串级控制系统介绍

简述串级控制系统的特点
串级控制系统是由多个级联连接的控制回路组成的控制系统。

其特点包括：
1. 多级控制：串级控制系统包含多个级联的控制回路，每个回路负责不同的控制任务。

不同的回路负责不同的控制目标，通过相互协调和影响来实现整体的控制效果。

2. 分层结构：串级控制系统的各个级联回路之间具有明确的层级结构，上层回路控制下层回路。

上层回路通常负责整体的控制策略和目标设定，下层回路负责具体的执行和动作控制。

3. 协调和互补：不同级联回路在控制过程中相互协调，上层回路的控制信号会影响下层回路的控制行为，以保持整个系统的稳定性和性能。

4. 灵活性和可扩展性：串级控制系统可以根据需要添加或删除不同的级联回路，使得系统的控制策略和目标可以根据需求灵活调整和扩展，提高系统的适应性。

5. 鲁棒性和容错性：由于多个回路相互协调和互补，串级控制系统具有较强的鲁棒性和容错性。

当某个回路出现故障或失效时，其他回路可以通过重新配置和调整来维持系统的整体性能。

串级控制系统的工作原理
串级控制系统是一种复杂控制系统结构，由多个单独的控制环路组成，其中每个环路都处理系统的某个方面。

这些环路按照特定的顺序连接在一起，形成一个层次结构。

在串级控制系统中，高层环路的输出成为低层环路的输入。

串级控制系统的工作原理如下：
1. 输入信号：系统的输入信号首先被传递给最高层的环路，也被称为主要控制环路。

这个环路负责处理主要的控制任务，例如设定系统的目标值和跟踪参考信号。

2. 主控制环路：主控制环路从输入信号中提取有用的信息，计算出相应的控制命令，并将其传递给下一层的辅助控制环路。

3. 辅助控制环路：辅助控制环路通常负责系统的细节控制任务，例如补偿控制、补偿非线性特性以及抑制干扰等。

它们从主控制环路接收指令，并根据需要对输入信号进行修正。

4. 信号传递：辅助控制环路将修正后的信号传递给下一层环路，这个过程可以一直继续到系统中的最后一层环路。

5. 输出信号：最后一层环路通常称为执行环路，它负责将辅助控制环路的输出转换成最终的控制信号，并将其送到执行机构或设备中实施控制。

通过这种层次分解和串联的结构，串级控制系统能够将复杂的
控制任务分解为更简单的子任务，并逐级处理。

每个环路都专注于处理一个特定的任务，并通过调整输入信号来改善总体的控制性能。

这种架构使得串级控制系统能够更好地适应系统的复杂性和动态变化。

串级控制系统pid
串级控制系统是一种常见的工业过程控制系统，其中包括两个控制器：主控制器和副控制器。

主控制器通常用于控制系统的主要变量，而副控制器则用于控制对主变量有较大影响的次要变量。

PID（比例-积分-微分）控制器是一种常用的控制器类型，在串级控制系统中也常被使用。

PID 控制器通过调整比例、积分和微分参数来实现对系统的控制。

在串级控制系统的 PID 控制器中，主控制器通常采用 PID 控制算法来控制主变量。

它根据主变量的测量值与设定值之间的偏差来计算控制信号，以使主变量尽可能地接近设定值。

副控制器通常采用 P 或 PI 控制算法来控制次要变量。

它根据次要变量的测量值与主控制器输出之间的偏差来计算控制信号，以使次要变量尽可能地稳定在设定范围内。

串级控制系统的 PID 控制器可以通过调整比例系数、积分时间和微分时间来优化控制性能。

这些参数的选择需要根据具体的被控对象和控制要求进行调整，以实现较好的控制效果。

总的来说，串级控制系统的 PID 控制器通过主控制器和副控制器的协同工作，实现了对系统主要变量和次要变量的有效控制，提高了系统的稳定性和控制精度。

串级控制系统整理手册一、串级控制系统概述串级控制系统是一种常见的复杂控制系统，主要由两个或多个控制环组成，每个控制环都负责调节一个特定的过程变量。

这种系统具有结构紧凑、响应速度快、控制精度高等优点，广泛应用于各类工业生产过程中。

二、串级控制系统的组成1. 主控制环：主控制环负责监控整个过程的主要变量，通常与系统的输出直接相关。

主控制器根据主控制环的偏差，调整副控制器的设定值，以实现系统整体的控制目标。

2. 副控制环：副控制环位于主控制环内部，负责调节过程中的辅助变量。

副控制器根据副控制环的偏差，调整执行机构的输出，以影响主控制环的变量。

3. 执行机构：执行机构是串级控制系统的执行者，负责根据控制器的指令调整过程变量。

常见的执行机构有电机、阀门、变频器等。

4. 被控对象：被控对象是串级控制系统的作用对象，包括各种生产过程中的设备、工艺和参数。

三、串级控制系统的特点1. 快速响应：串级控制系统通过多个控制环的协同作用，能够迅速响应过程变化，提高系统的动态性能。

2. 高精度：串级控制系统可以实现对外部干扰的有效抑制，提高控制精度，确保产品质量。

3. 灵活性：串级控制系统可根据实际生产需求，调整控制参数，适应不同工况。

4. 易于维护：串级控制系统结构清晰，便于故障排查和日常维护。

四、串级控制系统的设计要点1. 确定控制目标：明确串级控制系统的主、副控制环控制目标，确保系统稳定运行。

2. 选择合适的控制器：根据被控对象的特性，选择合适的控制器类型和参数。

3. 优化控制参数：通过调整控制器参数，使串级控制系统达到最佳控制效果。

4. 考虑系统抗干扰能力：在设计过程中，充分考虑外部干扰因素，提高系统的抗干扰能力。

5. 系统调试与优化：在系统投运后，根据实际运行情况，不断调整和优化控制参数，确保系统稳定、高效运行。

五、串级控制系统的实施步骤1. 系统分析与建模：深入了解生产工艺，对被控对象进行详细分析，建立准确的数学模型，为控制器设计提供依据。

串级控制系统一、串级控制系统的概述图1是串级控制系统的方框图。

该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。

图1 串级控制系统方框图R-主参数的给定值； C1-被控的主参数； C2-副参数；f 1(t)-作用在主对象上的扰动； f2(t)-作用在副对象上的扰动。

二、串级控制系统的特点串级控制系统及其副回路对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。

1．改善了过程的动态特性；2．能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力；3．提高了系统的鲁棒性；4．具有一定的自适应能力。

三、主、副调节器控制规律的选择在串级控制系统中，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，它的控制任务是使主参数等于给定值（无余差），故一般宜采用PI或PID调节器。

由于副回路是一个随动系统，它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P或PI调节器。

四、主、副调节器正、反作用方式的选择正如单回路控制系统设计中所述，要使一个过程控制系统能正常工作，系统必须采用负反馈。

对于串级控制系统来说，主、副调节器的正、反作用方式的选择原则是使整个系统构成负反馈系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。

各环节的放大系数极性是这样规定的：当测量值增加，调节器的输出也增加，则调节器的放大系数Kc 为负（即正作用调节器），反之，Kc为正（即反作用调节器）；本装置所用电动调节阀的放大系数Kv恒为正；当过程的输入增大时，即调节器开大，其输出也增大，则过程的放大系数K0为正，反之K为负。

五、串级控制系统的整定方法在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有以下三种：（一）逐步逼近法所谓逐步逼近法，就是在主回路断开的情况下，按照单回路的整定方法求取副调节器的整定参数，然后将副调节器的参数设置在所求的数值上，使主回路闭合，按单回路整定方法求取主调节器的整定参数。

1、串级控制系统的概念
串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。

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。

2、串级控制系统的特点
串级控制系统的主要特点为：
(1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统；
(2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量}
(3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；
(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。

3、串级控制系统的特点主要应用场合?
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。

开环控制和闭环控制的优缺点
一、开环控制
控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且控制单方向进行。

开环控制系统方块图
优点：简单、稳定、可靠。

若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。

缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。

二、闭环控制
闭环控制系统特点：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。

闭环的作用：应用反馈，减少偏差。

优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感
缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻。

第二章串级控制系统2.1概述一、串级控制系统的基本原理及结构举例：串级控制系统方案(温度---流量)串级控制系统：用两台控制器相串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的输入。

方框图标准形式如下：二、常用名词： 主被控变量（主参数、主变量）Y1(S)副被控变量（副参数、副变量）Y2(S)主控制器G c1(S)副控制器G c2(S)主回路（主环）副回路（副环）三、串级控制系统的工作过程分析温度---流量串级控制系统设：控制阀为气开，温度和流量两控制器选为反作用1）、干扰作用于副环（副控制器起“粗调”，主控制器起“细调”）2）、干扰作用于主环（蒸汽量随温度控制的要求随时改变）3）、干扰同时主环和副环a.作用方向相同b.作用方向相反1）干扰作用于副环 蒸汽压力↑→FT↑→FC↓(反作用)→FV↓(气开阀) →FT↓FT的变化对精馏塔塔釜温度的影响就很小，并且可由温度控制器进行微调。

2）干扰作用于主环 干扰使得T↓←F↓由于有主副两个控制器相串联，系统总的放大倍数将增大，工作频率提高克服干扰的大大增大。

3）干扰同时同时主环和副环a.作用方向相同干扰同时使TT↑→TC↓)FV↓↓F↓↓b.作用方向相反干扰作用使TT↑→TC↓(反作用)→FC↓FC↑(反作用)FV变化很小蒸汽流量F变化不大2.2 串级控制系统的实施选择实施方案时，需考虑的问题：1）、所选用的仪表信号必须匹配。

2）、所选用的副控制器必需具有外给定输入接口。

3）、在选择实施方案，应考虑是否增加一只切换开关，作“串级”与“主控”的切换之用。

4）、实施方案应力求实用，少花钱多办事。

5）、实施方案应便于操作。

一、用电动Ⅲ型仪表构成串级控制方案串级控制一般方案：精馏塔塔釜温度与加热蒸汽流量的串级控制系统的组成能实现主控—变送器 安全栅热电偶控制阀在串级与主控切换过程中，必须考虑去控制阀的控制信号方向的一致性，也就是组成的控制系统必须是负反馈控制系统，这就是串级与主控直接切换的条件。

《过程控制与自动化仪表》P190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（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。

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。

串级控制系统概述
与简单控制系统相比，串级控制系统在结构上增加了一个内回路，收到了明显的控制效果。

串级控制系统具有以下几方面的特点：
1、串级控制系统具有很强的克服内扰的能力。

我们可以把串级控制
系统用方框图表示成一般的形式。

系统的开环放大系数越大，稳态误差越小，克服干扰的能力也就越强，副调节器的放大倍数整定得越大，这个优点越显著。

2、串级控制系统可以减小副回路的时间常数，改善动态特性，提高
系统的工作频率。

在外扰的作用下，由于副回路减小了对象的时间常数，使整个系统的工作频率得以提高，因此仍能改善整个系统过渡过程的品质。

3、串级控制系统具有一定的自适应能力：串级控制系统主回路是一
个定值系统，其副回路是一个随动系统，它的定值是主调节器的输出，是一个变化量，主调节器按照被控对象的特性和扰动变化的情况，不断的纠正着副调节器的给定值，副调节器使系统时间常数缩短，能很快克服扰，改善动态特性，这就是一种自适应能力。

而采用单回路控制系统就没有这种随动控制的作用。

为充分发挥串级控制系统的上述优点，在设计控制系统时，还应当合理选择主副回路及主副调节器的规律。

简述串级控制系统的特点串级控制系统是一种常用的工业控制系统，具有许多独特的特点。

首先，串级控制系统具有较高的稳定性和精确性。

在串级控制系统中，不同的控制器按照一定的顺序连接起来，每个控制器的输出作为下一个控制器的输入，通过不断的调节和校正，整个系统可以更精确地控制被控对象，从而提高系统的稳定性和控制精度。

其次，串级控制系统具有较强的抗干扰能力。

由于串级控制系统对信号的处理是逐级进行的，可以将系统中的干扰逐步抑制，在传递函数的乘积中抵消掉一部分干扰，从而减小干扰对系统性能的影响，提高系统对干扰的抵抗能力。

此外，串级控制系统还具有较好的鲁棒性。

在串级控制系统中，每个控制器都可以独立工作，即使其中的某个控制器发生了故障或者失效，整个系统也可以继续工作，只是控制精度可能有所下降。

因此，串级控制系统相对于并联控制系统更加稳定可靠，具有较好的鲁棒性。

此外，串级控制系统还具有较好的响应速度。

由于串级控制系统中的每个控制器可以单独调节，可以根据系统的要求对每个控制器的参数进行优化，从而提高系统的响应速度，达到更快的控制效果。

另外，串级控制系统还具有较强的灵活性。

在串级控制系统中，可以根据需要增加或减少控制器的数量，也可以根据实际情况对控制器的位置和连接方式进行调整，从而更好地适应不同的控制需求，提高系统的适用性和灵活性。

梳理一下本文的重点，我们可以发现，串级控制系统具有稳定性高、精确性好、抗干扰能力强、鲁棒性好、响应速度快、灵活性强等许多优点，适用于各种不同的工业控制场合，在工业生产和自动化领域有着广泛的应用前景和发展空间。

希望通过今后的研究和实践，能够进一步探索串级控制系统的特点和优势，推动其在工业控制领域的进一步发展和应用。