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汇报人:AA2024-01-20第8-1章串级控制系统

目录CONTENCT串级控制系统基本概念与原理串级控制系统组成要素串级控制系统性能分析串级控制系统设计与实现方法串级控制系统应用案例分析串级控制系统发展趋势与挑战

01串级控制系统基本概念与原理

串级控制系统定义串级控制系统作用定义及作用串级控制系统是由两个或两个以上的控制器通过串联方式连接而成的控制系统，其中一个控制器的输出作为另一个控制器的输入，以实现更精确、更稳定的控制。串级控制系统能够改善系统的控制性能，提高系统的稳定性和抗干扰能力，特别适用于存在较大干扰、时滞或非线性等复杂控制过程。控制器副控制器执行机构被控对象串级控制系统结构执行机构根据副控制器的输出信号，驱动被控对象进行相应的操作。副控制器接收主控制器的输出信号作为设定值，同时接收被控变量的反馈信号，经过运算后输出控制信号给执行机构。主控制器是串级控制系统的核心部分，负责接收设定值和被控变量的反馈信号，经过运算后输出控制信号。被控对象是串级控制系统的控制目标，其输出信号被反馈给主控制器和副控制器。

工作原理串级控制系统的工作原理是基于内模原理，通过引入一个与实际被控对象相似的内部模型，使得系统对于外部干扰和模型失配具有较强的鲁棒性。同时，通过主、副控制器之间的串联连接，实现了对被控对象的精确控制。改善系统性能串级控制系统能够显著提高系统的稳定性和抗干扰能力，减小系统的超调和振荡。适应性强串级控制系统对于被控对象的特性变化具有较强的适应性，能够自动调整控制参数以适应不同的工作条件。工作原理与特点

由于采用了主、副控制器的串联结构，使得系统对于设定值的跟踪更加精确，提高了控制精度。控制精度高串级控制系统的结构相对简单，易于实现和维护。易于实现工作原理与特点

02串级控制系统组成要素

控制策略选择参数整定控制器结构优化根据被控对象特性和控制要求，选择合适的控制策略，如PID控制、模糊控制等。对主控制器参数进行整定，以满足系统稳定性和性能指标要求。采用先进控制算法或结构，如自适应控制、预测控制等，提高主控制器性能。主控制器设计

控制目标确定控制算法选择参数调整副控制器设计根据副控制器控制目标和被控对象特性，选择合适的控制算法。对副控制器参数进行调整，以实现与主控制器的协调和优化。明确副控制器的控制目标，如跟踪误差、扰动抑制等。

传感器类型选择传感器精度与可靠性执行器类型选择执行器性能要求传感器与执行器选择根据被控对象特性和测量要求，选择合适的传感器类型，如温度传感器、压力传感器等。确保所选传感器具有足够的精度和可靠性，以满足系统测量和控制要求。根据被控对象特性和控制要求，选择合适的执行器类型，如电动执行器、气动执行器等。确保所选执行器具有足够的驱动力、响应速度和稳定性，以满足系统控制要求。

03串级控制系统性能分析

80%80%100%稳定性分析串级控制系统的稳定性是指系统受到扰动后，能够自动恢复到平衡状态的能力。通过系统的传递函数或状态空间模型，利用劳斯判据、奈奎斯特判据等方法判断系统的稳定性。系统参数、控制器设计、外部扰动等都会对串级控制系统的稳定性产生影响。稳定性定义稳定性判据稳定性影响因素

动态性能指标超调量、调节时间、上升时间等是衡量串级控制系统动态性能的重要指标。动态性能分析方法通过系统的传递函数或状态空间模型，利用时域分析法、频域分析法等方法评估系统的动态性能。动态性能优化措施针对系统动态性能不足的问题，可以采取调整控制器参数、优化控制算法等措施进行改善。动态性能评估

抗干扰能力干扰类型串级控制系统可能受到的干扰包括测量噪声、外部扰动、模型不确定性等。抗干扰能力评估方法通过仿真实验或实际运行数据，观察系统在干扰作用下的输出响应，评估系统的抗干扰能力。提高抗干扰能力措施为增强串级控制系统的抗干扰能力，可以采取滤波处理、鲁棒控制设计、自适应控制等方法。

04串级控制系统设计与实现方法

采用分层结构，包括主控制器和从控制器，实现不同级别的控制功能。控制器设计通信协议设计人机界面设计定义主从控制器之间的通信协议，确保数据传输的准确性和实时性。提供友好的操作界面，方便用户进行参数设置和实时监控。030201系统总体架构设计

123选用高性能的工业控制计算机或PLC作为主控制器，从控制器可选用单片机或DSP等嵌入式系统。硬件平台选择主控制器采用实时操作系统，如Windows或Linux，从控制器可采用嵌入式实时操作系统。软件平台选择根据实际需求设定主从控制器的配置参数，如采样周期、控制算法参数等。配置参数设定软硬件平台选择及配置

通过优化算法、提高硬件性能等方式提高系统的实时性。实时性问题采用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，提高系统的稳定性。稳定性问题采用冗余设计、故障检测