曹润熙，赵剑晖，盛延帆
（华北理工大学 河北唐山 063210）
摘要：本文主要介绍过程控制系统的典型控制类型，主要有单闭环控制系统、串级控制系统、前馈控制系统、开环比值控制系统、单闭环比值控制系双闭环比值控制系统。并对这些控制系统进行分析，说明适用环境与控制类型。
关键词：控制系统 自动化 过程控制
1.单闭环控制系统
单闭环控制系统就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较输出与期望值之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在单闭环控制系统中既存在由输入到输出的信号前向通道，又存在从输出到输入的反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，单闭环控制系统是自动控制系统的主要形式。
单闭环控制系统适合控制变量单一的工艺过程，如室内温度的控制，被控对象为加热器及房间，被控量是室内的温度。
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图1 单闭环控制系统方框图
如室内温度的控制，被控对象为加热器及房间，被控量是室内的温度
2.串级控制系统
串级控制系统是由其结构上的特征而得名，它是由主、副两个控制器串接工作的，主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。
串级控制系统用于克服被控过程较大的容量滞后、较大的纯滞后，还能抑制变化剧烈且幅度大的扰动与克服被控过程的非线性。如加热炉出口温度与炉膛温度的控制，被控对象为出口温度对象，被控量是出口温度。
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图2 串级控制系统方框图
3. 前馈控制系统
前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰，并对其信号产生适合的控制作用去改变操纵量，使受控变量维持在设定值上。
前馈控制系统只能克服可测不可控的扰动。如换热器的静态前馈控制，被控对象为换热器，被控量为换热器出口温度。
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图3 前馈控制系统及其方框图
4. 比值控制系统
4.1 开环比值控制系统
当系统处于稳定工作状态时，两物料的流量满足比值关系；当主动量受到干扰而发生变化时，系统通过比值器及设定值按比例去改变控制阀的开度，调节从动量使之与主动量仍保持原有的比例关系；当从动量受到外界干扰波动时，由于是开环控制，没有调节从动量自身波动的环节，也没有调整主动量的环节，故两种物料的比值关系很难保持不变，系统对此无能为力。开环比值控制是理解比例控制工作机理的基础，在实际工程上很少应用。
适用于副流量较平稳的系统。
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图4 开环比值控制系统及其方框图
4.3 双闭环比值控制系统
双闭环比值控制系统是克服单闭环比值控制系统主流量不受控，生产负荷在较大范围内波动的不足，在单闭环比值控制系统的基础上，增设了主流量控制回路，克服了主流量干扰的影响。现实精确的流量比值关系，确保两物料总量基本不变。提降负荷比较方便，只需要缓慢主流量控制器的给定，就可以提降主流量，副流量自动跟踪提降，并保持比值不变。
常用于主流量干扰频繁或工艺上不允许负荷有较大的波动，或工艺上经常需要升级负荷的场合。
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图6 双闭环比值控制系统及其方框图
参考文献：
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姓名：曹润熙（2001-）男，汉，河北晋州人，本科在读。研究方向：自动化。