GE UR6DH 串级控制概述

虽然串级控制通常被认为是一种先进的控制策略，但它的实现只比单回路控制稍微复杂一些。它通常用于改善缓慢过程（如表现出迟滞行为的温度）的性能。从本质上讲，串级控制通过利用快速控制回路的动态特性来提高“慢速”控制回路对干扰的响应能力——比如流量或压力回路。较快环路提供了一个早期预警变量，有助于抑制干扰，有助于保持较慢主环路的稳定性能。

为了更好地理解串级控制的架构和优势，将其放在工业过程的背景下考虑会有所帮助。右边显示的是一个坦克系统。支持多条管线的共用集管允许液体流入储罐。液体同时通过底部的端口流出。使用单回路控制时，通过调整阀门以及增加或减少流入储罐的流体速度来控制储罐液位。尽管出口流是可预测的，但由于与其他管线需求相关的压力变化，来自集管的入口流可能会发生显著变化。由于过程的动态性，液位控制器可能无法充分响应液体进料的这种变化。缓慢的响应会导致水平过高或过低，这要么是低效的，要么是危险的。

现在考虑一个采用串级控制架构的类似储罐系统。如前所述，控制目标是保持储罐内的液位。然而，第二个控制回路被有效地“嵌套”在上述架构中以改善控制。此处添加了一个二次流量控制器，该控制器使用液位控制器的控制器输出作为其设定值。随着储罐内液位的变化，较慢的液位控制器为响应较快的流量控制器建立新的设定点。因为流动回路更靠近扰动，所以在压力扰动对储罐液位产生明显影响之前，流动回路会经历并拒绝任何压力扰动。

图1-性能比较突出了串级控制与单回路控制的优势。在更快的二次回路的帮助下，串级控制改善了对扰动的响应。

为了实现串级控制，过程有必要访问直接影响初级回路的次级控制回路。此外，二级回路的动态必须明显快于一级回路——准确地说，至少快3-5倍。直接影响和更快的速度确保了二次回路能够容易地应用能够最小化干扰影响的校正动作。在提供的示例中，液体集管流量满足两个标准。

虽然串级控制结构仅涉及单个最终控制元件，但它确实需要使用第二传感器和第二PID控制器。在这些资产上增加的投资以及配置和调整控制器的时间是成本的总和。另一方面，收益是根据绩效收益和相关的经济价值来衡量的。