串级控制系统的设计

串级控制系统的设计为了充分发挥串级控制系统的优点，在设计实施控制系统时，还应当合理设计主、副回路及选择主、副调节器的控制规律。

1、主、副回路的设计原则（1）副参数的选择应使副回路的时间常数小，控制通道短，反应灵敏。

通常串级控制系统是被用来克服对象的容积迟延和惯性。

因此，在设计串级控制系统时，应设法找到一个反应灵敏的副参数，使得干扰在影响主参数之前就得到克服，副回路的这种超前控制作用，必然使控制质量有很大提高。

（2）副回路应包含被控对象所受到的主要干扰。

串级控制系统对进入副回路的扰动有很强的克服能力，为发挥这一特殊作用，在系统设计时，副参数的选择应使得副回路尽可能多地包括一些扰动但这将与要求副回路控制通道短，反应快相矛盾，应在设计中加以协调。

在具体情况下，副回路的范围应当多大，决定于整个对象的容积分布情况以及各种扰动影响的大小副回路的范围也不是愈大愈好。

太大了，副回路本身的控制性能就差，同时还可能使主回路的控制性能恶化。

一般应使副回路的频率比主回路的频率高得多，当副回路的时间常数加在一起超过了主回路时，采用串级控制就没有什么效果。

（3）主副回路工作频率应适当匹配。

由于串级系统中主、副回路是两个相互独立又密切相关的回路。

如果在某种干扰作用下，主参数的变化进入副回路时，会引起副回路中副参数振幅增加，而副参数的变化传到主回路后，又迫使主参数变化幅度增加，如此循环往复，就会使主、副参数长时间大幅度地波动，这就是所谓串级系统的“共振现象”。

一旦发生了共振，系统就失去控制，不仅使控制品质恶化，如不及时处理，甚至可能导致生产事故，引起严重后果。

为确保串级系统不受共振现象的威胁，一般取T dl =（3~10）T d2式中： T dl为主回路的振荡周期；T d2为副回路的振荡周期。

要满足上式，除了在副回路的设计中加以考虑之外，还与主、副调节器的整定参数有关。

2、主、副调节器的选型串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同，对于它们的选型即控制规律的选择也有不同考虑。

串级控制方案引言串级控制（Cascaded Control）是一种常见的控制方案，通常用于处理复杂、多变的控制系统。

串级控制方案将系统拆分为多个级别，每个级别都有独立的控制器，以实现对特定过程变量的控制。

本文将介绍串级控制方案的基本原理、设计要点，并举例说明其在实际应用中的优势。

串级控制的基本原理串级控制方案由两个或多个级别组成，每个级别都有自己的控制器，而其中一个级别的输出被作为下一个级别的输入。

多个级别的控制器协同工作，使得整个控制系统能够更准确地响应于外部变化，并提高系统的稳定性和鲁棒性。

在串级控制方案中，通常将系统的过程变量划分为两个类型：一级过程变量和二级过程变量。

一级过程变量是指直接受控制器输出影响的变量，二级过程变量是指受一级过程变量控制影响的变量。

通过将系统拆分为两个或多个级别，可以更好地应对复杂的控制任务，提高系统性能。

串级控制方案的设计要点1. 级别划分要设计一个有效的串级控制方案，首先需要进行合理的级别划分。

通常情况下，一级控制变量应该是对整个系统性能有直接影响的变量，而二级控制变量是对一级控制变量有间接影响的变量。

合理的级别划分可以提高系统的控制精度和稳定性。

2. 控制器设计每个级别都需要一个独立的控制器来实现对过程变量的控制。

控制器的设计要考虑系统的响应速度、稳定性和鲁棒性。

通常情况下，一级控制器应该具有较快的响应速度，以尽快调整一级过程变量的值；而二级控制器则应更关注系统的稳定性和抗干扰能力。

3. 控制器之间的通信和协调不同级别的控制器之间需要进行通信和协调，以实现整个系统的稳定运行。

一般可以采用PID控制器、模糊控制器或者自适应控制器等方法实现控制器之间的沟通和协调。

通过合理的控制器间通信和协调策略，可以使系统达到更好的控制效果。

串级控制方案的优势串级控制方案相对于传统的单级控制方案有以下优势： 1. 提高系统的鲁棒性：通过引入多级控制，可以更好地应对外界扰动和变化，提高系统的鲁棒性。

目录1.串级控制的基本概念 (1)2.串级控制系统的原理 (1)3.串级控制系统的特点 (1)4.串级控制主、副控制器的设计 (3)5.Simulink仿真 (5)6.串级控制的改进 (6)附录 (7)参考文献 (7)1.串级控制的基本概念串级控制系统为双闭环或多闭环控制系统，控制系统内环为副控对象，外环为主控对象。

内环的作用是将外部扰动的影响在内环进行处理，而尽可能不使其波动到外环，这就加快了系统的快速性并提高个系统的品质，因此串级控制系统中选择内环时应考虑其响应速度要比外环快得多。

2.串级控制系统的原理串级控制在结构上形成的两个闭环，一个在闭环里面，成为内环、副环或副控回路，其控制器为副控制器，在控制中起“粗调”的作用；一个闭环在外面，成为外环、主环或主控回路，其控制器称为主控制器，在控制中起“细调”作用，最终被控量满足控制要求。

主控制器的输出作为副控制器的给定值，而副控制器的输出则去控制被控对象。

3.串级控制系统的特点（1） 副控制回路具有快速性，能够有效的克服进入副控回路的二次干扰。

图2为简化串级控制系统的结构图，其中)(2S G v 为二次干扰通道传递函数。

当二次干扰经扰动通道)(2S G v 进入副控回路后，首先影响副参数)(2S Y ，于是副控制器立即动作，力图削弱干扰对)(2S Y 的影响。

显然，干扰经副控回路的抑制后再进主控回路，对)(S Y 的影响将有较大的减弱。

按图2所示的串级系统，二次干扰)(2S V 到主参数)(S Y 的传递函数是为了与一个简单单环控制系统相比，由图3可以得到单回路控制下干扰)(2S V 至主参数)(S Y 的传递函数是比较（3.1）和（3.2），假定)()(1S D S D =,可以看到串级系统中的)()(2S V S Y 的分母中多了一项，即)()(22S G S D 。

在主控回路的工作频率下，这项乘积的系数一般较大，且随副控制器比例增益的增大而增大。

温度串级控制系统设计随着科学技术的不断发展，我们已经可以在生活中使用各种各样的智能系统来方便我们的生活。

其中，温度串级控制系统已经被广泛应用于各种领域，如热处理、工业冷却、石油化工和医疗等。

本文将为您介绍温度串级控制系统的设计，包括系统组成、工作原理、应用场景等方面。

对于正在探索温度串级控制系统的设计和使用的人们，本文将提供一个有指导意义的解决方案。

一、系统组成温度串级控制系统由多个部分组成。

其中最主要的是传感器、控制器和执行器。

传感器被用来检测环境温度，它们将信号传递给控制器，控制器将利用信号来决定执行器的输出。

执行器（如气缸、阀门等）会对环境进行调节，以使环境温度达到设定的目标值。

此外，系统还包括人机界面（HMI）、电源等。

二、工作原理温度串级控制系统的工作过程可以分为两个阶段。

首先是检测环境温度的阶段，传感器负责检测环境温度并将信号传递给控制器。

然后是控制环境温度的阶段，在此阶段中控制器判断环境温度与设定值之间的差异，然后决定执行器的输出，以改变环境温度。

在此过程中，人机界面提供了一个交互和设置环境温度的方式，电源则用于供电。

三、应用场景温度串级控制系统在许多领域中都有广泛的应用，例如：1.热处理:温度串级控制系统可用于钢铁、铝和合金等材料的热处理过程中，以确保产出品质。

2.工业冷却:温度串级控制系统可用于控制冷却水温度，以确保冷却效果，提高效率并减少材料消耗。

3.石油化工:温度串级控制系统可用于石油化工过程中的蒸汽、加热和混合等过程的联合控制，以确保生产效率并降低成本。

4.医疗:温度串级控制系统可用于医院和实验室中的恒温设备和制冷设备，以控制环境温度，确保实验和治疗的效果。

总之，温度串级控制系统是在许多领域中广泛应用的一种重要智能系统，它可自动调整环境温度以确保生产和实验的质量，提高效率并减少能源消耗。

当您需要设计和使用温度串级控制系统时，本文提供了一个解决方案，并可以提供有关系统组成、工作原理和应用场景的指导意义。

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。