串级控制系统参数整定
串级控制系统
温度-流量、温度-压力、浓度-流量、浓度-温度、 液位-流量、温度-温度等。
串级控制副参数选择举例
方案 #1
方案 #2
Tsp
TC 23
Fsp
Fm
FC 13
FT u(t)
13
Tm
Ti (t)
T1sp
TC
T1m
23
T2sp
TT 23
TC T2m TT
T2
25
25
T
Ti (t) 工艺介质
工艺介质 Ti (t) 燃料气
Pgas (t)
加热炉
T(t)
TT 23
Tm(t) TO, % u(t) TC CO, % 23 Tsp
假设燃料气的入口压力（即阀前 压力）↑→ 即使 u(t)不变，燃料 气流量↑→（经燃烧过程）炉膛 温度 ↑→ 工艺介质炉出口温度 T ↑→（借助于测量反馈控制） CO↓
问题：从扰动进入到反馈控制器开始响应，所需信息传 递路线远、传递时间长。如何改进？
串级控制思想的引入
加热炉
工艺介质 Ti (t) 燃料气
Pgas (t)
T(t)
TT 23
Tm(t) TO, % u(t) TC CO, % 23 Tsp
如何减少 Pgas变化对炉 出口温度的影响 ?
燃料供应系统的波动首先影响燃料 气流量 Fgas ，然后再影响工艺介质 炉出口温度。
TT 23
Tm(t) TO, % u(t) TC CO, % 23 Tsp
CV：工艺介质炉出口温度 控制阀：气开阀（为什么？） TC23的正反作用如何选择？
D2 (t)
D1 (t)
Tsp +
_
TC 23
第五章-串级控制系统
过程控制
3、主、副调节器的选择
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，副调节器起随动控制作用，这是选择控 制规律的出发点。 主参数是工艺操作的主要指标，允许波动的范围比较小，一般 要求无余差。因此，主调节器应选PI或PID控制规律。 副参数的设置是为了保证主参数的控制质量，可以在一定范围 内变化，允许有余差，因此副调节器只要选P控制规律。 引入积分控制规律，会延长控制过程，减弱副回路的快速作用 引入微分作用，因副回路本身起着快速作用，再引入微分作用 会使调节阀动作过大，对控制不利。
定量分析：
D2
R1 + Gd2(s) Gv(s) Gp2(s)
过程控制
D1
Gd1(s)
Gc1(s)
R2
Gc2(s)
+ Gp1(s)
Y2
Y1
－
Ym1
－
Ym2
Gm2(s)
Gm1(s)
串级控制系统方框图
Y1 ( s) D2 ( s )
Gd 2 ( s)G p1 ( s) 1 Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)Gm 2 ( s ) Gc1 ( s )Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)G p1 ( s)Gm1 ( s )
主调节器、副调节器；
主给定值、副给定值；
主对象、副对象；
一次扰动、二次扰动。
三、串级控制系统的组成原理
1）将原被控对象分解为两个串联的被控对象；
过程控制
2）以连接分解后的两个被控对象的中间变量为副被控量， 构成一个简单控制系统，称为副调节系统或副环 3）以原对象的输出信号为主被控量，即分解后的第二个 被控对象的输出信号，构成一个调节系统，称为主调 节系统或主环。 4）主调节系统中调节器的输出作为副调节器的给定值， 副调节器的输出信号作为主被控对象的输入信号。
国家开放大学《化工仪表及自动化》形考任务1-4参考答案
国家开放大学《化工仪表及自动化》形考任务1-4参考答案形考任务11.控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫作（）。
A.负反馈B.正反馈C.前馈D.回馈2.下面（）符号代表调节阀。
A.FVB.FTC.FYD.FE3.在自动控制系统中，随动系统把（）的变化作为系统的输入信号。
A.测量值B.给定值C.偏差值D.干扰值4.过渡过程品质指标中，余差表示（）。
A.新稳态值与给定值之差B.测量值与给定值之差C.调节参数与被调参数之差D.超调量与给定值之差5.生产过程自动化的核心是（）装置。
A.自动检测B.自动保护C.自动执行D.自动调节6.下列压力计中，能测绝对压力且精度最高的是（）。
A.弹簧管压力计B.砝码、活塞式压力计C.电容式压力计D.电阻式压力计7.压力表在现场的安装需（）。
A.水平B.倾斜C.垂直D.任意角度8.测量氨气的压力表，其弹簧管应用（）材料。
A.不锈钢B.钢C.铜D.铁9.霍尔式压力传感器利用霍尔元件将压力所引起的弹性元件（）转换为霍尔电势实现压力测量。
A.变形B.弹力C.电势D.位移10.活塞式压力计上的砝码标的是（）。
A.质量B.压力值C.千克D.公斤11.仪表的精度级别是指仪表的（）。
A.基本误差B.最大误差C.最大引用误差D.基本误差和最大允许值12.若一块压力表量程为0～16MPa，要求测量值的绝对误差小于±0.2MPa，选用（）级的仪表。
A.1.0级B.1.5级C.2.0级D.0.5级13.评定仪表品质的主要质量指标是（）A.精度B.基本误差C.动态误差D.系统误差14.计算错误所造成的误差是（）。
A.随机误差B.系统误差C.疏忽误差D.附加误差15.由于仪表内部元件老化过程引起的误差称为（）。
A.疏忽误差B.缓变误差C.随机误差D.系统误差16.自动控制系统方块图由（）组成。
A.传递方块B.信号线C.比较点D.分支点17.下列过程中（）属于典型过渡过程的基本形式。
A.发散振荡过程B.等幅振荡过程C.随机振荡过程D.非周期衰减过程18.按误差产生的原因以及误差的性质，误差分为（）。
串级pid参数整定方法
串级PID参数整定方法一、概述PID控制器是一种常用的控制策略，可用于调节系统的稳定性和响应速度。
串级PID控制器是一种特殊的PID控制器结构，它由两个或多个串联连接的PID控制器组成，通过级联控制实现更精确的控制效果。
本文将介绍串级PID控制器的参数整定方法。
二、串级PID控制器结构串级PID控制器由两个或多个PID控制器组成，每个PID控制器负责控制不同的环节。
通常，第一个PID控制器被称为外环（外部环节），负责控制系统的整体输出；第二个PID控制器被称为内环（内部环节），负责控制系统的局部输出。
串级PID控制器的结构如下图所示：_________| |r --->| G1 |----> y1|_________|||↓_________| |y1 --->| G2 |----> y2|_________|||↓...其中，r为参考输入信号，y1为外环输出信号，y2为内环输出信号，G1和G2分别为外环和内环的传递函数。
三、串级PID参数整定方法串级PID控制器的参数整定方法通常分为两个步骤：外环参数整定和内环参数整定。
下面将详细介绍这两个步骤。
3.1 外环参数整定外环的目标是控制系统的整体输出，通常需要考虑系统的稳定性和响应速度。
外环参数整定的目标是选择合适的比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。
3.1.1 比例增益（Kp）的选择比例增益决定了系统对误差的响应程度，过大的比例增益会导致系统震荡，过小的比例增益会导致系统响应过慢。
常用的方法是通过试探法逐渐增大比例增益，直到系统出现震荡，然后再略微减小比例增益，使系统稳定下来。
3.1.2 积分时间（Ti）的选择积分时间决定了系统对积分误差的响应程度，过大的积分时间会导致系统响应过慢，过小的积分时间会导致系统出现积分饱和。
通常可以通过试探法逐渐增大积分时间，直到系统响应速度满足要求。
3.1.3 微分时间（Td）的选择微分时间决定了系统对变化率的响应程度，过大的微分时间会导致系统对噪声敏感，过小的微分时间会导致系统出现震荡。
串级控制系统参数整定步骤
串级控制系统参数整定步骤嘿，咱今儿就来讲讲串级控制系统参数整定步骤这档子事儿。
你想啊，这串级控制系统就好比是一支训练有素的队伍，要想让它发挥出最大的威力，那每个环节都得精心调整。
这参数整定啊，就是让这个队伍能协调一致、高效作战的关键。
第一步呢，就像是给队伍选好领队一样重要。
咱得先确定主回路的参数，这可是基础中的基础。
得好好琢磨琢磨，怎么让主回路稳定运行，就像给房子打牢地基一样。
然后呢，到了副回路啦。
这副回路就像是队伍里的先锋队，得快速响应，灵活多变。
调整副回路的参数，让它能紧跟主回路的节奏，迅速做出反应。
接下来呀，就开始反复试验啦。
这就跟做菜似的，调料放多少得一次次试，才能找到最合适的味道。
咱得不断地调整这些参数，看看系统的反应，直到找到那个最佳的平衡点。
你说这是不是很有意思？就跟搭积木一样，一块一块地调整，最后搭出一个漂亮、稳定的结构。
要是参数没整定好，那可就好比积木没搭稳，随时可能垮掉。
想象一下，一个没整定好参数的串级控制系统，那不就跟一群没头苍蝇似的乱撞嘛。
咱可不能让这种情况发生呀！咱得精心、细心地去调整，让它乖乖听话，为我们好好干活。
在这个过程中，可不能马虎。
每一个小细节都可能影响到整个系统的性能。
就好像一颗小螺丝钉，看着不起眼，要是松了，可能整个机器都出问题呢。
咱得有耐心，别着急。
参数整定可不是一下子就能搞定的事儿，得慢慢来。
就像跑马拉松，一步一步地跑，才能到达终点。
总之啊，串级控制系统参数整定步骤可不能小瞧。
咱得认真对待，仔细调整，让这个系统发挥出它最大的作用。
这样咱才能在各种控制场景中得心应手，让一切都按照我们的想法顺利进行。
这可不是一件容易的事儿，但只要咱用心去做，就一定能做好！相信自己，一定行！。
串级控制系统参数整定[教育]
![串级控制系统参数整定[教育]](https://img.taocdn.com/s3/m/9d9b7208640e52ea551810a6f524ccbff121caa3.png)
实验三：串级控制系统参数整定PID控制器由于自身具有的相对容易理解和实现的特点而被广泛应用于过程控制工业中。
在实践中，它经常被融入一个复杂的控制结构中，以达到一个更好的控制效果。
在这些复杂的控制结构中，通常利用串级控制组合来减小干扰引起的最大偏差和积分误差。
容易实现的优点和潜在的大控制性能的提高导致串级控制广泛应用达数十年。
它已经成为一个由工业过程控制器提供的标准应用。
串级控制系统由两个控制回路构成：一个可以快速动态消除输入干扰的内部回路，和一个可以调节输出效果的外部回路。
通常，他们是通过一个连续的方式来整定的。
首先，外部回路控制器设置为手动，对内部回路进行整定。
随后，启用内部回路的整定结果，接着整定外部回路。
如果控制效果不理想，应该调换整定的顺序。
所以，整定串级控制系统是一项相当笨重耗时的任务，特别是具有大时间常数和时间延迟的系统。
PID自整定解除了手动整定控制器的烦恼，并且已经成功的应用于很多工业领域中。
但是，到目前为止，却很少有关于串级系统自整定技术的发展的文学报道。
其中，Li et al 利用模糊逻辑进行串级控制器的自整定。
Hang et al. 应用一个重复的延迟自动整定方法来整定串级控制系统，延迟反馈测试被验证了两次，一次在内部回路，另一次在外部回路。
虽然特殊的控制器整定已经被自动化，但整定过程的自然顺序并没有改变。
Tan 提出了一个在一个实验中实行整体整定过程的方法，但是这个实验需要过程的过去的信息。
而且，外部回路设计时所用的极限频率是基于未考虑内部回路控制参数改变的初始极限频率。
这篇论文提供了串级控制系统自整定的一种新方法。
通过利用串级控制系统的基本性能，在外部回路中利用一个简单的延迟反馈测试来确定内部和外部回路过程模型参数。
一个基于Pade系数和Markov参数，匹配PID控制器整定方法的模型，被提出来控制整体系统效果。
两个例子来说明该方法的有效性。
2.串级控制系统的基本原理图1串级控制组合的结构如图1，内部回路嵌套于外部回路里，外部回路的输出变量是被控对象。
水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法
水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法 锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。
汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。
汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。
目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。
这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。
为此昌晖数显仪表与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。
1、水位三冲量调节控制策略汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。
汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。
副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。
各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。
如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。
昌晖仪表在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。
1.1 反馈信号反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。
水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。
可是给水调节阀执行机构特性、水位三冲量调节系统的运行状况存在很多差异，这些差异主要有：①执行机构线性：执行机构改变开度后，流量随之改变的大小。
②执行机构死区：PID 输出每变化多少，执行机构才能动作一次。
串级控制系统两步整定法
串级控制系统两步整定法一、什么是串级控制系统？串级控制系统是指由两个或多个具有不同动态特性的控制环节组成的控制系统。
其中，前一级控制器的输出作为后一级控制器的输入。
它可以实现对复杂过程的高效精确控制。
二、串级控制系统的优点1. 可以有效地降低过程变量对干扰和负载变化的敏感度。
2. 可以提高整个系统的稳定性和响应速度。
3. 可以提高系统的鲁棒性，使得系统更加稳定可靠。
三、串级控制系统两步整定法1. 第一步：前置环节PID参数整定（1）选择合适的开环传递函数模型，求出其传递函数；（2）根据经验或实验数据选择合适的调节器类型，如比例积分型；（3）根据Ziegler-Nichols方法或其他方法确定比例增益Kp和积分时间Ti；（4）通过仿真或实验验证整定参数是否合理，并进行修正。
2. 第二步：主环节PID参数整定（1）将前置环节固定为已知值，得到主环节开环传递函数；（2）根据经验或实验数据选择合适的调节器类型，如比例积分型；（3）根据Ziegler-Nichols方法或其他方法确定比例增益Kp和积分时间Ti；（4）通过仿真或实验验证整定参数是否合理，并进行修正。
四、串级控制系统两步整定法的应用实例以温度控制系统为例，假设前置环节为加热器，主环节为温度传感器。
1. 第一步：前置环节PID参数整定（1）选择加热器的传递函数模型为：G1(s)=0.5/(s+0.2)；（2）选择比例积分型调节器；（3）根据Ziegler-Nichols方法得到Kp=0.5，Ti=2s；（4）通过仿真验证参数合理性，并进行修正。
2. 第二步：主环节PID参数整定（1）将前置环节固定为已知值，得到温度传感器的开环传递函数：G2(s)=0.1/(s+0.1)；（2）选择比例积分型调节器；（3）根据Ziegler-Nichols方法得到Kp=0.8，Ti=3s；（4）通过仿真验证参数合理性，并进行修正。
五、总结与展望串级控制系统是一种高效精确的控制系统，可以应用于各种复杂过程的控制。
第四章 串级控制系统
（3）烟囱抽力变化f3(t)；
（4）配用、炉膛漏风和环境温度的影响f4(t). 缺陷：由于对象内部燃料油要经管道传输、燃烧、传热等一系列环节，总滞后较大 （15min），导致控制作用不及时，另燃料油压力变化较大且频繁，致使偏差较大。 东北大学
' K02 K02
K C 2 KV K 02 1 K C 2 KV K 02 K m 2
' T02
T02 1 K C 2 KV K 02 K m 2
由于Km2>1，有:
' T02 T02
从以上可以证明，由于副回路的存在，可以使等效对象的时间常数大大减小，整个 系统中对象总的时间滞后近似地等于主对象的时间滞后，单回路控制系统对象总的时间 滞后要有所缩短，使得系统的动态响应加快，控制更加及时，最大动态偏差得到减小；
进料 精 1馏 塔 再 沸 器
FC
设 定 值 FT
2
蒸汽
凝液 塔底出料
进料 精 1馏 塔
TT
TC
FC
FT
最大偏差不超过 1.5 C
o
再 沸 器
2
蒸汽
凝液 塔底出料
东北大学
4.2串级控制系统的应用范围 4. 克服对象的非线性
工业过程存在非线性，负荷变化引起工作点的移动，通过调节阀的 特性补偿。由于受调节阀等各种条件的限制，仍存在较大非线性。 采用串级控制系统，能适应负荷和操作条件的变化，自动调节副调 节器的给定值，改变调节阀未知，使系统运行在新的工作点。
串级控制系统的整定
串级控制系统
串级控制系统的整定
串级控制系统的整定
投运原则:先投副环后投主环;投运过程必须保证无扰动切换 整定原则:尽量加大副调节器的增益，提高副回路的频率，使主、副
回路的频率错开，以减少相互影响.先整副环后整主环.
1.逐步逼近法
1） 主开、副闭环，整定副调的参数；记为[Gc2]1 2) 副回路等效成一个环节，闭合主回路，整定主调节器参数，记为[Gc1]1 3）观察过渡过程曲线，满足要求，所求调节器参数即为[Gc1]1 ,， [Gc2]1
串级控制系统的整定
思路：先根据副过程特性或经验确定副调节器的参数，然后 一步完成主调节器参数的整定。理论依据：主、副调节器的 放大系数在 0 Kc1Kc2 0.5 条件下，主、副过程特性一 定时，K c1K c2 为一常数。 1）根据经验确定副调节器比例度；
2）按单回路系统整定方法直接整定主调节器参数；
2) 副调节器比例度置δ2S ，整定主调参数，求得主回路在4： 1衰减比下的比例度δ1S和振荡周期T1S ；根据两种情况 下的
比例度和振荡周期，按经验公式求出主、副调节器的积 分时间和微分时间，然后再按先副后主、先比例后积分再微
分的次序投入运行，观察曲线，适当调整，满意为止。
串级控制系统
3.一步整定法
否则，再整定副调节器参数，记为[Gc2]2 ……反复进行，满意为止。
该方法适用于主、副过程时常相差不大、主、副回路动态联系密切，需反 复进行，费时较多
串级控制系统
串级控制系统的整定
2.两步整定法 1）主、副闭合，主调为比例,比例度为100%，先用4：1衰减
曲线法整定副调节器的参数，求得比例度δ2S和振荡周期T2S；
3）观察曲线，在约束条件下，适当调整主、副调节器的参数， 满意为止。
串级控制系统参数整定
串级控制系统参数整定串级控制系统又称为级联控制系统，是由两个或多个控制回路组成的系统，其中一个回路的输出作为另一个回路的输入。
串级控制系统广泛应用于工业生产和自动化领域，能够提高系统的稳定性、鲁棒性和动态性能。
参数整定是串级控制系统的一个重要部分，它对系统性能有着直接的影响。
本文将介绍串级控制系统参数整定的方法和步骤。
一、串级控制系统的概念和组成1、串级控制系统的概念串级控制是一种组合控制方式，它由两个或多个控制回路组成，一个回路的输出是另一个回路的输入。
2、串级控制系统的组成二、串级控制系统参数整定的步骤1、收集系统信息和建立数学模型首先，需要收集系统的信息，包括系统的输入输出关系、传输函数、稳态误差等。
然后，根据收集到的信息建立系统的数学模型，通常使用传输函数来描述系统的动态特性。
2、确定性能指标和要求根据实际需求，确定系统的性能指标和要求，如控制系统的稳定性、快速性和精确性等。
这些指标和要求将影响参数整定的选择和调整。
3、参数初步估计和调整根据系统的数学模型和性能要求，初步估计系统参数的范围，并进行调整。
参数的初步估计可以通过观察系统的动态响应、分析系统的特性以及根据经验来确定。
4、参数的优化和整定根据系统的数学模型和性能要求，确定参数的优化方法和整定步骤。
根据优化方法和步骤进行参数的调整和调整。
常见的参数整定方法包括经验整定法、Ziegler-Nichols方法、模型匹配法等。
5、参数调整和修正根据实际情况和系统的动态响应，对参数进行调整和修正。
观察系统的响应曲线，根据曲线的特征对参数进行调整，以达到最优的控制性能。
6、系统性能评估和调整对调整后的系统进行性能评估，并根据评估结果对系统进行调整。
评估系统的稳定性、快速性、精确性等指标，并根据评估结果对参数进行微调，使系统达到最佳的控制效果。
三、串级控制系统参数整定的方法1、经验整定法经验整定法是基于经验和实际经验的参数调整方法。
根据经验公式和经验规律，对参数进行初步估计和调整。
复杂过程控制系统--串级控制专业教学
2.被加热物料的流量和初温变化f1(t)----一次扰动 或主回路扰动
7
技术教育
3.一次扰动和二次扰动同时存在
假设调节阀为气开式，主、副调节器均为反 作用。如果一、二次扰动的作用使主、副被控参 数同时增大或同时减少，主、副调节器对调节阀 的控制方向是一致的，即大幅度关小或开大阀门， 加强控制作用，使炉出口温度很快调回到给定值 上。
串级控制系统主回路是一个定值控制系统。主 参数的选择和主回路的设计可以按照单回路控制 系统的设计原则进行。串级控制系统的设计主要 是副参数的选择和副回路的设计以及主、副回路 关系的考虑。
1．副回路应包括尽可能多的扰动
副回路对于包含在其内的二次扰动以及非线 性、参数变化有很强的抑制能力与一定的自适应 能力，因此副回路应包括生产过程中变化剧烈且 幅度大的主要扰动。
❖ 图4-5串级控制系统抗干扰能力可用下式表示：
QC2
(s)
=
Y1 (s)/X 1 (s) Y1(s)/F2 (s)
=
WC1 (s)W'02 (s) W *02 (s)
=
WC1
(s)WC2
(s)WV
(s)
14
技术教育
为了与单回路控制系统比较，用同样方法可得 出单回路控制系统(图4—1a)输出Y(s)对输入 X(s)的传递函数。
副调节器选P控制规律：副参数的设置是为了 保证主参数的控制质量，可以在一定范围内变化， 允许有余差。一般不引入积分(会延长控制过程， 减弱副回路的快速作用)。也不引入微分(副回路本 身起着快速作用，再引入微分规律会使调节阀动作 过大，对控制不利)。
29
串级控制系统整定实验报告
串级控制系统整定实验报告本次实验旨在掌握串级控制系统的整定方法，实验采用了PI控制器对串级控制系统进行整定，并对实验结果进行分析。
一、实验原理1. 串级控制系统的构成串级控制系统由两个控制器组成，上位控制器和下位控制器。
它们之间通过某种方式相互联系，实现对被控制对象的控制。
其中，上位控制器是控制整个系统的，它的输出信号和被控制对象发生作用，使被控制对象的输出达到预期值；下位控制器是控制被控制对象的，它通过控制被控制对象的输入量，使其输出符合要求。
2. PI控制器PI控制器是一种比较常见的控制器，在控制对象存在较大惯性时，应用比较广泛。
它就是对比例控制器和积分控制器的组合，可以使输出更快速地接近目标值，并且具有谷值现象消失的优点。
PI控制器的传递函数为：Gc(s) = Kp + Ki/s其中，Kp是比例增益，Ki是积分增益，s是惯性环节。
3. 整定方法常用的PI控制器整定方法有经验法和试验法两种。
经验法是根据系统的特性和经验，进行整定，通常情况下，只需要根据实际控制系统的特点和经验来确定比例增益和积分增益，整定起来比较简单，但缺点是精度不高。
试验法是通过不断试验调整比例增益和积分增益，让系统的响应满足某种条件，从而获得最优的控制效果。
试验法整定起来比较繁琐，但是精度高，能够获得最优的控制效果。
二、实验过程1. 实验装置及原理图本次实验的串级控制系统如下图所示：其中，上位控制器采用了PI控制器，下位控制器采用了P控制器。
被控对象为有机硅喷淋塔，输出为有机硅的质量含量。
2. 实验步骤（1）按照上图将实验装置连接，打开实验软件。
（2）设置实验参数，并开始实验。
（3）通过试验方法进行PI控制器的参数整定，在试验过程中，不断调整比例增益和积分增益，使得系统的稳态误差尽可能小。
（4）根据实验结果进行分析。
三、实验结果分析经过试验，得到的PI控制器参数为：比例增益Kp=0.01，积分增益Ki=0.0001。
串级控制参数整定方法
串级控制参数整定方法串级控制是一种常用的自动控制策略，可用于处理具有复杂动态特性的系统。
其基本原理是将控制系统分为两个或多个级别，每个级别都有一个独立的控制器，并根据不同的目标和需求进行控制。
本文将介绍串级控制参数整定方法。
首先，串级控制的参数整定要从两个级别的控制器开始。
一般来说，上级控制器负责整体过程的控制，下级控制器负责细致的控制。
上级控制器的目标是调节下级控制器的参数，以实现期望的系统动态特性。
针对上级控制器的参数整定，常用的方法有：基于模型的方法、基于频率响应的方法和基于树状图的方法。
基于模型的方法是一种基于数学模型的参数整定方法。
首先，建立系统的数学模型，包括输入、输出和控制器。
然后，根据系统的动态特性，通过对数学模型进行分析推导，得到控制器的参数。
这种方法需要对系统有一定的了解，适用于相对简单的系统。
基于频率响应的方法是一种基于系统的频率响应特性的参数整定方法。
通过对系统的频率响应进行测试和分析，得到系统的幅频特性和相频特性。
根据系统的频率响应特性，可以计算出适当的控制器增益和相位裕度。
这种方法适用于频率响应特性较为明显的系统。
基于树状图的方法是一种结合上述两种方法的参数整定方法。
首先，根据系统的数学模型建立树状图，将系统的各个部分以及控制器的参数表示出来。
然后，根据系统的动态特性和频率响应特性，逐步调整树状图中的各个参数，以达到期望的控制效果。
这种方法结合了系统模型和频率响应的信息，使参数整定更加准确。
对于下级控制器的参数整定，常用的方法有：经验调整法、试-调法和自适应控制。
经验调整法是一种根据经验和专业知识进行参数整定的方法。
根据系统的特性和知识，选择适当的控制器增益、积分时间和微分时间。
这种方法需要丰富的经验和专业知识，适用于特定的应用场景。
试-调法是一种通过试验和调整的方法进行参数整定。
首先，将控制器的参数设置为一些初始值，然后进行实际试验或仿真实验。
根据试验结果，分析系统的动态特性和控制效果，逐步调整控制器的参数，直到达到期望的控制效果。
化工仪表及自动化第8章-第一节-串级控制系统精选全文
第八章 复杂控制系统
内容提要
串级控制系统
概述 串级控制系统的工作过程 串级控制系统的特点 串级控制系统中副回路的确定 主、副控制器控制规律及正、反作用的选择 控制器参数的工程整定
均匀控制系统
均匀控制的目的 均匀控制方案
1
内容提要
比值控制系统
概述 比值控制系统的类型
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第一节 串级控制系统
3. 在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰
如果在生产过程中，除了主要干扰外，还有较多的 次要干扰，或者系统的干扰较多且难于分出主要干扰 与次要干扰，在这种情况下，选择副变量应考虑使副 环尽量多包围一些干扰，这样可以充分发挥副环的快 速抗干扰能力，以提高串级控制系统的控制质量。
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第一节 串级控制系统
四、串级控制系统中副回路的确定 副回路的确定 根据生产工艺的具体情况，选择一
个合适的副变量，从而构成一个以 副变量为被控变量的副回路。
确定的原则
1.主、副变量间应有一定的内在联系
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第一节 串级控制系统 选择副变量的两类情况
选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量； 选择的副变量就是操纵变量本身，这样能及时克服它的波 动，减少对主变量的影响。
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第一节 串级控制系统
小结
在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路， 不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作 用于主对象上的干扰也能加速克服过程。副回路 具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、 细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服 掉的干扰影响能彻底加以克服。因此，在串级控 制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充， 充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。
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一、串级控制系统
《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。
串级控制系统两步整定法
串级控制系统两步整定法1. 串级控制系统串级控制系统是一种多回路控制系统，由两个或多个部分组成，每个部分具有不同的动态响应特性。
这些部分之间通过反馈路径连接，形成一个闭环控制系统。
串级控制系统通常用于需要更高级别控制的工业和自动化应用中。
2. 两步整定法介绍两步整定法是一种用于串级控制系统的控制器参数调整方法。
它由两个步骤组成：首先是第一步整定，通过调整主回路控制器的参数来满足系统对负载变化的响应要求；其次是第二步整定，通过调整辅助回路控制器的参数来改善系统的稳定性和抗干扰能力。
3. 第一步整定第一步整定主要针对主回路控制器的参数进行调整，以满足系统对负载变化的响应要求。
3.1 确定传递函数首先，需要确定主回路的传递函数。
传递函数描述了输入信号与输出信号之间的关系。
在串级控制系统中，主回路的传递函数由主回路控制器和主回路执行器组成。
3.2 设计PID控制器接下来，根据传递函数的模型，可以使用PID控制器来设计主回路控制器的参数。
PID控制器包括比例项、积分项和微分项，可以根据系统的动态响应要求来调整这些参数。
通常可以使用试探法或基于模型的方法来设计PID控制器。
3.3 调整PID参数一旦设计好PID控制器的参数，就可以开始调整这些参数。
调整PID参数的目标是使得系统的响应快速、稳定，并且满足性能指标。
首先，可以调整比例参数。
增大比例参数可以增加系统对负载变化的响应速度，但可能导致系统产生过冲。
减小比例参数可以降低系统的过冲，但可能导致系统的响应速度较慢。
需要通过实验来不断调整比例参数，以找到最优的值。
3.3.2 积分参数调整其次，可以调整积分参数。
增大积分参数可以降低系统的稳态误差，但可能导致系统产生超调。
减小积分参数可以减小系统的超调，但可能会增加稳态误差。
需要通过实验来不断调整积分参数，以找到最优的值。
3.3.3 微分参数调整最后，可以调整微分参数。
增大微分参数可以提高系统的抗干扰能力，但可能导致系统产生高频振荡。
串级pid参数整定方法
串级pid参数整定方法串级PID参数整定方法一、概述串级控制是一种高级控制策略，它将两个或多个PID控制器级联在一起，形成一个更复杂的控制系统。
串级控制可以实现对工业过程的更精确和更稳定的控制，提高生产效率和产品质量。
为了实现良好的串级控制效果，需要对PID参数进行适当的整定。
二、PID参数整定基础1. PID控制器结构PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分根据误差信号直接产生输出；积分部分对误差信号进行积分，并将积分结果作为输出；微分部分计算误差信号的变化率，并将结果作为输出。
PID算法可以表示为：u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt + Kd*(de(t)/dt)其中u(t)是输出，e(t)是误差信号，Kp、Ki和Kd是比例、积分和微分系数。
2. 整定方法常用的PID参数整定方法有：经验法、试错法、Ziegler-Nichols法等。
其中经验法适用于简单系统；试错法适用于复杂系统；Ziegler-Nichols法适用于大多数系统。
三、串级PID参数整定方法1. 串级控制器结构串级控制器由两个PID控制器组成，其中外层控制器（主控制器）的输出作为内层控制器（从控制器）的输入。
外层控制器通常用于调节过程变量，内层控制器通常用于调节过程变量的速度。
2. 主从控制器参数整定方法(1) 首先，将主从控制器的比例系数和积分时间设置为相同值。
然后，将微分时间设置为0。
(2) 将主从控制器的比例系数逐步增加，直到出现振荡或不稳定现象。
(3) 根据Ziegler-Nichols法计算出主从控制器的临界比例系数和临界周期。
(4) 根据临界比例系数和临界周期计算出主从控制器的最佳参数。
3. 参数调整方法在实际应用中，可能需要对PID参数进行进一步调整以满足特定要求。
常用的调整方法有：手动调整、自适应调整、模型预测调整等。
四、注意事项1. 在进行串级PID参数整定时，应保证系统处于稳态运行状态。
过程控制系统串级控制系统实验
实验一串级控制系统组成实验一、概念在串级控制系统中，采用了主、副两只控制器，其中主控制器的输出作为副控制器的给定，而由副控制器的输出去控制控制阀。
本次实验采用仪表实验装置，其内容就是让学生自行连成液位与液位及液位与流量两个串级控制系统。
二、目的要求、1．熟悉实验装置(参见实验指导书)。
2．利用所提供的液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量，一阶液位L1为副变量，F2为控制变量的液位与液位串级控制系统。
3．利用液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量，以一阶液位F l为副变量和控制变量的液位与流量串级控制系统。
三、注意事项1．本次实践只连线路，不允许接通电源。
四、思考问题1．串级控制系统中主、副控制器的内、外给定开关应如何放置?2．试分析液位与液位串级控制系统在干扰作用下的工作过程。
3．已知控制阀为气闭式，并安装在水槽的入口处，试分析液位与液位串级控制系统中主、副控制器的正、反作用应如何选?实验二串级控制系统的投运和整定一、概述串级控制系统具有主、副两只控制器，因此投运和整定要比单回路系统复杂一些。
但只要按照先副后主的步骤循序进行，并掌握住投运和整定的要领，串级控制系统的投运和整定方法也是不难掌握的。
串级控制系统的整定方法很多，本次采用的是一步整定法。
即先根据副变量的类型，按经验数据将副控制器参数一次性放好，不再改变，然后再按单回路系统的4：1衰减曲线法直接整定主控制器的参数。
本次实验要求学生利用所提供的液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量，一阶液位L l为副变量，F2为控制变量的液位与液位串级控制系统，并对该系统进行投运和整定实践。
二、实验目的1．串级控制系统的投运2．串级控制系统控制器参数的整定三、实验要求1．掌握串级控制系统的投运方法。
2．掌握一步整定法整定串级控制系统控制器参数的方法。
3．要求学生根据实验的目的要求自行拟定实验步骤。
4．实验完成后一星期内每人提交一份实验报告，内容要求同前。
反应器串级控制系统整定
目录1 前言................................................... 错误!未定义书签。
2 总体方案设计........................................... 错误!未定义书签。
2.1 方案比较..................................................................................... 错误!未定义书签。
2.2 方案选择..................................................................................... 错误!未定义书签。
3 反映器串级控制系统分析................................. 错误!未定义书签。
3.1 被控变量和控制变量的选择................................................... 错误!未定义书签。
3.2 主、副回路的设计................................................................... 错误!未定义书签。
3.3 主、副控制器正、反作用的选择........................................... 错误!未定义书签。
3.4 控制系统方框图....................................................................... 错误!未定义书签。
3.5 分析被控对象特性及控制算法的选择................................... 错误!未定义书签。
4 串级控制系统的参数整定................................. 错误!未定义书签。
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实验三：串级控制系统参数整定
PID 控制器由于自身具有的相对容易理解和实现的特点而被广泛应用于过程控制工业中。
在实践中，它经常被融入一个复杂的控制结构中，以达到一个更好的控制效果。
在这些复杂的控制结构中，通常利
用串级控制组合来减小干扰引起的最大偏差和积分误差。
容易实现的优点和潜在的大控制性能的提高导致串级控制广泛应用达数十年。
它已经成为一个由工业过程控制器提供的标准应用。
串级控制系统由两个控制回路构成：一个可以快速动态消除输入干扰的内部回路，和一个可以调节输出效果的外部
回路。
通常，他们是通过一个连续的方式来整定的。
首先，外部回路控制器设置为手动，对内部回路进行整定。
随后，
启用内部回路的整定结果，接着整定外部回路。
如果控制效果不理想，应该调换整定的顺序。
所以，整定串级控制系统
是一项相当笨重耗时的任务，特别是具有大时间常数和时间延迟的系统。
PID 自整定解除了手动整定控制器的烦恼，并且已经成功的应用于很多工业领域中。
但是，到目前为止，却很少有关于串
级系统自整定技术的发展的文学报道。
其中，Li et al 利用模糊逻辑进行串级控制器的自整定。
Hang et al. 应用一个重复的延迟自动整定方法来整定串级控制系统，延迟反馈测试被验证了两次，一次在内部回路，另一次在外部回路。
虽然特
殊的控制器整定已经被自动化，但整定过程的自然顺序并没有改变。
Tan 提出了一个在一个实验中实行整体整定过程的方法，但是这个实验需要过程的过去的信息。
而且，外部回路设计时所用的极限频率是基于未考虑内部回路控制参数改
变的初始极限频率。
这篇论文提供了串级控制系统自整定的一种新方法。
通过利用串级控制系统的基本性能，在外部回
路中利用一个简单的延迟反馈测试来确定内部和外部回路过程模型参数。
一个基于Pade 系数和Markov 参数，匹配PID 控制器整定方法的模型，被提出来控制整体系统效果。
两个例子来说明该方法的有效性。
2.串级控制系统的基本原理
图1
串级控制组合的结构如图1，内部回路嵌套于外部回路里，外部回路的输出变量是被控对象。
控制系统由两个过程
和两个控制器组成。
分别为外部回路传递函数1p G ，内部回路传递函数2p G ，外部回路控制器1c G 和内部回路控制器2c G 。
串级控制系统的两个控制器都是标准的反馈控制器。
通常情况下，内部回路为一个比例控制器，当内部回路过程包
含基本时间延迟时需要用到积分作用，外部过程使内部回路增益是有限的。
为了在它影响到外部回路之前减小或消除内部回路干扰
d 2，内部回路比外部回路应该有一个更快的动态响应（工业经验法则里，至少应快5倍以上）。
因此，内部闭环回路的相位滞后应该比外部回路小。
这个特点就是应用串级控制的基本原理。
内部回路的交叉频率比外部回路高，使内部回路控制器有更高的增益，能够在没有危及系统的稳定性的情况下
更有效的调节内部回路干扰事故的影响。
3.继电反馈测试串级控制系统
图2
Astrom-Hagglund 继电反馈测试是基于观察法：当过程输出落后输入
弧度时，闭环回路系统可能在极限频率附近产生等幅振荡（相位滞后的频率）。
文中提到的自整定串级控制系统的继电反馈测试如图 2. 当继电反馈开始，开
关A 打向2，B 打向4，C 打向5. 测试后，A 打向1，B 打向3，C 打向6. 当内部回路过程比外部回路过程响应更快时，
u 就像一个阶跃响应，固定振荡周期的一半，如图
3. 因此一个简单的继电反馈测试就可以同时获得内部回路和外部回路过程模
型参数。
实际上，真正的过程模型通常是由低阶加上打印为代表的模型。
这里，采用了传递函数：s
L i i
pi i e s T k s G 1)(（1）1i 时，代表外部过程模型，2i 代表内部过程模型。
这个模型有三个特征参数：静态增益k ，时间常数T ，停滞时间L 。
它在很多工业应用中很好的描述了一个线性单调过程，通常能满足ＰＩＤ控制器的整定。