关于PID串级控制你了解多少？

下面跟着小编一起看看PID串级控制相关知识，看看你都知道不？

概念：

串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到了广泛的应用。所谓串级控制，就是采用两个控制器串联工作，外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出去操纵控制阀，从而对外环被控量具有更好的控制效果。这样的控制系统被称为串级系统。PID串级控制就是串级控制中的两个控制器均为PID控制器。

系统结构：

图2为PID串级控制的系统结构，  d₁、 d₂ 分别为系统的一次和二次干扰，也可以称之为外扰和内扰， G_C1 、G_C2  、G_P1 、G_P2  、 r₁ 、 r₂ 、y₁  、y₂  分别为外、内环回路控制器（均为PID控制器）、被控对象、设定值、系统输出。进入内环回路的干扰称为二次干扰，进入外环回路的干扰称为一次干扰。

原理:

从串级控制的工作过程看来，两个控制器是串联工作的，以外环控制器为主导，保证外环主变量稳定为目的，两个控制器协调一致，互相配合。尤其是对于二次干扰，内环控制器首先进行“粗调”，外环控制器再进一步“细调”。因此控制品质必然优于简单控制系统。串级控制系统在结构上仅仅比简单控制系统多了一个内环回路，可是实践证明，对于相同的干扰，串级控制系统的控制质量是简单控制系统无法比拟的。就外环回路看是一个定值控制系统，但内环回路可看成是一个随动控制回路。外环控制器按负荷和操作条件的变化不断纠正内环控制器的设定值，使内环控制器的设定值适应负荷和操作条件的变化。如果对象中有较大非线性的部分包含到了内环回路中，则负荷和操作条件变化时，必然使内环回路的工作点移动而影响其稳定性。但在串级结构中，内环回路的变化对整个系统的稳定性影响很小，所以从这个意义上说，串级控制系统能够适应不同负荷和操作条件的变化。

特点:

(1) 由于内环回路的存在，改变了原来的对象特性，使内环回路对象的等效时间常数变小，所以使系统的过渡时间缩短了，控制作用更加及时；

(2) 改善了对象特征，起到超前控制的作用，有效抑制内环回路干扰，这种超前控制作用最适合干扰落在内环回路内的情况，若干扰落在外环回路时，超前作用就不明显了；

(3) 提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性增强；

(4) 当模型失配时，内环控制器可以很好的抑制干扰，而外环控制器则以良好的动态性能和鲁棒性能为设计目标；

(5) 由于串级控制系统的内环是一个随动控制系统，它的设定值随着外环控制器的输出而变化。外环控制器可以按照操作条件和负荷的变化情况，不断调整内环控制器的设定值，从而保证在操作条件和负荷发生变化的情况下，控制系统仍有较好的控制效果。

设计原则:

(1) 内环回路参数的选择首先必须是物理上可测的，其次应使内环回路调节过程的时间常数不能太大，调节通道尽可能短，时间滞后小，以便使等效过程的时间常数大大减小，从而提高整个系统的工作频率，加快反应速度，缩短调节时间，改善系统的控制品质。

(2) 在选择内环回路参数时，必须把主要干扰包含在内环回路中，并力求把更多的干扰包含在内环回路中，这样可以充分发挥内环回路的长处，使串级控制系统的特点更突出，并将影响外环回路参数最激烈、最频繁的干扰因素抑制到最低程度，同时确保外环回路参数的控制质量。但也不能使内环回路包含的干扰越多越好，因为内环回路包含的干扰越多，其时间滞后必然越大，迅速克服干扰的能力就会受到影响。

(3) 内环回路参数的选择应使内、外环回路的被控过程的时间常数适当匹配。显然，如果内环回路包含的干扰量越多，则其控制通道的时间常数越长，控制起来就越慢。如果内、外环回路的振荡频率比较接近时，容易引起共振，为此必须使两个振荡频率比大于3。相应的，内、外环回路过程的时间常数之比应大于3，一般控制在3～10的范围内。这样，内、外环回路之间的动态关系就非常小了。

(4) 参数的选择应该考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。