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
串级、比值、前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量六种复杂控制系统
1、串级控制系统
串级控制系统是应用最早，效果最好，使 用最广泛的一种复杂控制系统，它的特点 是两个调节器相串联，主调节器的输出作 为副调节器的设定，当对象的滞后较大， 干扰比较剧烈、频繁时，可考虑采用串级 控制系统。
1、基本概念
串级控制系统(Cascade Cont ro1System)是一 种常用的复杂控制系统，它根据系统结构
主回路(外回路)：断开副调节器的反馈回路 后的整个外回路。
副回路(内回路)：由副参数、副调节器及所 包括的一部分对象所组成的闭合回路（随
动回路)
主对象(惰性区)：主参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为副变量，输出信 号为主参数(主变量)。
副对象(导前区)：副参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为调节量，其输出 信号为副参数(副参数 将要达到危险值时，就适当降低生产要求， 让它暂时维持生产，并逐渐调整生产，使 之朝正常工况发展。能实现软限控制的控 制系统称为选择性控制系统，又称为取代 控制系统或超驰控制系统。
通常把控制回路中有选择器的控制系统称 为选择性控制(selective control)系统。选择 器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两 类。高选器输出是其输入信号中的高信号， 低选器输出是其输入信号中的低信号。
控制系统一般又可分为简单控制系统和复 杂控制系统两大类，所谓复杂，是相对于 简单而言的。凡是多参数，具有两个以上 变送器、两个以上调节器或两个以上调节 阀组成多回路的自动控制系统，称之为复 杂控制系统。
目前常用的复杂控制系统有串级、比值、 前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量等， 并且随着生产发展的需要和科学技术进步， 又陆续出现了许多其他新型的复杂控制系 统。
路外，使调整k时不影响控制回路稳定性。
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。
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。
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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π-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π-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）1=i 时，代表外部过程模型，2=i 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。