串級PID控制原理及分析

串級計算機控制系統的典型結構如下圖所示，系統中有兩個PID控制器，Gc2(s)稱為副調節器傳遞函數，包圍Gc2(s)的內環稱為副回路。Gc1(s)稱為主調節器傳遞函數，包圍Gc1(s)的外環稱為主回咱。主調節器的輸出控制量u1作為副回路的給定量R2(s).

串級控制系統的計算機順序是先主回路(PID1),后副回路(PID2)。控制方式有兩種：一種是異步采樣控制，即主回路的采樣控制周期T1是副回路采樣控制周期T2的整數倍。這是因為一般串級控制系統中主控對象的響應速度慢、副控對象的響應速度快的緣故。另一種是同頻采樣控制，即主、副回路的采樣控制周期相同。這時，應根據副回路選擇采樣周期，因為副回路的受控對象的響應速度較快。

串級控制的主要優點：
1、將干擾加到副回路中，由副回路控制對其進行抑制；
2、副回路中參數的變化，由副回路給予控制，對被控制量Gc1的影響大為減弱；
3、副回路的慣性由副回路給予調節，因而提高了整個系統的響應速度。
副回路是串級系統設計的關健。副回路設計的方式有很多種，下面介紹按預期閉環特性設計副調節器的設計方法。
由副回路框圖可得副回路閉環系統的傳遞函數為：