文档介绍：第四章 串级控制系统
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串级控制系统组成
复杂控制系统：
控制系统中采用两个以上的检测元件和变送器，或控制器，或执行器，完成一些复杂或特殊的控制任务。
串级控制系统的组成器的输出去控制燃料油管线的控制阀，可以抑制燃料油流量的扰动。
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1. 对于进入副回路的干扰具有极强的克服能力
以管式加热炉出口温度控制为例。
当燃烧条件发生改变使炉膛温度发生变化后，如果没有副回路的存在，则一定要等到炉出口温度的测量值发生变化后，控制器才能产生新的动作。而在串级控制系统中，由于副回路的存在，就可以提早发现炉膛温度的变化，并及时地通过副控制器去改变燃料量，以便把炉膛温度调回来。这样，即便是干扰对炉出口温度的影响不能完全被消除，也肯定比没有副回路时要小得多。因此，主要干扰作用于副回路时，串级控制的质量要比单回路控制好得多。
通过理论可以证明，干扰落于副环时的抗干扰能力大于干扰落于主环时的抗干扰能力。由于副回路的时间常数大大减小，抗一次干扰的能力也高于同等条件下的单回路控制系统。
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2. 改善了控制系统的动态特性，提高了工作频率
等效：将副回路看成是主回路中的一个环节，或者把副回路理解为一部分等效对象。此时，串级控制系统的方块图可简化成上图。
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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；
由于Km2>1，有:
求副回路的等效传递函数:
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从上述公式看出，串级控制系统由于副回路改善了对象的特性，使整个系统的工作频率得到提高，这就缩短了振荡周期，减少了过渡过程的时间。即便是干扰作用于主对象．串级控制系统的控制质量也将比单回路控制系统有所改善。
，有
当主、副对象都是一阶惯性环节，主、副控制器均采用比例作用时，串级回路与单回路的工作频率之比为：
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3．对负荷和操作条件的变化具有一定的适应能力
对象非线性 生产负荷和操作条件改变 对象的特性 发生变化。
控制器参数却是在一定的负荷和操作条件下， 按某种质量指标整定得到的。因此，这些控制器参数只能在一个较小的工作范围内与对象 特性相匹配，如果负荷和操作条件变化过大，超出了这个适应范围，那么控制质量就很难 保证。这个问题是单回路控制系统中的一个难题。
但是，在串级控制系统中情况就不同了。 虽然主回路是一个定值控制系统，副回路却是一个随动系统，它的给定值是随着主控制器 的输出而变化的。主控制器可以按照生产负荷和操作条件的变化情况相应地调整副控制 器的给定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在新的负荷和操作条件下，控制系统 仍然具有较好的控制质量。
因此，串级控制系统的副回路能够自动地克服对象非线性特性的影响，从而显示出它对符合变化具有一定的自适应能力。
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串级控制系统的应用范围
1. 克服被控过程较大的容量滞后
与单回路系统相比：仪表用的较多，费用较高；有两个回路，控制器参数整定比较麻烦。
坚持一个原则：凡是单回路系统能够满足控制要求的，就不要再用串级控制系统。
在工业生产中、 一些以温度或质量等作为被控参数的过程，往往其容量滞后较大，控制要求又较高。若采用单回路控制系统，因容量滞后较大，控制通道的时间常数较大，对控制作用反应迟钝而使超调量大，过度过程时间长，控制质量不能满足要求。
采用串级控制系统，可选择一个滞后较小的辅助变量组成一个快速动作的副回路，使等效过程的时间常数减小，加快响应速度，从而取得较好的控制质量。
对象容量滞后大，干扰情况复杂时，串级控制系统使用普遍。
例如：加热炉出口温度控制系统。
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串级控制系统的应用范围
2. 克服被控过程的纯滞后
当工业过程纯滞后时间较长，应用串级控制系统来改善其控制质量，即在离调节阀较近、纯滞后较小的地方．选择一个副参数，构成一个纯滞后较小的副回路，把主要扰动包括在副回路中，在其影响主参数前，由副回路实现对主要扰动的及时控制，从而提高控制质量。
利用副回路的超前作用来克服对象的纯滞后是对二次干扰而言。当干扰从主回路进入