁的干扰抑制到最低限度。副回路设计原则：
（1）变化最剧烈、幅度最大、最频繁的扰动包括在副回路中。
（2）研究系统的干扰来源是十分重要的。
（3）并非包括的干扰越大越好。干扰包括得越大，副变量的位置会越靠近主变量，灵敏度
会降低。
(三)主、副对象的时间常数要匹配，防止“共振”。
在控制过程中，主、副回路的振荡频率w
主和w
副
接近时容易引起共振，因此必须使
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主副，主、副被控过程的时间常数之比
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3巴拿马运河拒绝不让俄船通航
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01
，
一般控制在3～10的范围内，这
样就能避免主副回路之间的动态联系。
(四)选副回路应考虑工艺上的合理性和经济性。
在选择副参数时经常会有不止一个可供选择的方案，这时就可根据对工艺上的合理性和经济性原则来
绍兴市数字健康服务平台决定。
2.主、副调节器的控制规律
在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用。这就使主、副调节器的控制要求和控制规律不同。
对主变量来说，串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，要求较高，一般不允许有余差，所以主调节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。
串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不断跟随主调节器的输出变化而变化的，所以副调节器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要的。
3．主、副调节器的正、反作用的选择
串级控制期铜主、副调节器的正、反作用的选择步骤是：首先根据工艺要求决定调节阀的开、关形式；然后再决定副调节器的正、反作用；最后根据主、副参数的关系，决定主调节器的正、反作用。
副调节器的作用方向与副对象特性、调节阀的气开、气关型式有关，其选择方法与简单控制系统中调节器正、反作用的选择方法相同，是按照使副回路成为一个负反馈系统的原则来确定的。
主调节器作用方向的选择可按下述方法进行：当主、副变量增加（或减小）时，如果要求调节阀的动作方向是一致的，则主调节器应选“反”作用的；反之，则应选“正”作用的。
从上述方法可以看出，串级控制系统中主调节器作用方向的选择完全由工艺情况确定，或者说，只取决于主对象的特性，而与执行器的气开、气关型式及副调节器的作用方向完全无关。如果将整个副回路看作是构成主回路的一个环节时，其方块图可以简化为下图。由图可见，副回路的输入就是主调节器的输出（即副回路的给定），而其输出就是副变量。由于副回路的作用总是使副变量跟随主调节器的输出变化而变化，不管副回路中副对象的特性及执行器的特性如何，当主调节器输出增加时，副变量总是增加的，所以在主回路中，副回路这个环节的特性总是“正”作用方向的。在主回路中，由于副回路、主测量变送这两个环节的特性始终为“正”，所以为了使整个主回路构成负反馈，主调节器的作用方向仅取决于主对象的特性。主对象具有“正”作用特性（即副变量增加时，主变量亦增加）时，主调节器应选“反”作用方向；反之，当主对象具有“反”作用特性时，主调节器应选“正”作用方向。
三、串级控制系统的参数整定
串级控制系统的方案设计后，为了使系统运行在最佳状态，根据自控理论，必须对系统进行校正，这在过程控制中称为参数整定。在整定时，两个调节器串在一个系统中，相互之间或多或少有些影响，因此应尽量加大副调节器的增益以提高副回路的工作频率，使主、副回路工作频率错开，以减少相互间的影响。而在工程实践中，串级控制系统中常用的整定方法有：逐步逼近法、两步整定法、一步整定法等。
1.逐步逼近法
逐步逼近法式先副后主，逐步逼近，方法较繁琐。对于不同控制系统和不同的品质指标要求，逼近的循环次数不同，往往比较费时，该方法适用于主、副回路的时间常数相差不大，动态联系比较密切的情况。具体步骤是：
（1）先断开主回路，整定副控制器；
（2）后闭合主回路，整定主控制器；
（3）重新调整副控制器参数；
（4） 若未达到控制要求，再调整主控制器参数；
（5） 以上步骤循环进行，直到满足或逼近控制指标为止。
2.两步整定法
两步整定法就是第一步整定副控制器，第二步整定主控制器。具体步骤是：
(1)在工况稳定、主副回路闭合的情况下，主调节器为纯比例运行，比例度1100%δ=，用4:1衰减曲线法整定副调节器参数，求得副调节器在4：1衰减过程下的比例度2[]δ和操作用期2[]T ；
(2)把副回路等效成一个环节，用同样的方法调整主调节器参数，求得主调节器的比例度1[]δ和操作周期1[]T 。根据2[]δ、2[]T 、1[]δ、1[]T ，按经验公式求出主、副调节器的比例度、积分时间和微分时间，然后按照先副后主、先比例后积分再微分的次序投入运行，再观察过程曲线、必要时进行适当的调整，直到系统质量达到满意为止。 该方法适用于主、副过程的时间常数之比023T T >01在3～10范围内，这样，主、副回路的工作频率和操作周期相差很大，其动态联系很小，可忽略不计。因此，副调节器参数整定后，可将副回路作为主回路的一个环节，按单回路控制系统的整定方法，整定主调节器的参数，而不必再考虑主调节器参数变化对副回路的影响。
3.一步整定法
所谓一步整定法，就是根据副过程的特性或经验先确定副调节器的参数，然后再按照单回路控制系统的整定方法整定主调节器的参数。
一步整定法的主要依据是，理论研究表明，基于在过程持性不变的条件下，主、副调节器的放大系数在一定范围内可以任意匹配，即在1200.5c c K K <≤的条件下，12c c s K K K =，s K 为控制系统在纯比例作用下产生4：1衰减过程的总放大系数，当主副过程特性一定时，s K 为一常数。一步整定法的具体步骤为：
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(1)当生产工况稳定，系统在纯比例作用下，由120.5c c K K ≤或由经验确定2c K ，使其设置在副调节器上；
(2)按照单回路控制系统的衰减曲线法，整定主调节器的参数；
(3)观察控制过程，根据1c K 与2c K 互相匹配的原理，适当调整调节器的参数．使主被控参 数满足工艺要求。
