到底什么是串级PID?老师傅也会犯难!

TOP 01什么是串级PID？

什么是串级PID？顾名思义就是两个串起来的PID。从串级控制的工作过程看来，两个控制器是串联工作的，以外环控制器为主导，保证外环主变量稳定为目的，两个控制器协调一致，互相配合。下图是一个双闭环的例子，外环是位置环，内环是速度环，最终的执行器是电机，电机输出产生了速度和位置：

TOP 02串级控制的特点

(1) 由于内环回路的存在，改变了原来的对象特性，使内环回路对象的等效时间常数变小，所以使系统的过渡时间缩短了，控制作用更加及时；

(2) 改善了对象特征，起到超前控制的作用，有效抑制内环回路干扰，这种超前控制作用最适合干扰落在内环回路内的情况，若干扰落在外环回路时，超前作用就不明显了；

(3) 提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性增强；

(4) 当模型失配时，内环控制器可以很好的抑制干扰，而外环控制器则以良好的动态性能和鲁棒性能为设计目标；

(5) 由于串级控制系统的内环是一个随动控制系统，它的设定值随着外环控制器的输出而变化。外环控制器可以按照操作条件和负荷的变化情况，不断调整内环控制器的设定值，从而保证在操作条件和负荷发生变化的情况下，控制系统仍有较好的控制效果。

TOP 03串级控制的主要优点

1、将干扰加到副回路中，由副回路控制对其进行抑制;

2、副回路中参数的变化，由副回路给予控制，对被控制量Gc1的影响大为减弱;

3、副回路的惯性由副回路给予调节，因而提高了整个系统的响应速度。

副回路是串级系统设计的关键。副回路设计的方式有很多种,下面介绍按预期闭环特性设计副调节器的设计方法。

TOP 04单环PID如何转化为串级PID

如图，是一个单环PID的伪算法，该如何转换成串级PID呢？一起来看看吧：

这里将内环PID的相关变量加了后缀inner, loop是外环PID进行周期控制，loop_ inmer 是内环PID进行周期控制，两者相互独立，将外环PID的输出赋值给内环PID的输入即可;

遇到干扰的时候，内环控制器首先进行粗调，外环控制器再进步细调。因此控制效果必然优于单环的PID控制Q系统。

串级控制系统在结构上仅仅比简单控制系统多了一个内环回路，可是实践证明，对于相同的干扰，串级控制系统的控制质量是简单控制系统无法比拟的。

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