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过程控制系统目录模板一、引言
过程控制系统的概述
二、基本原理与组成
1. 过程控制系统的基本原理
A. 反馈原理
B. 前馈原理
2. 过程控制系统的组成
A. 传感器
B. 控制器
C. 执行器
D. 通信网络
三、过程控制系统的工作流程
1. 信号采集与处理
A. 传感器的分类与工作原理
B. 信号处理的方法与技术
2. 控制策略与算法
A. PID控制器及其调节
B. 其他常用的控制策略
3. 控制执行与输出
A. 执行器的分类与原理
B. 控制信号的传输与输出
四、过程控制系统的应用案例
1. 工业自动化控制系统
A. 过程控制系统在化工行业的应用
B. 过程控制系统在制造业的应用
2. 智能家居控制系统
A. 过程控制系统在家庭安全的应用
B. 过程控制系统在能源管理的应用
五、过程控制系统的挑战与发展趋势
1. 网络安全与数据隐私
A. 过程控制系统的网络安全挑战
B. 数据隐私保护的需求与措施
2. 大数据与人工智能技术
A. 大数据分析在过程控制中的应用
B. 人工智能技术在过程控制中的发展
六、结论
过程控制系统的未来展望与应用前景
参考文献。
过程控制综合实习一、实习目的主要是基于最新购进的过程控制系统实验装置上，借助数字控制仪表，可编程控制器PLC和HMI组态软件PROTOOL，MCGS对其单容液位对象，多容液位对象，温度对象和流量对象等进行全程监控。
实习过程中要理论联系实际结合以往学过的课程理论，如《过程控制系统》《过程控制仪表》《PLC应用技术》，重点强化培养解决实际问题的能力，实践能力和动手能力。
二、实习设备1、THKGK-1型过程控制实验装置：GK-02, GK-03, GK-04, GK-072、万用表3、计算机及上位机软件、Step7运行环境三、系统组成被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。
调节器主要有模拟调节器（含比例P调节、比例积分PI调节、比例微分PD调节、比例积分微分PID调节）、位式调节器、智能仪表调节器、PLC控制器、单片机控制、计算机控制等。
执行器模块主要有固态继电器、磁力驱动泵、电加热丝。
变送器模块主要有流量变送器（FT）、液位变送器（LT1，LT2）、温度变送器（TT）、压力变送器（PT）等。
变送器的零位、增益可调，并均以标准信号DC0-5V输出。
另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（RS232），以满足计算机实时控制实验的需要。
系统的结构组成如图1所示，被控对象的供水有两路：一路是由磁力泵1从储水箱中抽水，通过阀1再经阀3向上水箱供水、经阀4向下水箱供水、经阀5向复合加热水箱的内胆供水；另一路是磁力泵2从储水箱中抽水，分别通过阀2经阀9向上水箱供水、经阀10向下水箱供水、经阀11向复合加热水箱的夹套供水。
每个水箱的出水口均经过线性化处理，上水箱的水通过阀 6 流到下水箱，在上水箱中安装了压力传感器（PT、LT1），用于检测压力、液位的大小;而下水箱的水经阀7流到复合加热水箱的外套，再经阀8流回储水箱，各水箱都设有溢流口，保证水箱满后不外流并顺利经溢流口流回储水箱。
在复合加热水箱的内套安装了加热器和PT100温度传感器（TT），它们分别用于加热和检测温度。
2021福州大学硕士研究生招生专业目录考试科目备注院系所、专招生业、研究方人数向、科目组001电气工程与自动化学院080801电机与电器_01新型电机理论与控制技术_02智能电器及在线监测技术_03建筑电气智能化技术_04电气设备智能测试技术105①101思想政治理复试科目：论②201英语一③电机学301数学一④811电本专业不招收同等学力考生路(电气)080802电力系统及其自动化复试科目：电力系统稳态分析①101思想政治理本专业不招收同等学力考生论②201英语一③考生在本科学习期间应有以下课程成301数学一④811电绩：电力系统稳态分析、电力系统暂态路(电气)分析、高电压技术、电力系统继电保护、发电厂电气部分_01电力系统分析与计算_02人工智能在电力系统中的应用_03电力系统综合自动化（含继电保护）_04电力系统优化运行与电力市场_05电力系统节能降损技术_06电能质量分析080804电力电子与电力传动①101思想政治理复试科目：论②201英语一③电力电子技术301数学一④811电本专业不招收同等学力考生路(电气)_01电力电子变流技术_02电力电子高频磁技术_03航空航天供电系统_04可再生能源发电技术_05电力传动系统_06电磁兼容技术080805电工理论与新技术_01电网络优化设计及故障智能诊断_02电工理论及应用技术_03工程电磁场与磁技①101思想政治理面试科目：论②201英语一③mcs-51单片机301数学一④811电本专业不招生同等学力学生路(电气)术_04生物医学仪器及智能测试_05生物医学电磁技术_06智能建筑电气技术081101控制理论与控制工程①101思想政治理复试科目：论②201英语一③现代控制理论301数学一④812自本专业不招收同等学力考生动控制理论_01控制理论及其应用_02控制系统的控制策略研究_03工业控制网络_04智能化信息处理与控制081102检测技术与自动化装置_01嵌入式系统_02智能仪表081103系统工程_01系统建模与仿真_02系统工程理论与方法_03计算机①101思想政治理面试科目：论②201英语一③现代掌控理论301数学一④812已自专业不招生同等学力学生颤抖掌控理论①101思想政治理面试科目：论②201英语一③现代掌控理论301数学一④812已自专业不招生同等学力学生颤抖掌控理论过程控制系统_04计算机集成制造系统_05计算机应用技术081104模式识别与智能系统_01模式识别_02智能控制085207电气工程(专业学位)_00不区分研究方向085210控制工程(专业学位)_00不区分研究方向002机械工程及自动化学院080101一般力学与力学基础①101思想政治理复试科目：论②201英语一③现代控制理论301数学一④812自本专业不招收同等学力考生动控制理论①101思想政治理论②204英语二③302数学二④811电路(电气)25复试科目：电力系统稳态分析，电机学，电力电子技术（任选一门）本专业不招收同等学力考生5①101思想政治理复试科目：论②204英语二③现代控制理论302数学二④812自本专业不招收同等学力考生动控制理论75①101思想政治理复试科目：论②201英语一③理论力学301数学一④813材本专业不招收同等学力考生料力学（机械）_01空间机器人系统动力学、控制_02复杂系统动力学_03非线性振动与振动掌控_04航天器系统动力学、掌控080102液态力学①101思想政治理面试科目：论②201英语一③理论力学301数学一④813材本专业不招生同等学力学生可望力学（机械）_01复合材料结构强度_02工程结构脱落烦躁_03排序力学_04材料的力学性能080201机械制造及其自动化_01一流生产技术_02精密机械与控制技术_03高精度加工技术_04机电装备设计理论与方法_05制造业信息化080202机械电子工程_01机电系统辨识及故障监测①101思想政治理复试科目：论②201英语一③机械制造工艺学（含夹具设计）301数学一④814机本专业不招收同等学力考生械原理①101思想政治理复试科目：论②201英语一③微机原理与接口技术301数学一④814机本专业不招收同等学力考生械原理。
pcs7量程单位代码表
PCS7（Process Control System 7）是一款过程控制系统，用于监控和控制工业过程。
在PCS7中，量程单位代码表用于定义各种测量信号的量程和单位。
以下是一些常见的量程单位代码表：
1. 温度：
-量程单位代码：01（摄氏度），02（华氏度），03（开尔文）
2. 压力：
-量程单位代码：01（帕），02（千帕），03（兆帕）
3. 流量：
-量程单位代码：01（立方米/小时），02（立方米/分），03（升/小时），04（升/分）
4. 液位：
-量程单位代码：01（米），02（英尺），03（英寸）
5. 速度：
-量程单位代码：01（米/秒），02（英尺/秒），03（英里/小时）
6. 重量：
-量程单位代码：01（千克），02（克），03（吨），04（磅），05（盎司）
7. 能量：
-量程单位代码：01（千瓦时），02（度），03（百万焦耳），04（千焦）
8. 功率：
-量程单位代码：01（千瓦），02（马力），03（英制马力）
9. 电流：
-量程单位代码：01（安培），02（毫安），03（微安）
10. 电压：
-量程单位代码：01（伏特），02（毫伏），03（微伏）
11. 频率：
-量程单位代码：01（赫兹），02（千赫兹），03（兆赫兹）
12. 转速：
-量程单位代码：01（转/分钟），02（转/小时）
以上是部分常见的PCS7量程单位代码表。
在实际应用中，可以根据需要自定义量程和单位。
量程单位代码表通常存储在PCS7的配置文件中，方便工程师进行系统配置和调试。
过程控制系统范文过程控制系统是一个广泛应用于工业生产中的自动化系统。
它通过监控、调节和控制工艺过程中的各种参数和变量，实现对工艺过程的自动化控制。
过程控制系统在工业生产中起到了至关重要的作用，对于提高生产效率、保障产品质量、降低生产成本具有重要的意义。
过程控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：传感器与执行器、控制器、人机界面和通信网络。
其中，传感器与执行器用于监测、采集和控制工艺过程中的各种参数和变量，控制器用于对传感器和执行器进行控制和调节，人机界面用于显示和操作控制系统的相关信息，通信网络用于实现各个组成部分之间的数据传输和通讯。
过程控制系统的工作过程通常包括三个阶段：测量与采集、控制与调节、显示与记录。
在测量与采集阶段，传感器通过测量和采集工艺过程中的各种参数和变量，将其转换为电信号，并传送给控制器进行处理。
在控制与调节阶段，控制器根据测量与采集的数据进行计算和判断，并通过输出控制信号，控制执行器对工艺过程进行调节和控制。
在显示与记录阶段，人机界面将控制系统的运行状态、参数和变量信息进行显示和记录，供操作人员进行观察和分析，以及进行实时的监控和控制。
1.自动化控制：过程控制系统能够实现对工艺过程的自动化调节和控制，减少人工干预，提高生产效率和产品质量。
2.实时监控：过程控制系统能够实时监测工艺过程中的各种参数和变量，并及时采取相应的措施进行调整和控制，以保证工艺过程的稳定性和可靠性。
3.精确度高：过程控制系统具有高精度的测量、控制和调节能力，能够对工艺过程中的各种参数和变量进行准确的测量和控制，提高产品质量和生产效率。
4.灵活性强：过程控制系统能够根据不同的工艺要求和生产需求进行灵活的设置和调整，以适应不同产品的生产过程的变化和调整。
过程控制系统的应用广泛，在各个工业领域都有所涉及。
例如，石油化工、电力、冶金、制药、食品等行业都需要使用过程控制系统进行生产过程的监控和控制。
过程控制系统还广泛应用于环境保护和安全监测领域，用于监测和控制大气污染、废水处理、排放浓度等环境因素，以实现对环境的保护和管理。
生产过程的自动控制中，由于过程被控参数受到外界和内部的影响会发生变化，而且影响生产过程的参数不只一个，在过程中起的作用也不一样，因而对过程参数的控制相当复杂。
这是过程控制不同于电机拖动控制的原因，也是过程控制的特殊性所在。
过程控制系统的主要特点可归结为：1.工业生产对过程控制的要求是多方面的工业生产对过程控制的要求可归纳为三方面的要求：安全性、经济性和稳定性。
安全性是指在生产过程中首先要保证人身和生产设备的安全。
由于工业生产的特点，在生产过程中可能会产生废水、废气、废物，如果不经过必要的处理将废水、废气和废物排入周围的环境中，就会造成环境污染。
因此，生产企业必须把符合国家制定的环境保护法规视为生产安全性的重要组成部分。
经济性是指生产成本要低，效率要高，即生产同样质量和数量的产品所消耗的能量和原材料要最少。
随着企业间的竞争加剧和世界范围内能源的匮乏与能源价格居高不下，提高生产过程的经济件已成为企业刻不容缓的任务。
最后一项对稳定性的要求，是指在生产过程中控制系统具有抑制外部或内部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。
2.被控对象的复杂多样工业生产过程大多数都比较复杂，生产过程中充斥着各种物理变化和化学反应，存在着物质或能量之间的传递和转换。
有的生产过程进行得很缓慢，而有的生产过程又进行得非常迅速，这给对象的辨识带来困难。
不同的生产过程要求控制的参数不一样，或要求控制的控制品质不一样。
不同过程参数的变化规律各异，参数之间相互影响，对过程变化的影响作用也不一致。
要正确描述这样复杂多样的对象特性还比较困难，至今仍只能用适当简化的方法来近似处理。
虽然从理论上讲对不同的对象有其相适应的控制方法和控制系统但由于对象特性辨识的困难，要设计出适应不同对象的控制系统至今仍不容易。
3.控制系统较复杂由于被控对象的复杂性，且对象的输入输出并不只有一个，仅仅采用简单的单回路反馈控制系统往往不能满足工艺要求。
因此需采用各种复杂的多回路控制系统。
过程控制系统范文1.传感器和执行器：传感器用于监测过程中的各种参数，如温度、压力、液位等；执行器用于对过程进行控制和调节，如阀门、电机等。
传感器和执行器通常通过信号传输设备与控制系统连接。
2.控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它接收传感器传来的数据，并通过算法和逻辑运算得出控制命令，再将命令发送给执行器。
控制器通常分为两种类型：集中式控制器和分散式控制器。
集中式控制器将所有的数据和控制命令集中在一个中央处理器上，而分散式控制器则将数据和命令分散在多个处理器上。
3.人机界面：人机界面是用户与过程控制系统交互的界面，它可以是一个触摸屏、计算机终端或者移动设备。
人机界面通常提供实时的过程监测和控制功能，以及报警和故障诊断等功能。
4.数据存储和处理：过程控制系统会将过程中的各种参数数据进行存储和处理，以便后续的分析和决策。
数据存储设备可以是硬盘、闪存等，而数据处理通常涉及到数据采集、滤波、计算和统计等操作。
1.监测和测量：过程控制系统能够实时监测和测量过程中的各种参数，以获取准确的数据。
2.控制和调节：根据实时监测到的数据，过程控制系统能够对过程进行控制和调节，以实现目标设定。
3.报警和故障诊断：过程控制系统能够检测到过程中的异常现象，并及时发送报警信号，以便及时采取措施。
同时，它还能够对故障进行诊断和定位，以缩短故障恢复时间。
4.数据分析和优化：过程控制系统能够对过程中的数据进行分析和优化，以找出潜在问题和改进控制策略。
1.自动化程度高：过程控制系统能够自动监测和控制过程中的各种参数，减少了人工干预的需要，提高了生产效率和产品质量。
2.实时性好：过程控制系统能够实时监测和控制生产过程，对异常情况能够及时发现和处理。
3.灵活性强：过程控制系统能够根据生产需求和工艺特点进行灵活调整和变化，增加了生产的适应性。
4.可靠性高：过程控制系统采用了多重冗余机制和故障恢复策略，能够保证系统的稳定性和可靠性。
然而，过程控制系统也存在一些挑战和问题：1.复杂性：过程控制系统通常由多个硬件和软件组成，涉及的技术领域较广，对工程师的要求较高。
过程控制系统章节练习题及答案习题解答1. 什么是过程控制系统？过程控制系统是一种用于监测、控制和优化工业过程的系统。
它通常由传感器、执行器、控制器和人机界面等组成。
过程控制系统的主要功能是收集过程数据、分析数据、做出决策并自动调整参数，以提高生产效率、产品质量和工作安全性。
2. 过程控制系统的主要组成部分有哪些？过程控制系统主要由以下几个组成部分组成：•传感器：用于收集流程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
•执行器：根据控制器的指令，调整流程中的参数，如开关阀门、调节电动机速度等。
•控制器：根据传感器的反馈信号和设定值，计算控制算法，并生成控制信号送给执行器。
•人机界面：供操作人员监视和操作过程控制系统，如显示仪表盘、报警信息和设定参数等。
3. 过程控制系统的工作原理是什么？过程控制系统的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.传感器收集流程中的各种参数，并将数据传输给控制器。
2.控制器接收传感器数据，与设定值进行比较，并计算出控制信号。
3.控制信号送给执行器，执行器根据控制信号的大小和方向来调整流程中的参数。
4.执行器调整参数后，传感器再次收集参数，并将数据传输给控制器。
5.控制器不断进行数据分析，判断是否需要调整控制算法，并生成新的控制信号。
6.过程控制系统循环执行上述步骤，以实现对工业过程的监控和控制。
4. 什么是开环控制和闭环控制？•开环控制：也称为无反馈控制，是指控制器输出信号不受过程参数变化的影响。
开环控制系统只根据预先设定的参数进行控制，没有考虑实际过程的反馈信息。
这种控制方式比较简单，但容易受到外界因素的干扰，控制精度较低。
•闭环控制：也称为有反馈控制，是指控制器根据过程的反馈信息来调整输出信号。
闭环控制系统通过与设定值进行比较，获取过程的实际状态，并根据反馈信息调整控制算法，从而实现对过程的精确控制。
闭环控制具有良好的鲁棒性和可靠性。
5. 过程控制系统常见的控制策略有哪些？过程控制系统常见的控制策略包括以下几种：•比例控制：根据当前误差的大小，按比例调整控制器输出信号。
实验一、单容水箱特性的测试一、实验目的1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。
2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。
二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 计算机及相关软件3. 万用电表一只三、实验原理图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。
根据物料平衡关系，在平衡状态时Q1-Q2=0 (1)动态时，则有Q1-Q2=dv/dt (2)式中V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与H 的关系为dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3)A 为水箱的底面积。
把式(3)代入式(2)得Q1-Q2=Adh/dt (4)基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为Q1-h/RS=Adh/dt即ARsdh/dt+h=KQ1或写作H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5)式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。
式(5)就是单容水箱的传递函数。
对上式取拉氏反变换得(6)当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T 时，则有h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2 所示。
当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。
该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。
如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A 点。
过程控制系统Process Control System天津大学电气与自动化工程学院董峰通过这章的学习，我们可以得到以下收获：通过这章的学习，我们可以得到以下收获：z 什么情况下采用串级增强控制系统性能？z 利用五个规则设计串级控制系统；z 串级控制系统的校正；z 系统设计和应用。
主要内容主要内容过程的挑战——改善性能1串级控制的设计规则2串级控制的特点和应用原则3几个过程控制的例子44.1 引言4.1.1 串级系统的概念串级控制系统是在简单控制系统基础上发展起来的。
当被控对象的滞后较大，干扰较剧烈、频繁，采用简单控制系统不能满足工艺要求时，可考虑采用串级控制系统。
1. 目的（1）在对主要变量Y1作用前抑制扰动D2；内环应有足够的能力消除这些扰动；（2）在内环中应能够补偿非线性（如：阀门的滞后）。
2. 分析内环：外环：22'2222222222111RLDRCPCPDCPY+=+++=11211211211'21111RCLPCLPCLPDDPY++++=3. 设计程序（1）首先，按照内环传递函数L 2=1设计外环；例如：假设（2）调整外环参数（滤波器时间常数）到是指达到稳定的合适的性能范围，计算，此时调整内环的响应足够快；（3）设计内环以保证√稳态性能的鲁棒性√√内环的比例带合理，且内环的开关控制无效。
如果以上步骤不能达到稳定，返回步骤（2），增加外环的滤波器时间常数。
()()12L BW L BW >>()1L BW ()()12105L BW L BW ×−>4. 示例（1）容器的液位控制用输出的阀门如何实现串级控制来改进液位控制LC的性能？反应器的温度控制用输入的阀门Fj如何实现串级控制来改进温度控制TC的性能？如何实现串级控制来改进控制的性能？扰动=输入蒸汽的压力控制性能不能接受。
4.1.2 过程特性的讨论（1）扰动压力P与被控温度T （无控制）的因果关系。
（2）当压力P变化时，那种发生改变的影响可测。
过程特性的讨论如果保证这个变量是一个常数，能否降低扰动的影响？一种新的控制结构！关键变量采用两个PID控制器。
在计算机中完成定义的计算。
热反应器控制性能比较单回路串级性能更好，为什么？热反应器串级控制性能为什么流量的扰动被迅速消除？补偿针对扰动。
用串级控制得到或失去的是什么？对如下变化系统如何响应？z扰动为介质的入口压力；z扰动为介质入口处的温度；z扰动为注入的流量；z温度设定TC发生改变；示例（2）合成氧厂的硝酸生产过程，国内在60年代初最早使用的串级控制。
氨氧化生成一氧化氮过程：被控变量：氧化炉温度操作变量：加入的氨量被控对象：滞后大，时间常数大干扰分析：氨压力和流量影响大方案1：氨流量定值控制；炉温是开环方案2：炉温定值控制；氨流量压力影响大方案3：炉温主环，氨流量副环的串级控制QO 6H 4NO 5O 4NH 2PtC84023o +++→4.1.3 串级控制系统的结构1. 串级控制系统的框图G c1(s)：主控制器。
细调作用。
定值控制。
例如，温度控制器G c2(s)：副控制器。
粗调作用。
随动控制。
例如，流量控制嚣Y l：主被控变量。
R l：主设定值。
G p1(s)：主被控对象。
Y2：副被控变量。
R2：副设定值。
G p1(s)：副被控对象。
主回路：由G cl(s)、G c2(s)、G v(s)、G p2(s)、G p1(s)和G m1(s)组成的回路。
副回路：由G c2(s)、G v(s)、G p2(s)和G m2(s)组成的回路。
D2：进入副回路的扰动。
D1：进入主回路的扰动。
2. 串级控制系统的结构特点两个控制器串联连接，一个控制器的输出是另一个控制器的设定值。
z由两个检测变送器、两个控制器和一个控制阀组成；z主回路的定值控制和副回路的随动（对主控制器输出）控制和定值（对副回路的干扰）控制。
3. 示例（3）管式加热炉出口温度控制系统管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置。
在原油加热、重油裂解方面，对炉出口温度的控制非常重要。
用如图所示的简单控制系统来控制出口温度，即用改变燃料量阀门的开度来维持炉出口温度。
炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统若在某一时刻，燃料油的压力或组分发生变化，该干扰首先使炉膛温度θ2发生变化，从而使副控制器T2C工作，控制阀门开度改变燃料的加入量，则使得炉膛温度的偏差随之减小。
与此同时，由于炉膛温度的变化，或由于原料油本身入口流量或温度发生变化，会使炉出口温度θ1发生变化，θ1的变化将通过主控制器T1C不断地改变副控制器T2C的给定值（即T1C的输出值）。
这样，主、副两个控制器协同工作，直到炉出口温度重新稳定在工艺给定值时，过渡过程才结束。
管式炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统的方块图可以从方块图看出，在这个系统中，有主、副两个控制器T1C和T2C，分别接受来自被控对象不同部位（炉膛和出口）的测量信号θ1和θ2。
主控制器T1C的输出作为副控制器T2C的输入给定值，而副控制器T2C的输出区控制执行器来改变操纵变量（燃料油输入量）。
从系统结构来看，主、副两个控制器使串联工作的，故此称其为“串级控制系统”。
4.1.4 串级控制系统中的常用名词主变量：是工艺控制指标，在串级控制系统中起主导作用的被控变量；副变量：是在串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要引入的辅助变量；主对象：是表征主变量特性的生产设备；（在管式炉管中，主要指原料油受热管道）副对象：是表征副变量特性的生产设备；（在管式炉管中，主要指燃料油燃烧装置）串级控制系统中的常用名词主控制器：按主变量对给定值的偏差而动作，其输出作为副控制器的给定值；副控制器：其给定值由主控制器的输出所决定，并按副变量对给定值的偏差而动作；主回路：是由主测量、变送，主、副控制器，执行器和主、副对象构成的外环回路；副回路：是由副测量、变送，副控制器，执行器和副对象构成的内环回路。
4.1.5 串级控制特征（1）两个反馈控制器，而仅有一个控制阀（或其它的控制元件）；（2）主控制器的输出信号是副控制器的设定值；（3）两个反馈回路是副（二级）回路“嵌套”在主（初级）回路中。
术语：z副vs. 主z二级vs.初级z内部vs. 外部4.1.6 串级控制系统设计规则1. 设计规则当存在以下情况时可采用串级控制：（1）单回路控制系统性能不能满足要求；（2）有一个被测变量是有效的；副回路变量必须满足：（3）能够代表重要扰动的发生；（4）与执行机构（阀门）间有因果关系；（5）要比主回路有更快的响应；2. 串级控制的优点（1）当副回路比主回路更快时，可以大大的改进系统性能；（2）可以采用PID控制算法的简单技术；（3）在所有层次上使用反馈。
主回路对类似阶跃的扰动余差为零；（4）企业的操作人员容易操作串级控制；当断开某一层级的回路时，所有的控制器是无效的。
关于串级控制的问题讨论（1）为什么需要保留主回路控制器？（2）要达到稳态余差为零，哪种模型可以选用？（3）推荐使用哪种模型？（4）对于串级控制有哪些附加的成本？（5）通常每个PID控制器响应一个独立的被控变量，在串级控制结构中有什么不同吗？（6）串级控制的采用怎样的调试程序？3. 示例（4）填料床反应器：注：z A1是测量反应物的浓度；z“圆圈”处是有外壳和管路组成的热交换器；z进料口的被控阀门由上游的过程调节；z温度提高可提高反应率。
控制性能不能接受！设计串级控制系统改进系统性能5. 副回路比主回路响应快4. 执行器与副回路有因果关系3. 能代表主要的扰动2. 副回路变量可测1. 单回路性能不能接受T3T2T1F2F1A2串级设计规则应用设计规则！注：z 扰动是注入的热介质温度和主回路参数AC-1。
YN/AN/AN/AN/AN/A5. 副回路比主回路响应快Y N N N N N 4. 执行器与副回路有因果关系Y Y N N N N 3. 能代表主要的扰动Y Y Y Y Y Y 2. 副回路变量可测Y Y Y Y Y Y 1. 单回路性能不能接受T3T2T1F2F1A2串级设计规则T2是扰动，但是不能用于串级控制回路中。
T3满足所有的规则，能用于串级控制的副回路。
填料床反应器控制性能比较单回路串级性能更好，为什么？填料床反应器串级控制性能为什么流量的扰动被迅速消除？补偿针对扰动。
用串级控制得到或失去的是什么？对如下变化系统如何响应？z扰动在T1处；z扰动为介质的入口压力；z扰动为输入的压力；z扰动为输入的成分，A2；z输出成分设定AC-1发生改变；三层串级控制串级的层数没有限制？但每一层必须满足规则。
将串级控制应用于仪表中吗？是的！将阀门定位器作为副回路可以降低摩擦的影响。
阀门定位器：用于测量阀杆的位置，并调节气压以达到（或接近）希望的阀位。
是阀的定位装置。
4.2 串级控制系统特点与分析改善主控制器的广义对象特性（1）定性分析√如果副回路被整定成衰减振荡副回路可近似成二阶振荡环节√低频时，幅值近似为1，相位差近似为0即副回路可近似用1：1比例环节描述（2）定量分析√副回路的等效传递函数是：当：，有（3）注意事项√分隔在副回路的部分主对象应占一定分量√防止主、副环的共振现象出现。
()()()()()()()()()s G s G s G s G s G s G s G s R s y m p v c p v c 22222221+=()()()()1222>>s G s G s G s G m p v c ()()122≈s R s y4.2.1 改善系统的动态特性假设主、副对象为一阶环节，串级控制系统的其他环节均为比例环节，即：()22c c K s G =()v v K s G =()22m m K s G =()1222+=s T K s G p p p ()11c c K s G =()11m m K s G =()1111+=s T K s G p p p副回路传递函数为：式中，对副回路控制系统有：2p slave T T <2p slave K K <22221m p v c p Slave K K K K T T +=222221m p v c p v c Slave K K K K K K K K +=()()()()()()()()()()112222222+=+==s T K s G s G s G s G s G s G s G s R s Y s G slave slave m p v c p v c slave串级控制系统的特征方程为：即：与两阶标准形式比较，对串级控制系统，有：()()01111121=++++m p slave c slave p slave p K K K K s T T s T T 022002=++ωξωs s slavep slave p T T T T 1102+=ξωslavep slave p cs cscs cs T T T T 1122211+⋅−=−=ξξξωω()()()()01111=+s G s G s G s G m p slave c 串级系统传递函数：()()()()()()()()()()s G s G s G s G s G s G s G s R s Y s G m p slave c p slave c 11111111+==单回路控制系统：单回路控制系统特征方程：即：单回路的工作频率：()()011221221=++++m p p v c p p p p K K K K K s T T s T T ()()()()()0112=+s G s G s G s G s G m p p v c 212122'0211p p p p s sss T T T T +⋅−=−=ξξξωω串级控制系统和单回路控制系统若有相同的阳尼比，即：则：；则：即：scs ξξ=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=21111p p slave p s cs T T T T ωω211p p slave p T T T T >scs ωω>提高了系统的频率特性系统参数对工作频率的影响串级控制系统的工作频率大于单回路控制系统的工作频率。
