串级控制算法的研究
串级控制方案
串级控制方案引言串级控制是一种常见的控制策略，用于通过将多个控制器连接在一起来实现对复杂系统的控制。
串级控制方案在许多领域都有应用，如工业自动化、机械控制、电力系统等。
在本文中，我们将介绍串级控制方案的基本原理、优势和主要应用领域。
基本原理串级控制方案的基本原理是将系统的控制分为多个层次，并在每个层次上应用不同的控制器。
这些层次可以是相互独立的，也可以是前一层次的输出作为后一层次的输入。
通过这种方式，串级控制方案可以实现对系统的精确控制和鲁棒性。
通常，串级控制方案包括两个层次的控制：主控制器和从控制器。
主控制器是系统的高级控制器，负责生成设定点或参考输入信号。
它基于系统的模型和性能需求来计算出最优的控制输入。
主控制器的输出被作为从控制器的输入。
从控制器是系统的低级控制器，负责根据主控制器的输入来生成实际控制信号。
从控制器通常是调节器或PID控制器，它们能根据系统的反馈信号来调整控制输入，以实现系统的稳定性和鲁棒性。
优势串级控制方案具有许多优势，使其在实际应用中得到广泛使用。
1. 更好的控制性能串级控制可以分解复杂的控制问题为多个简单的子问题。
通过每个层次上的专用控制器，可以获得更好的控制性能。
主控制器可以处理高级目标，并将其转化为低级控制器可以理解的指令。
从控制器则可以根据低级的指令来实现细致的控制。
整个系统可以更精确地追踪参考输入，并对扰动和不确定性具有更强的鲁棒性。
2. 系统的适应性和鲁棒性串级控制方案具有良好的适应性和鲁棒性。
通过分解控制任务，并将其分配给适当的控制器，串级控制方案可以适应多样化的系统需求和工作条件。
主控制器可以根据系统的模型和性能需求进行优化，从控制器可以根据实际的反馈信号进行调整。
这种适应性和鲁棒性使串级控制方案适合处理不确定性和变化性较大的系统。
3. 易于设计和实现串级控制方案的设计和实现相对较简单。
主控制器和从控制器可以分别设计和优化，然后通过适当的接口连接起来。
这种模块化的设计使串级控制方案更易于维护和扩展。
串级控制方案
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。
DMC—DMC串级控制算法分析与研究
＝ 。 ［ｊ／。 至．。… ．ｃ， ］。肖。 ＝；＝一 ［ ］。 ｉ ，． ｉ
Ｄ ；
ｍ ＋ Biblioteka １．．。。．。。。．．。 ．。。．．
优 化 和 反 馈 校 正 等 控 制 策 略 ， 有 控 制 效 果 好 、 用 于 控 制 不 易 具 适
建立精确数字模型且比较复杂的工业生产过程等优点 ，在 串级
矩 阵 ；ｄｋ ） 未 来 Ｐ步 期 望 输 出 向 量 。 和 Ｒ分 别 为 误 差 和 Ｙ （＋１为 Ｑ 控制加权矩阵 ， 常都取为对角阵 ， 通 即
Ｑ＝ ｉｇ ｑ ， ， ｑ ） Ｒ＝ ｉｇ（， ｒ ， ｒ ｄａ （ ， … Ｐ ， ｄａ ｒ ，２ … ｍ）
１１ＤＭＣ 控 制算 法 ． 动态 矩阵控制 （ ＤＭＣ） 用 被 控 过 程 的单 位 阶 跃 响 应 序 列 采
作 为 预测 与控 制 的模 型 。 稳 定 系统 的 单 位 阶 跃 响 应 序 列 为 ａ ， 设 ， ａ，・， ， Ｎ… ，Ｎ … ， 动 态 矩 阵 控 制 的 系 统 状 态 空 间 模 型 ２， ａ ， ， ａ ， 则 － ａ
为 ＂ 柏 （） １
因 实 际 系统 预测 状 态 Ｘ ｋ 不 可 测 量 ， 以 上 面 Ｄ （） 所 ＭＣ 即 时 最 优控 制 律 中 的 × ｋ应 改 用 预 测状 态 观 测 器 重 构 的 ， 此 ＤＭＣ （） 因
由 （ ） 按 ＤＭＣ 基 本 算 法 相 同 的 二 次 型 指 标 函 数 优 化 求 ２式
得 的滚 动 优 化 即 时控 制 律 为
△ Ｕ （（＝ ［ （ ＋７一 』 ］ 』 Ｋ， ） 』 ）Ｃ （ （ ）
Ｔ 一１ Ｔ
式 中 ， ， １ Ｏ … ， ］Ｇ Ｑ Ｒ Ｇ Ｑ 为 即 时 控 制 增 益 Ｋ ＝［ ， ， Ｏ （ Ｇ ＋ ）。
基于PLC的DMC-PID的串级控制算法研究
０ 引言
在 工业 自动 控 制 的发 展历 史 中 ， Ｉ ＰＤ控 制是 历 史最 悠久 、 生命 力 最 强 的基 本 控 制方 式 。概 括起 来
性 等不易建 立精 确数 学 模 型 的工 业 生产 过程 。然 而 由于模型 的卷积性质 ， 使其 难 以采用 ＰＤ控制那 样 Ｉ 短 的采 样周期 ， 因而对过程控 制随机 突发性 干扰 的抑 制往 往不如 ＰＤ有 效 。因此 ， 了使 Ｄ Ｃ算法 在保 Ｉ 为 Ｍ
择。
持 ＰＤ算法 优 良性 能 的同时把 串级 控制 结构 引入 预 Ｉ
测控 制 ， 内环 采用 常 规 ＰＤ控 制 ， 在 Ｉ 抑制 进 入 系统 的 主要 干扰 ， 而外环采 用 Ｄ ＭＣ控制 ， 实现 良好 的跟踪性 并在模 型适配 时具有 较好 的鲁棒性 。
动态矩阵控制 （ ＭＣ） 目前 应用 较广 的一 种模 Ｄ 是 型预测控制算 法 ， 其预测功 能基于对 象 的开环 阶跃 响
摘要： 对传统 ＰＤ控 制 和动 态 矩 阵控 制 （ ＭＣ） 行 分 析 ， 计 了一 种 基 于 Ｄ Ｃ 算 法和 经 典 Ｉ Ｄ 进 设 Ｍ
ＰＤ算 法相 结合 的 串级 液位 控 制算 法 ， Ｉ 并在 Ｓ — ０ Ｌ ７ ３ ０Ｐ Ｃ上 实现 上述控 制 算 法。仿 真和 实验 结 果表 明 ， 算法具 有较 强 的 自适应性 、 棒性 、 踪性 ， 制效 果优 于传 统 的 ＰＤ控 制 。 该 鲁 跟 控 Ｉ
ｎ ｓ ｎ ｒ ｃｎ ｈａ ｈ ｏ ｖ ｎ ｉ ｎ ｌＰＩ ｃ ｎ ｒ １ ｅ ｓａ ｄ ｔａ ｉ ｇ ｔ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ａ Ｄ ｏ ｔｏ ．
Ｋ ｅ ｏ ｄ ｍｏ ｅ ｒ ｄ ｃ ｉｅ ｃ ｎｔｏ ； ｄ ｎ ｍｉ ｔｉ ｏ ｔｏ ；ＰＩ ；ｃ ｓ ａ ｅ ｃ ｎｒ ｌ ｙ ｗ ｒ ｓ： ｄ ｌｐ ｅ ｉ ｔ ｏ ｒ ｌ ｙ ａ ｃ ｍａｒｘ ｃ ｎ ｒ ｌ ｖ Ｄ ａ ｃ ｄ ｏ ｔｏ
串级控制算法
串级控制算法串级控制算法是一种常用的控制策略，广泛应用于工业自动化领域。
其主要目的是通过多级控制系统的协同工作，提高系统的响应速度、稳定性和精度。
本文将探讨串级控制算法的原理、应用领域以及优缺点。
一、原理1.1 主从结构与串级结构在串级控制算法中，主从结构是一种常见的组织形式。
主从结构指的是将辅助控制律的输出作为主控制律的输入，从而形成级联结构。
主从结构的优势在于可以将复杂的控制问题分解为多个简单的子问题，提高了系统的稳定性和灵活性。
1.2 控制策略串级控制算法主要有两种基本策略：前馈串级控制和反馈串级控制。
前馈串级控制中，辅助控制律的输入通过准确的测量来预测主环节的未知变量，从而实现对主环节的前馈补偿。
反馈串级控制中，辅助控制律的输入取决于主环节的输出和期望输出之间的误差，通过调节辅助控制律的参数来实现对系统的控制。
二、应用领域2.1 温度控制温度控制是串级控制算法常用的应用领域之一。
在温度控制系统中，主控制律负责对温度进行调节，而辅助控制律负责对主控制律进行补偿。
通过串级控制算法，可以提高温度控制系统的稳定性和精度，避免温度波动带来的不利影响。
2.2 流量控制流量控制是另一个适合串级控制算法的应用领域。
在流量控制系统中，主控制律负责调节流量，而辅助控制律则负责对主控制律进行补偿，以提高系统的稳定性和响应速度。
串级控制算法在流量控制系统中发挥了重要的作用，提高了系统的控制效果。
三、优缺点3.1 优点（1）提高响应速度：串级控制算法可以通过多级控制的方式，实现对系统的快速响应，减少系统的响应时延。
（2）提高稳定性：通过辅助控制律对主控制律进行补偿，串级控制算法可以提高系统的稳定性，减小系统的波动范围。
（3）提高精度：由于辅助控制律的作用，串级控制算法可以提高系统的控制精度，满足系统对于输出的精确要求。
3.2 缺点（1）复杂性高：串级控制算法需要设计多个控制律，并且需要进行参数调节，增加了系统的复杂性。
串级控制和前馈-串级控制的控制原理
串级控制和前馈-串级控制的控制原理
一、串级控制原理
串级控制是一种常用的控制方法，主要用于处理具有较大时滞或时间常数、大容量滞后特性的被控对象，例如温度、液位等。
串级控制系统主要由两个控制器串联在一起组成，分为主控制器和副控制器。
主控制器主要对被控对象进行初步控制，其输出作为副控制器的给定值，副控制器则对主控制器输出进行进一步调整。
串级控制的原理是针对被控对象的精确控制需求，将一个控制系统分成两个或多个控制回路，其中每个回路都针对被控对象的一个特定参数进行控制。
通过这种分级控制的方式，可以提高系统的控制精度和抗干扰能力。
在串级控制中，副控制器对主控制器的输出进行修正，以减小主控制器对副控制量的影响，从而提高了系统的控制精度。
同时，由于副控制器的引入，使得系统对被控对象的参数变化具有更好的适应性。
二、前馈-串级控制原理
前馈-串级控制是一种结合了前馈控制和串级控制的复合控制系统。
前馈控制是指通过测量并补偿干扰因素对被控变量的影响，从而实现对被控对象的精确控制。
在复合控制系统中，前馈控制器和串级控制器协同工作，以实现对被控对象的更精确、更快速的控制。
前馈-串级控制的原理是将前馈控制器和串级控制器通过适当的方式结合起来，以达到更好的控制效果。
通常，前馈控制器用于补偿主要干扰因素的影响，而串级控制器则用于对被控对象的精确调整。
这种复合控制系统能够提高系统的响应速度、减小超调和降低误差，从而更好地满足实际控制需求。
在实际应用中，前馈-串级控制系统需要根据被控对象的特性、干扰因素以及对控制精度的要求等因素进行合理的设计和配置。
浅析过热汽温串级控制的控制方案
浅析过热汽温串级控制的控制方案过热汽温串级控制是一种重要的控制方式，可用于调节电站的发电过程。
本文将从两个方面浅析过热汽温串级控制的控制方案。
一、控制模型过热汽温串级控制是基于PID控制方法的，通过PID控制器对控制对象进行调节。
PID控制器包括三个部分，分别为比例、积分和微分。
其中，比例控制器根据误差信号与设定值之间的差别来计算输出量，积分控制器维护一个累积误差的变量，并将其与比例控制器计算出的输出量相加，最终输出调节量。
而微分控制器根据误差变化率的变化来计算输出量，用以预测未来的误差变化情况，从而更好地改善控制系统的稳定性。
过热汽温串级控制中，PID控制器通常通过串级的方式进行连接。
该控制方式通常是将一个PID控制器插入另一个PID 控制器的反馈路径中，以此方式逐层调节。
首先，我们需要使用第一级PID控制器来实现对主蒸汽温度的调节。
第二个PID 控制器负责进一步调节再热蒸汽温度，以保持其稳定性。
通过这种方式，系统可以快速地调整过热汽温度以保持其稳定性。
二、控制算法在过热汽温串级控制中，控制器的选择至关重要。
控制器需要具有快速响应、准确性和可靠性，以确保系统的稳定性。
目前，最常用的控制器算法是基于模型预测控制（MPC）的控制方式。
MPC控制器需要建立一个过热汽温度的动态模型，并通过该模型来预测未来的状态。
在预测过程中，MPC控制器考虑了过去、现在和未来三个时段，根据这些信息对控制系统进行调节，以实现最优的温度控制。
MPC控制器使用优化算法来搜索最优解，以尽可能地减小系统误差。
总体而言，MPC是一种有前途的过热汽温度控制方法，具有一定的优势和实用价值。
然而，对于普通电站和控制系统的实际应用，MPC控制器的计算复杂度很高，需要大量的计算资源。
因此，目前还需要针对MPC控制器展开更多的研究，以提高其效率和实用性。
综上所述，过热汽温串级控制是一种有效的控制方式，可以帮助调节电站发电过程的稳定性，优化系统的能耗效率。
串级控制系统
过程控制实验报告实验名称：串级控制班级：姓名：学号：实验二 串级控制系统一、实验目的1) 通过本实验，了解串级控制系统的基本结构以及主、副回路的性能特点。
2) 掌握串级控制系统的设计思想和主、副回路控制器的参数整定方法。
二、 实验原理串级控制系统由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。
控制器相串联，副控制器的输入由主控制器的输出设定。
主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统，对二次扰动而言，副回路是恒值控制系统。
串级控制的主要优点可概括如下:1) 由于副回路的存在，改善了对象的部分特性，使系统的工作频率提高，加快了调节过程。
2) 由于副回路的存在，串级控制系统对二次扰动具有较强的克服能力。
3) 串级控制系统提高了克服一次扰动的能力和回路参数变化的自适应能力。
串级控制系统副回路的设计原则：1) 副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动。
在可能的情况下力求包含尽可能多的扰动。
2) 当对象具有较大纯滞后时，在设计时应使副回路尽量少包括或不包括纯滞后。
3) 当对象具有非线性环节时，在设计时应使非线性环节于副环之中。
4) 副回路设计时应考虑主、副对象时间常数的匹配，以防共振。
5) 所设计的副回路需考虑到方案的经济性和工艺的合理性。
串级控制系统常用的控制器参数整定方法有逐步逼近法、两步法、一步法等。
逐步逼近法1) 在主回路断开的情况下，求取副控制器的整定参数；2) 将副控制器的参数设置在所求的数值上，使串级控制系统主回路闭合，以求取主调节器的整定参数值；3) 将主调节器参数设置在所求值上，再次整定副控制器的参数值。
4) 如控制品质未达到指标，返回2)继续。
三、实验内容某系统的主、副对象传递函数分别为：12211(),()301(101)(1)P P G s G s s s s ==+++ 主回路有一个10s 的传输延迟，传递函数为10()s d G s e -=。
计算机控制技术 串级控制算法的研究实验
计算机控制技术串级控制算法的研究实验
计算机控制技术中的串级控制算法是一种常用的控制策略，它通过两个或更多的控制器串联起来，形成一个多层次的控制系统。
这种算法在许多领域都有广泛的应用，例如化工过程控制、电力系统和污水处理等。
为了研究串级控制算法，需要进行实验。
以下是一个可能的实验步骤：
1. 确定实验目标：首先需要明确实验的目标，例如提高系统的稳定性、减小系统的超调量等。
2. 构建控制系统：根据实验目标，设计一个由两个或更多的控制器串联组成的控制系统。
这些控制器可以是比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器或其他类型的控制器。
3. 模拟实验：使用计算机软件模拟控制系统的工作过程，输入不同的干扰信号，观察系统的响应和性能。
4. 分析实验结果：对实验结果进行分析，比较不同控制算法的性能，找出最优的控制参数和策略。
5. 改进控制系统：根据实验结果，对控制系统进行改进，提高其性能和稳定性。
6. 实际应用：将改进后的控制系统应用到实际场景中，验证其性能和效果。
在进行串级控制算法的研究实验时，需要注意以下几点：
1. 保证实验条件的一致性：在进行实验时，需要保证所有实验条件的一致性，例如输入信号、初始条件和系统参数等。
2. 充分考虑干扰因素：在实际应用中，系统会受到许多干扰因素的影响，因此在实验中需要充分考虑这些因素，模拟真实情况下的系统响应。
3. 比较不同控制算法的性能：在进行串级控制算法的研究实验时，需要与其他控制算法进行比较，找出最优的控制策略和参数。
4. 充分挖掘数据价值：通过分析实验数据，可以深入了解系统的动态特性和性能指标，为控制算法的优化提供依据。
串级td-pid控制算法
串级td-pid控制算法串级TD-PID控制算法是一种用于控制系统的进化算法，它结合了传统的PID控制器和人工神经网络的优点，能有效地解决复杂控制问题。
本文将介绍串级TD-PID控制算法的原理和应用，并分析其优缺点。
串级TD-PID控制算法的基本原理是根据系统的当前状态和目标状态来调整控制参数，以实现系统的最优控制。
与传统的PID控制器不同的是，串级TD-PID控制算法引入了时间差分学习(TD-Learning)的思想，通过迭代更新控制器的权重和偏置，使得系统能够自适应地调整控制参数以适应不同工况的变化。
串级TD-PID控制算法的主要步骤包括：1. 设计PID控制器：根据系统的特性和需求，设计合适的PID控制器，包括比例(P)、积分(I)和微分(D)三个调节参数。
2. 初始化权重和偏置：通过随机初始化的方式，给控制器的权重和偏置赋初值。
3. 模拟系统运行：将控制器与被控对象连接，模拟系统的运行，并根据当前状态和目标状态计算控制器的输出值。
4. 计算误差和更新权重：将实际输出值与目标状态进行比较，计算误差，并使用误差来更新控制器的权重和偏置。
这里采用的是TD-Learning的方法，即根据当前误差和之前的误差来迭代地更新权重和偏置。
5. 检查停止条件：如果达到了停止条件，即误差足够小或迭代次数达到了限制，则停止迭代；否则返回第3步，继续模拟系统运行。
6. 输出控制信号：根据最终计算得到的权重和偏置，输出最优的控制信号，控制被控对象的运动。
串级TD-PID控制算法在实际应用中具有一定的优势。
首先，它能够有效地适应不同工况的变化，提高了系统的鲁棒性和稳定性。
其次，与传统的PID控制器相比，串级TD-PID控制算法具有更好的收敛性和响应速度。
此外，该算法还能够通过在线学习来不断优化控制参数，实现系统的自适应控制。
然而，串级TD-PID控制算法也存在一些缺点。
首先，由于算法涉及到神经网络的训练和参数调优，计算量较大，对硬件设备有一定要求。
dcs串级控制方案
DCS串级控制方案引言在工业控制领域，DCS（分散控制系统）串级控制方案是一种常用的控制策略。
它通过将不同的控制系统串联起来，以实现更复杂的系统控制。
本文将介绍DCS串级控制方案的基本原理、应用场景和开发步骤。
基本原理DCS串级控制方案基于主从结构，其中一个控制器充当主控制器，其他控制器则作为从控制器。
主控制器负责整体控制和决策，从控制器则负责局部控制和执行。
主控制器通过传递控制指令和接收状态反馈来实现对从控制器的控制。
主控制器将整体的控制目标分解成多个子控制目标，并将其分配给各个从控制器。
从控制器根据接收到的控制指令和状态反馈进行局部控制，然后将结果返回给主控制器。
通过将多个控制器串联起来，DCS串级控制方案可以实现对复杂系统的控制。
主控制器可以根据系统的整体性能和目标，动态地调整从控制器的工作方式和控制策略。
应用场景DCS串级控制方案适用于许多工业领域的控制应用，特别是在处理复杂的物理或化学过程时。
以下是一些常见的应用场景：1.化工厂中的流程控制：DCS串级控制方案可以用于调节化工流程中的温度、压力和液位等参数，以确保生产过程的稳定性和安全性。
2.电力系统中的发电控制：DCS串级控制方案可以用于调节发电厂的负荷平衡和频率稳定，以确保电力系统的可靠性和效率。
3.智能建筑中的能源管理：DCS串级控制方案可以用于智能建筑系统中的能源优化和节能控制，以提高能源利用效率并降低能源成本。
开发步骤步骤1：系统需求分析在开发DCS串级控制方案之前，首先需要进行系统需求分析。
这包括定义系统的控制目标、性能要求和功能需求等。
同时，还需要评估系统的复杂性和可行性，以确定是否适合使用DCS串级控制方案。
步骤2：控制器设计在设计DCS串级控制方案时，需要确定主控制器和从控制器的结构和功能。
主控制器负责全局控制和决策，可以采用PID控制器、模糊控制器或其他高级控制算法。
从控制器负责局部控制和执行，通常采用PID控制器或其他简单的控制算法。
串级控制方案
以我给的标题写文档，最低1503字，要求以Markdown 文本格式输出，不要带图片，标题为：串级控制方案# 串级控制方案## 引言串级控制是一种常用的控制方案，用于处理系统中复杂的控制问题。
在串级控制方案中，系统被划分为多个控制环节，每个环节都有自己的控制器和输入信号。
这种架构使得系统能够更好地应对各种不确定性和变化。
本文将介绍串级控制方案的基本原理和实施步骤。
## 串级控制方案的基本原理串级控制方案的基本原理是将系统划分为多个控制环节，并通过级联的方式进行控制。
每个环节都有自己的控制器，负责处理该环节的输入信号，并生成相应的输出信号。
这些输出信号成为下一个环节的输入信号，以此类推，直到达到最终的输出目标。
串级控制的优点在于可以将复杂的控制问题分解为多个简单的控制环节，每个环节只需要处理特定的任务。
这种分解不仅降低了整个系统的复杂性，还提高了系统的可调节性和鲁棒性。
另外，串级控制还能够减小系统的灵敏度，使系统对各种干扰和扰动具有更好的抑制能力。
## 串级控制方案的实施步骤### 第一步：系统建模在实施串级控制方案之前，首先需要对系统进行建模。
系统建模是指将实际系统抽象成数学模型，以便进行控制设计和性能分析。
常用的系统建模方法包括物理建模和统计建模。
通过系统建模，可以得到系统的输入信号和输出信号之间的数学关系。
### 第二步：环节划分在系统建模的基础上，将系统划分为多个控制环节。
每个环节都应具有清晰明确的任务和功能。
环节的划分应该根据系统的实际需求和控制目标进行，使得每个环节都能够独立地进行控制。
划分环节时，需要考虑控制环节之间的耦合关系和相互影响。
### 第三步：控制器设计对于每个控制环节，需要设计相应的控制器。
控制器的设计应该根据环节的任务和输入信号进行。
常用的控制器设计方法包括PID控制器、模糊控制器和神经网络控制器等。
设计控制器时，需要考虑系统的稳定性、鲁棒性和性能指标。
### 第四步：信号传输与补偿在串级控制方案中，各个控制环节之间需要进行信号传输和补偿。
串级控制算法
串级控制算法
串级控制算法（Cascaded Control Algorithm）是一种常用的控制策略，适用于复杂的控制系统。
该算法通常将一个控制任务分解为多个级联的子控制任务，并根据不同的控制要求和系统特性分别设计和调节每个子控制器，最终实现整个系统的稳定和性能优化。
串级控制算法的基本思想是将控制系统分为两个或多个级联的控制回路，每个级别负责不同的控制任务。
通常情况下，较高级别的控制器负责控制系统的整体动态特性，如稳定性、响应速度等，较低级别的控制器负责控制系统的局部动态特性，如精度、抗干扰能力等。
串级控制算法的优点在于可以将复杂的控制任务分解为多个简单的子控制任务，从而简化系统设计和调节过程。
同时，由于每个子控制器只负责局部任务，因此可以更加精确地调节系统参数，提高控制性能。
此外，串级控制算法还具有较好的鲁棒性和适应性，能够应对系统参数变化和外部干扰等不确定性因素。
然而，串级控制算法也存在一些挑战和限制。
首先，分解控制任务和设计子控制器需要一定的专业知识和经验，对系统建模和参数估计要求较高。
其次，系统的多级回路增加了控制系统的复杂性和计算开销，可能会导致控制系统的响应速度下降。
最后，系统的层级结构可能会引入额外的稳定性问题和耦合效应，需要进行合理的设计和调节。
串级控制算法是一种常用的控制策略，适用于复杂的控制系统。
通过将控制任务分解为多个级联的子控制任务，并根据不同的控制要求和系统特性设计和调节每个子控制器，可以实现控制系统的稳定和性能优化。
然而，该算法也存在一些挑战和限制，需要在实际应用中进行合理的设计和调节。
串级控制算法
串级控制算法串级控制算法是一种用于控制系统中的多变量控制问题的算法。
它通过将控制目标分解为多个子目标，并将系统分成多个层级进行控制，从而实现对复杂系统的精确控制。
在传统的控制系统中，常常采用单变量控制方法，即对每个变量独立进行控制。
然而，随着控制系统的复杂度提高，单变量控制方法往往无法满足需求，因为各个变量之间可能存在耦合关系，一个变量的变化可能会对其他变量产生影响。
串级控制算法通过引入中间变量，将各个变量分成多个层级进行控制，使得控制过程更加精确和灵活。
串级控制算法的基本原理是将控制系统分成两个或多个层级，每个层级分别控制一个中间变量。
比如，对于一个冷却系统，想要同时控制温度和压力两个变量，可以将控制目标分为两个层级。
在第一层级中，通过控制冷却剂流量来控制系统的压力，在第二层级中，通过控制冷却剂温度来控制系统的温度。
这样，通过层层控制，可以实现对两个变量的精确控制。
串级控制算法的实现过程中，需要采集系统的各个变量的实时数据，并进行分析。
通过这些数据，可以确定中间变量的控制策略，以及各个层级的控制参数。
同时，还需要对不同层级的控制器进行协调，使得各个层级之间的控制过程具有良好的互补性，避免出现相互干扰的情况。
串级控制算法在工业控制领域有着广泛的应用。
例如，在化工过程中，需要对温度、压力、流量等多个变量进行控制，采用串级控制算法可以实现对这些变量的精确控制，提高生产效率和产品质量。
在能源系统中，串级控制算法也可以用于调节电力的供求关系，控制电网的稳定运行。
此外，串级控制算法还可以应用于物流系统、交通系统等各个领域。
虽然串级控制算法在实际应用中具有很多优势，但也存在一些挑战。
首先，串级控制算法需要对系统进行较为复杂的建模和分析，需要获得系统的数学模型以及各个变量之间的关系。
其次，串级控制算法的设计和调试需要耗费大量的时间和精力。
特别是在变量之间存在强耦合关系的情况下，对不同层级的控制器进行协调和优化会带来一定的困难。
串级pid算法
串级pid算法串级PID算法是一种常用的控制算法，用于解决系统控制中的回路闭合问题。
PID控制器是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成的，它根据被控对象的实时输出与期望值之间的差异，来调节控制器的输出信号，以使被控对象的输出接近期望值。
在串级PID算法中，我们将控制系统分为两个级别：主控制器和从控制器。
主控制器负责调节从控制器的参数，而从控制器则负责直接控制被控对象。
这种分级的设计可以提高系统的稳定性和控制性能。
让我们来了解一下PID控制器的三个部分：比例部分、积分部分和微分部分。
比例部分（P）根据被控对象的输出与期望值之间的差异，按比例调节控制器的输出信号。
如果被控对象的输出与期望值之间的差异较大，比例部分会增大控制器的输出信号，从而加快被控对象的响应速度。
但是，如果比例部分设置过大，可能会导致系统产生震荡或不稳定。
积分部分（I）根据被控对象的输出与期望值之间的累积差异，按比例调节控制器的输出信号。
积分部分主要用于消除比例部分无法消除的静态误差，提高系统的稳定性。
然而，如果积分部分设置过大，可能会导致系统产生超调或振荡。
微分部分（D）根据被控对象的输出变化率，按比例调节控制器的输出信号。
微分部分主要用于抑制系统的震荡和提高系统的响应速度。
但是，如果微分部分设置过大，可能会导致系统对噪声和干扰过度敏感。
在串级PID算法中，主控制器负责调节从控制器的参数。
主控制器通过比较从控制器的输出与期望值之间的差异，来调节从控制器的比例、积分和微分参数。
主控制器可以根据实际情况，动态调整从控制器的参数，以使系统的控制性能最优化。
串级PID算法的优势在于，它可以通过两个级别的控制器，分别对系统的快速响应和精确控制进行调节。
主控制器可以根据实际情况，对从控制器的参数进行优化，从而实现系统的稳定性和控制精度的最佳平衡。
然而，串级PID算法也存在一些限制。
首先，由于主控制器和从控制器之间存在耦合关系，调节参数时需要谨慎考虑，以避免引入不必要的干扰。
串级控制的设计方法探讨
串级控制的设计方法探讨1.串级控制的概念串级控制是指串联在一起的两个调节器一起工作、他们都各自工作完成不同的工作任务。
简单控制系统和串级控制系统的最大区别在于串级控制系统形成两个闭合的回路，在控制系统结构上比简单控制系统增加了一个调节器和一个用于测量的变送器，两个闭合回路中一个叫做主回路，另一个叫做副回路。
因为有副回路的调节效果使的控制效果有了显著的改善。
2.串级控制系统的设计在串级控制系统中如果把整个副回路看做是一个等效的过程，一般的单回路控制系统则和串级控制系统不存在什么区别，也就不需要在设计问题上进行特殊的讨论。
串级控制系统之所以比一般的单回路控制系统在设计上复杂很多就是因为多了一副回路。
进行串级控制系统设计时的主要问题有：怎样选择副参数？有什么样的联系存在与主回路和副回路之间？在这个系统中有两个调节器存在，要怎样对各自的调节规律进行选择以及怎样去确定他们的正反作用等等。
2.1副回路的设计以及副参数的选择串级控制的控制效果有很多的特点，这些特点都是因为有副回路的存在才出现的。
因此能否设计好副回路是关系到串级控制系统能否发挥出应有的特点的关键。
在结构上可以看出，副回路是一个单独的回路。
怎样从整个的被控制过程中选择出其中的一部分用作副被控制过程来组成一个单独的回路，副参数的选择是其关键所在。
副参数的选择从控制理论的角度出发必须遵循下面几项原则：2.1.1 副参数必须要在物理上可测、副对象在时间上的常数必须要小、尽可能的缩短纯滞后的时间，副参数在物理上的可测是构成副回路的必要条件；缩短调节的时间可以提高副回路的反应速度，因此副被控制过程的时间常数必须要小，同时要尽可能的缩小纯滞后的时间。
比如在化工生产中，反应釜温度的串级控制会选择夹套水的温度作为副参数用来组成副回路，对于冷却水的进口的温度、调节阀进口的压力变化等干预会有很快速的抑制能力，所以这种副参数的选择时比较合适的；还有生产中加热炉对温度进行的串级控制，会选择炉膛温度用于副回路的副参数，可以对烟囱的抽力、燃料的成分和燃料的压力等变化的干预能起到快速的克服，也是比较有效的选择。
串级控制系统研究与应用(硕士论文)
第一章
随着工业控制理论的发展，出现越来越多的先进的控制系统结构和控制算法，如比较常见的预测控制、内模控制、自适应控制等。这些控制算法虽然在理论研究上取得了很大的进展，仿真方面也很成功，但在工业应用中，仍然是PID控制占主导地位。造成这一现象的主要原因是这些先进控制算法对模型的要求较高，一旦模型不匹配，就会严重恶化控制效果。所以，在我们研究高级控制算法的同时，也应关注一下一些比较成熟的控制系统，例如，串级控制系统。虽然这些控制系统的理论不是很先进，但是它们在实际工业控制过程中却取得了很大成就。因此这些控制系统仍然具有研究和推广的价值。
The achievements of this thesis nd the application scope are given in this thesis.
2.Apply the parallel control system in override control system successfully, and a new override control system is proposed.
1.Review and analysis the structure of series cascade control system, and comparison between this system and SISO system are given. Some valuable suggestion and conclusion are given.
串级控制算法的研究
六、实验报告要求
1．绘出实验中二阶被控对象的模拟电路图。 2．根据串级控制器的算法编写脚本程序。 3．绘制实验中被控对象的输出波形。
七、附录
1．被控对象的传递函数及模拟电路 被控对象的传递函数与模拟电路图如图5-2所示。 其传递函数为： 2．常规的PI控制算法 1 t u (t ) = K p [ e (t ) + 常规的PI控制律为 ∫0 e (τ ) d τ ] Ti 对于用一阶差分法离散后，可以得到常规数字PI的控制算 法 u (k ) = u ( k − 1) + p[e(k ) − e(k − 1)] + I (e(k ) 这里P、I参数分别为 P = K p
4．串级控制程序的编写与调试示例
dim pv1,sv1,ei1,ei1x,ei1xx,k1,ti1,td1,q10,q11,q12,op1 dim pv2,sv2,ei2,ei2x,ei2xx,k2,ti2,td2,q20,q21,q22,op2,Ts sub inputdata () ‘输入接口程序 pv1=myobject.inputdata1 pv2=myobject.inputdata2 ‘两个输入通道值 end sub sub main() ‘主程序 sv1=1.5 ‘给定值 k1=1.5 k2=2 ti1=8 ti2=2 td1=0 ‘k1、ti1、 td1主调节器的PID参数 td2=0 ‘k2、ti2、 td2副调节器的PID参数 Ts=0.1 ‘采样时间 ‘****************主控制回路********************* ei1=sv1-pv1 if k1=0 and ti1=0 and td1=0 then q10=0 ‘比例项 q11=0 ‘积分项 q12=0 ‘微分项 end if if k1<>0 and ti1<>0 then q10=k1*(ei1-ei1x) ‘变量定义 ‘变量定义
串级控制算法的研究
北华航天工业学院题目：串级控制算法的研究学生姓名：王鋆鑫专业：测控技术与仪器班级： B13241 指导教师：李晓颖完成日期： 2016/6/03实验五串级控制算法的研究一．实验目的1．熟悉并掌握串级控制系统的结构、特点及其混合仿真研究方法。
2．熟悉并掌握串级控制系统的控制器参数整定方法。
二．实验内容1．设计一已知三阶被控对象的串级控制系统，并完成它的混合仿真。
2．学习用逐步逼近方法整定串级控制所包含的内、外两环PI控制器参数。
三．实验步骤1．设计并连接模拟三阶被控对象的电路，并利用C8051F060构成的数据采集系统完成计算机控制系统的两路模拟量输入、一路模拟量输出通道的设计和连接。
利用上位机的虚拟仪器功能对此模拟三阶被控对象的电路进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求。
2．在上位机完成内、外两环的常规数字PI控制器的算法编程、调试。
特别注意内、外两环的采样控制周期是不同的。
通常外环的采样控制周期是内环的3－10倍。
3．将外环断开，先整定内环的常规数字PI控制器参数，在整定过程中注意观察参数变化对系统动态性能的影响。
4．将内环的常规数字PI控制器参数按整定好的值固定下来，再整定外环的常规数字PI控制器参数，在整定过程中注意观察参数变化对系统动态性能的影响。
5．如果对上两步参数整定的结果不满意，可以将外环的常规数字PI控制器参数固定下来，重新整定内环的常规数字PI控制器参数。
如果仍不能得到满意的结果，可再重复步骤4，直至满意为止。
6．对实验结果进行分析，并完成实验报告。
四．附录1．被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成实验系统被控对象的传递函数为201 ()(0.051)(21)G ss s s =⋅++它可以用图5.1所示电路来模拟计算机串级控制系统的方框图如图5.2所示，该图中，除了虚线框内部分用电路模拟外，其余部分由上位机和数据处理系统完成。
2．常规数字PI 控制算法常规的PI 控制律为01()[()()]tp iu t K e t e t dt T =+⎰采用一阶差分法离散化后，可以得到常规数字PI 控制算法简记为1()()()]kp p i i K Tu k K e k e i T ==+∑或者()(1)[()(1)]()u k u k P e k e k Ie k =-+--+这里P 、I 参数分别为p P K =，p iTI K T =3．逐步逼近整定法的整定步骤：（1）外环断开，把内环当作一个单闭环控制系统，并按单闭环控制系统的PID 控制器参数整定方法（如实验四介绍的扩充响应曲线法），求取内环PID 控制器参数。
DMC_PID串级控制算法
第23卷 第2期2000年4月鞍山钢铁学院学报Journal of Anshan Institute of I.&S.TechnologyVol.23No.2Apr.2000 DMCΟPID串级控制算法吴丽娟(鞍山钢铁学院电子与信息工程学院,辽宁鞍山 114002)摘 要:把DMC控制和PID控制相结合,给出DMCΟPID串级控制算法,该算法可作为PID控制的改进方案之一,仿真证明了该方法的有效性.关键词:预测控制;PID控制;串级控制中图分类号:TP13 文献标识码:A 文章编号:1000Ο1654(2000)02Ο0120Ο03 动态矩阵控制(DMC)是近年来发展起来的一种新型预测控制算法,是基于非参数模型,滚动优化实施并结合反馈校正的优化控制算法.它具有对模型要求低,在线计算方便,控制综合质量好等优点,因而得到了广泛应用. 该算法在实际应用时,存在抗干扰性与实时性相矛盾的问题,本文把DMC和PID控制相结合既解决了上述问题,又可作为PID控制的改进方案之一.1 PID串级控制系统 PID串级控制系统结构如图1所示.图1 PID串级控制系统 该系统主回路和副回路采样周期可不同,副回路采样周期T2小,主回路采样周期T1大,可使副控制对象响应速度快,主控制对象响应速度慢.2 DMC预测控制算法 (1)预测模型为Y PM(K)=Y PO(K)+AΔu M(K)(1) (2)滚动优化:性能指标min J(K)=ωP(K)-Y PM(K)2Q+Δu M(K)2R(2)ωP(K)为对象期望输出值ΔuM(K)=(A T QA+R)-1A T Q[ωP(K)-Y PO(K)]Δu(K)=C TΔuM (K) C T=(1,0, 0(3)收稿日期:1999-11-13.收稿日期:吴丽娟(1965-),女,辽宁鞍山人,鞍山钢铁学院讲师. (3)反馈校正:输出误差e (K +1)=y (K +1)-y 1(K +1/K )(4)其中,y (K +1)为模型实际输出. 修正未来输出预测Y cor (K +1)=Y N 1(K )+h e (K +1)(5)h =(h 1,h 2,…,h n )T 为校正向量.3 DMC 算法存在问题及解决方法311 存在的问题 (1)难以达到理想的抗干扰性.抗干扰性要求对干扰作出快速反应,希望有较小采样周期,但DMC 算法在线计算比一般PID 算法复杂,为了使维数不致过高而影响控制的实时性,往往不能把采样周期取得过小. (2)DMC 控制采用加权方式对预测输出进行校正,不能分辨误差是由模型失配还是由干扰引起的,校正参数难以兼顾鲁棒性和对干扰反应的快速性.312 解决方法 把DMC 和PID 控制相结合构成DMC ΟPID 串级控制,系统如图2所示.图2 DMC ΟPID 串级控制系统 副回路包含系统的主要干扰,采用PID 控制,可取较小的时间常数,可及时克服进入对象的二次干扰.主回路控制采用DMC 算法,目的在于获得良好的跟踪性能并对模型失配有较强的鲁棒性.4 仿 真 设被控对象传递函数为G (s )=1(s +1)(s +2)(5s +1) 考虑三种控制方案:(1)DMC 控制,采样周期T =1s ;(2)PID 串级控制,内、外环对象分别为图3 抗干扰性比较 G 2(s )=1(s +1)(s +2)G 1(s )=15s +1(3)DMC ΟPID 串级控制,内、外环同(2). (1),(3)控制结果比较如图3所示,图中分别为出现d =1干扰的DMC 控制及DMCΟPID 串级控制结果,串级结构大大改善了DMC 控制的抗干扰性.・121・23卷 2期 吴丽娟:DMC ΟPID 串级控制算法 (2),(3)控制结果比较如图4,5所示.图4 跟踪性能 图5 增益失配时的响应 从仿真结果可见DMC ΟPID 串级控制的控制性能、跟踪性及鲁棒性均胜过PID 串级控制,可作为PID 串级控制的改进方案,在实际工业生产过程中有一定的应用价值.参考文献[1] Schmidt G ,Xi Y.A New Design Method for Digital Controllers Based on Nonparameteric Plant Models[R ].In :TzafestasS G ed.Applied Digital Control Ammsterdam :North ΟHolland ,1985.93～109.[2] 王锦标,方崇智.过程计算机控制[M ].北京:清华大学出版社,1990.40～45.[3] 席裕庚.预测控制[M ].北京:国防工业出版社,1993.10～18.DMC ΟPID Series Control AlgorithmW U L i Οj uan(School of Electronic and Information Engineering ,Anshan Institute of I.&S.Technology ,Anshan 114002,China )Abstract :Combining the DMC with PID control ,this paper provided DMC ΟPID series control algorithm which can be used as the promoted method of PID control.The simulation shows the validity of the pro 2posed algorithm.K ey Words :predictive control ;PID control ;series contorl(R eceived November 13,1999)・221・ 鞍山钢铁学院学报 2000年。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
串级控制算法的研究
一、实验目的
1．熟悉并掌握串级控制系统的结构、特点及其混合仿真研究方法。
2．熟悉并掌握串级控制系统的控制器参数整定方法。
二、实验内容
1．设计一已知三阶被控对象的串级控制系统，并完成它的混合仿真。
2．学习用逐步逼近方法整定串级控制所包含的内、外两环PI 控制器参数。
三、实验步骤
1．设计并连接模拟三阶被控对象的电路，并利用AD μC812构成的数据采集系统完成计算机控制系统的两路模拟量输入、一路模拟量输出通道的设计和连接。
利用上位机的虚拟仪器功能对此模拟三阶被控对象的电路进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求。
2．在上位机完成内、外两环的常规数字PI 控制器的算法编程、调试。
特别注意内、外两环的采样控制周期是不同的。
通常外环的采样控制周期是内环的3－10倍。
3．将外环断开，先整定内环的常规数字PI 控制器参数，在整定过程中注意观察参数变化对系统动态性能的影响。
4．将内环的常规数字PI 控制器参数按整定好的值固定下来，再整定外环的常规数字PI 控制器参数，在整定过程中注意观察参数变化对系统动态性能的影响。
5．如果对上两步参数整定的结果不满意，可以将外环的常规数字PI 控制器参数固定下来，重新整定内环的常规数字PI 控制器参数。
如果仍不能得到满意的结果，可再重复步骤4，直至满意为止。
6．对实验结果进行分析，并完成实验报告。
四、附录
1．被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成 实验系统被控对象的传递函数为201()
(0.051)(21)G s s s s =⋅++
它可以用图5.1所示电路来模拟
计算机串级控制系统的方框图如图5.2所示，该图中，除了虚线框内部分用电路模拟外，其余部分由上位机和数据处理系统完成。
2．常规数字PI 控制算法
常规的PI 控制律为01()[()()]t p i u t K e t e t dt T =+⎰
采用一阶差分法离散化后，可以得到常规数字PI 控制算法 简记为1
()()()]k p p i i K T u k K e k e i T ==+∑ 或者()(1)[()(1)]()u k u k P e k e k Ie k =-+--+
这里P 、I 参数分别为p P K =，p i T
I K T =
3．逐步逼近整定法的整定步骤：
（1）外环断开，把内环当作一个单闭环控制系统，并按单闭环控制系统的PID 控制器参数整定方法（如实验四介绍的扩充响应曲线法），求取内环PID 控制器参数。
（2）将内环PID 控制器参数置于整定值上，闭合外环。
把内环当作外环的一个等效环节，外环又成为一个单闭环控制系统，再按单闭环控制系统的PID 控制器参数整定方法（如扩充响应曲线法），求取外环PID 控制器参数。
（3）将外环PID 控制器参数置于整定值上，闭合外环。
再按上述方法求取内环PID 控制器参数。
至此，完成了一次逼近循环。
如控制系统性能已满足要求，参数整定即告结束。
否则，就回到步骤（2）。
如此循环下去，逐步逼近，直到控制系统性能满足要求为止。