串級(jí)控制系統(tǒng)的原理串級(jí)控制系統(tǒng)是一種由兩個(gè)或兩個(gè)以上控制器串聯(lián)組成的控制系統(tǒng)主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，副控制器的輸出控制執(zhí)行器，從而對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示（此處可插入簡(jiǎn)單的串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖）在這種結(jié)構(gòu)中，存在著主回路和副回路兩個(gè)控制回路主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，它以主被控變量（通常是工藝要求嚴(yán)格控制的主要參數(shù)）為被控對(duì)象，通過主控制器的作用，使主被控變量保持在給定的設(shè)定值附近副回路則是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，它以副被控變量（通常是影響主被控變量的關(guān)鍵干擾變量或中間變量）為被控對(duì)象，副控制器的輸出快速跟蹤主控制器的輸出，以增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)干擾的抑制能力當(dāng)系統(tǒng)受到干擾作用時(shí)，干擾首先影響副回路副控制器根據(jù)副被控變量的變化迅速作出反應(yīng)，調(diào)整執(zhí)行器的輸出，使副被控變量盡可能快地回到設(shè)定值，從而有效地隔離了干擾對(duì)主回路的影響同時(shí)，主控制器根據(jù)主被控變量的變化對(duì)副控制器的設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，使整個(gè)系統(tǒng)在新的工況下重新達(dá)到平衡串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（一）對(duì)干擾具有較強(qiáng)的抑制能力由于副回路的存在，能夠快速響應(yīng)進(jìn)入副回路的干擾，使副被控變量迅速恢復(fù)穩(wěn)定，減少了干擾對(duì)主回路的影響，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

特別是對(duì)于那些具有大滯后、非線性特性的被控對(duì)象，串級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更為明顯二）可以提高系統(tǒng)的控制精度通過副回路的快速調(diào)節(jié)作用，可以使主被控變量的偏差減小，從而提高了控制系統(tǒng)的精度同時(shí)，主控制器可以根據(jù)工藝要求和實(shí)際情況進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的控制性能三）系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力當(dāng)被控對(duì)象的特性發(fā)生變化時(shí)，副回路可以通過自身的調(diào)節(jié)作用適應(yīng)這種變化，使系統(tǒng)在不同的工作條件下都能保持良好的控制性能此外，串級(jí)控制系統(tǒng)還可以通過在線修改控制器的參數(shù)等方式，進(jìn)一步提高其自適應(yīng)能力四）對(duì)副回路的控制器要求相對(duì)較低副回路主要是為了快速跟蹤主控制器的輸出和抑制干擾，其對(duì)控制器的精度和穩(wěn)定性要求相對(duì)主回路較低因此，在設(shè)計(jì)和調(diào)試串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，可以更加集中精力優(yōu)化主回路的控制器串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用（一）在化工行業(yè)中的應(yīng)用在化工生產(chǎn)過程中，許多化學(xué)反應(yīng)對(duì)溫度、壓力、流量等參數(shù)的控制要求非常嚴(yán)格例如，在化工蒸餾過程中，需要對(duì)蒸餾塔的溫度和壓力進(jìn)行精確控制采用串級(jí)控制系統(tǒng)，以蒸餾塔的塔頂溫度為主被控變量，塔釜壓力為副被控變量，可以有效地克服外界干擾對(duì)蒸餾過程的影響，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性二）在電力行業(yè)中的應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)是一個(gè)關(guān)鍵問題。

串級(jí)控制系統(tǒng)可以用于發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行控制，以發(fā)電機(jī)的有功功率為主被控變量，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量為副被控變量當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，副回路可以快速調(diào)整進(jìn)汽量，使發(fā)電機(jī)的有功功率迅速恢復(fù)到設(shè)定值，保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行三）在冶金行業(yè)中的應(yīng)用在冶金生產(chǎn)中，如高爐煉鐵過程中，需要對(duì)爐溫、風(fēng)量等參數(shù)進(jìn)行精確控制通過串級(jí)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)爐溫的穩(wěn)定控制，提高煉鐵的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量例如，以爐溫為主被控變量，鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為副被控變量，通過副回路的調(diào)節(jié)，使風(fēng)量能夠快速響應(yīng)負(fù)荷變化，從而維持爐溫的穩(wěn)定串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試要點(diǎn)（一）主、副被控變量的選擇主被控變量應(yīng)根據(jù)工藝要求和控制目標(biāo)來確定，應(yīng)是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程具有重要影響的參數(shù)副被控變量的選擇要能夠直接影響主被控變量，且具有良好的可測(cè)性和可控性二）控制器的選型與參數(shù)整定控制器的選型應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象的特性和控制要求來確定在整定控制器參數(shù)時(shí)，應(yīng)先整定副回路的控制器參數(shù)，使其具有較快的響應(yīng)速度和較好的抗干擾能力；然后再整定主回路的控制器參數(shù)，以保證主被控變量的控制精度三）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化在串聯(lián)控制系統(tǒng)時(shí)，還需要考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局和信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院侠碓O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，避免信號(hào)干擾和傳輸延遲等問題，以提高系統(tǒng)的整體性能。