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 -=。
- 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。