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第八章复杂规律计算机控制系统的设计串级控制，前馈控制，纯滞后补偿控制，解耦控制8.1串级控制在串级控制中，有主、副回路之分。主回路一般只有一个，而副回路可以是一个或几个。主回路的输出是修正副回路给定值的依据，副回路的输出作为控制量作用于对象•以煤气为燃料的加热炉炉温控制系统。•控制的目的是保持炉温恒定。8.1.1串级控制系统的组成和工作原理如果采用单回路控制，煤气压力的变化会引起其流量的变化，随之会引起炉温的变化。•压力波动经过测量、调节、改变阀位，控制通道的纯滞后很小，惯性不大，因此控制作用能够及时有效的控制压力y2(t)的波动。•但是压力控制不能保证出口原料气温恒定，燃料油热值的变化，原料气入口流量、温度、成分都影响y1（t）压力调节器用来克服燃料油压力y2(t)对出口原料气温度的波动。温度调节器用来克服燃料油热值的变化，原料气入口流量、温度、成分对y1（t）的影响采用主、副回路相配合，将获得较好的控制品质。温度调节器的输出作为压力调节器的输入，压力调节器的输出控制调节阀门的动作。8.1.2串级控制的特点•1.减小副控对象的等效时间常数串级控制系统中副控回路对象的等效时间常数T2’＜副控对象的时间常数T2，使得系统的动作灵敏，反应速度加快，调节更及时，有利于提高控制性能。T2’随着Kp2的增大减小，所以Kp2越大，副控对象特性的改善愈明显。由于副控对象的等效放大倍数K2缩小了所以串级控制系统的主控调节器的放大倍数Kp1比单回路调节更大，这样可有利于抑制一次扰动。2。提高系统的工作频率串级控制的工作频率高于单回路控制的控制的工作频率，改善系统的动态特性3。提高了抑制二次扰动的能力通常Asr＞Asg，串级控制系统较单回路控制系统有更强的抑制扰动的能力，高出十倍甚至百倍4对负荷变化的适应能力提高串级控制由于副控回路减小了等效副控对象的放大系数。从而也减小了负荷变化的影响。主控回路时定值控制系统，副控回路是随动系统，保证在负荷和操作条件发生变化的情况下，调节系统仍然有好品质。8.1.3串级控制系统的应用范围•1。用来抑制控制系统的扰动•副控回路动作迅速，抑制扰动能力强•把主要的扰动包含在副控回路中•2。用来克服对象的纯滞后•副控回路减小了等效时间常数，提高了工作效率，所以控制系统的过渡过程比较短，超调量比较小•3。用来减小对象的非线性影响•把非线性对象包含在副控回路中，由于副控回路是随动系统，能够适应操作条件和负荷条件的变化8.1.4计算机串级控制系统1。主控和副控回路采样周期相同（同步采样）(1)计算主控回路的偏差（2）计算主控调节器的增量输出（3）计算主控调节器的位置输出（4）计算副控回路的偏差（5）计算副控调节器的增量输出（6）计算副控调节器的位置输出2。主控和副控回路采样周期不同（异步采样）•当主控对象和副控对象的特性相差悬殊，按快的流量对象选采样周期计算机采样频繁，工作量大，降低其使用效率•按慢的选，降低快速对象回路的控制性能，消弱抑制扰动的能力。所以根据对象特性选择相应的采样周期异步采样8.1.5串级控制系统的设计原则•1。系统中主要的扰动应该包含在副控回路中•2。副控回路应该尽量包含积分环节•3。必须用一个可以测量的中间变量作为副控被调参数，或者通过观测分析，由下游状态推断上游状态的中间变量•4。主控、副控回路的采样周期T’≠T’’。应选择T’≥3T’’或3T’≤T’’，即T’与T’’之间相差3倍以上，以避免主控回路和副控回路之间发生相互的干扰和共振。8.1.6串级主控和副控调节器的选择•主回路PID，副回路PI例8.18.2当对象为一阶惯性时，系统达到稳态的时间可选为一个采样周期，当对象为二阶惯性使，选两个周期8.1.7副控回路微分先行串级控制系统•为了防止主控调节器输出变化过大引起副控回路的不稳定，也为了克服副控对象惯性较大而引起的调节品质恶化，在副控反馈回路加入微分环节，副控回路微分先行副控回路微分先行串级控制系统的算法步骤•(1)计算主控回路的偏差•（2）计算主控调节器的增量输出•（3）计算主控调节器的位置输出•微分先行调节器输出•（4）计算副控回路的偏差•（5）计算副控调节器的增量输出•（6）计算副控调节器的位置输出8.1.8多回路串级控制系统•从外向里，遇到分叉点，按权级先后