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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。
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。
串级控制系统的原理及设计中应注意的问题摘要：介绍了串级控制系统的基本原理，性能和设计中应注意的几个问题。
关键词：内环；外环；增益；时间常数；对象；共振现象；积分饱和现象。
1、概述1.1串级控制系统介绍单回路控制系统只用一个调节器,调节器只有一个输入信号,即只有一个闭环,在大多数情况下，这种简单系统能够满足工艺生产的要求。
但是也有一些另外的情况,譬如调节对象的动态特性决定了它很难控制,而工艺对调节质量的要求又很高;或者对调节对象的控制任务要求特殊,则单回路控制系统就无能为力了。
另外,随着生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对操作条件要求更加严格,参数间相互关系更加复杂,对控制系统的精度和功能提出许多新的要求,为此,需要在单回路的基础上,采取其他措施,组成复杂控制系统。
串级控制是改善调节过程的一种极为有效的方法,并且在实际中得到了广泛的应用。
我厂的生产过程自动控制系统中，串级控制系统是应用最为广泛的复杂控制系统。
1.2（简单控制系统）图1.1是精馏塔底部示意图,在再沸器中,用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽,然后在塔釜中与下降物料流进行传质传热。
为了保证生产过程顺利进行,需要把提馏段温度t保持恒定。
为此，在蒸汽管路上装一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。
从调节阀动作到温度t发生变化，需要相继通过很多热容积。
实践证明，加热蒸汽压力的波动对温度t的影响很大。
此外，还有来自液相加料方面的各种扰动，包括他的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质传热过程，以及再沸器中的传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度t。
当加热蒸汽压力较大时，如果采用图1.1所示的简单控制系统，调节质量一般都不能满足生产要求。
如果采用一个附加的蒸汽压力控制系统，把蒸汽压力的干扰克服在入塔前，这样也提高了温度调节的品质，但这样就需要增加一只调节阀并增加了蒸汽管路的压力损失，在经济上很不合理。
比较好的方法是采用串级控制，如图1.2所示。
简述串级控制系统的设计原则。
串级控制系统是一种广泛应用于各种控制系统中的控制方式。
串级控制是一种将多个层次的控制器组成的分层结构，在控制层面实现从上层到下层的控制。
这种控制方式，可以让上层控制器负责整体控制，而下层控制器负责分层控制，将系统控制复杂度降低，并且可以有效地提高控制系统的整体性能。
串级控制系统的设计原则是一组指导串级控制系统的设计原则。
它可以指导设计人员在设计串级控制系统时应遵守的原则，以达到最佳性能。
这些原则主要涉及系统的控制能力、可靠性、安全性、易用性、灵活性和普适性。
第一，控制能力。
串级控制系统的控制能力是指控制系统的性能指标，要求系统具有足够的控制能力来保证系统稳定可靠地运行。
第二，可靠性。
串级控制系统的可靠性是指控制系统的能力，要求系统具有足够的可靠性，确保系统的运行可以长期稳定可靠地进行。
第三，安全性。
串级控制系统的安全性是指系统的能力，要求系统能够在可控范围内实现安全控制，以防止发生不可控的意外情况。
第四，易用性。
串级控制系统的易用性是指系统的能力，要求系统具有良好的用户友好性，以方便用户在控制环境中使用系统。
第五，灵活性。
串级控制系统的灵活性是指系统的可拓展性，要求系统可以根据不同的应用场景进行拓展，使系统有更好的灵活性。
第六，普适性。
串级控制系统的普适性是指系统的可拓展性，要求系统可以满足各种应用场景的要求，并具有较强的可移植性。
总之，以上是串级控制系统的设计原则，主要包括控制能力、可靠性、安全性、易用性、灵活性和普适性。
这些原则可以指导设计人员在设计串级控制系统时应该遵守的原则，以达到最佳性能。
串级控制系统的优势在于它可以将系统的控制复杂度降低，并可以提高系统的可靠性、安全性和易用性。
因此，串级控制系统是当今许多控制环境中应用最广泛的控制方案，它将为许多应用场景提供更好的控制效果。
此外，在设计串级控制系统时，串级控制系统原则还可以指导开发人员在设计控制系统时，应该采用怎样的技术、结构、参数等，以获得最优的控制效果。
串级控制系统设计串级控制系统是由多个控制回路串联组成的控制系统。
它适用于那些要求更高的系统，需要更加精确和稳定的控制。
在串级控制系统中，分别有一个主要控制回路和一个或多个次级控制回路，主要控制回路负责整体控制系统的目标，次级控制回路负责对主要控制回路的输出进行修正，以达到更高的控制精度和稳定性。
串级控制系统设计的关键是确定主要控制回路和次级控制回路的结构和参数。
在设计主要控制回路时，需要考虑系统的目标和性能要求，并选择适合的控制器类型（如比例控制、比例积分控制或比例积分微分控制）。
同时，还需要根据系统动态特性对主要控制回路进行参数调整，以实现快速而稳定的响应。
次级控制回路的设计通常是根据主要控制回路输出的误差信号来进行的。
次级控制回路的作用是修正主要控制回路的输出，以进一步提高系统的控制精度。
次级控制回路可以采用不同的控制器类型，如比例控制或预测控制。
在设计次级控制回路时，需要考虑其对主要控制回路的影响，并调整其参数以实现理想的修正效果。
在串级控制系统设计中，还需要考虑控制回路之间的耦合问题。
具体来说，主要控制回路的输出应当能够适应次级控制回路的要求，并且次级控制回路的输出对主要控制回路的性能影响应当最小化。
为了实现这一点，可以采用信号分离和滤波等技术来减小回路之间的耦合。
另外，串级控制系统设计还需要考虑反馈环节的设计。
反馈环节可以提供对系统状态的实时监测，并利用这些信息对控制回路的输出进行修正。
在串级控制系统中，反馈环节通常位于主要控制回路之后，以便对主要控制回路输出的误差进行修正。
反馈环节的设计应当考虑系统的稳定性和鲁棒性，以确保系统能够稳定运行并对扰动有良好的抑制能力。
最后，串级控制系统设计还需要进行模拟和调试。
通过模拟和调试可以验证设计的有效性，并对系统性能进行评估。
模拟和调试可以通过数学模型和仿真软件来进行，以避免对实际系统造成不必要的干扰和损坏。
总结起来，串级控制系统设计是一个复杂的过程，需要考虑系统的目标和要求、主要控制回路和次级控制回路的设计、控制回路之间的耦合问题和反馈环节的设计等因素。
