什么是串级控制？它是一种利用两个控制回路来稳定温度的机制。

首先，我们来考虑一下一般的温度控制。

用温度传感器测量现在的温度，温度调节仪一边观察与设定温度的差，一边决定加热器等的操作程度。

这种利用测量结果来确定下一步操作的机制称为反馈控制。

PID控制也是反馈控制中广泛使用的方法之一。

在级联（控制）中，将再组合一个控制循环。

要理解级联控制，思考“为什么需要两个控制回路”会很有帮助。

加热器和温度传感器分离

例如，在大型炉子中，加热器可能靠近炉壁，远离您真正想要稳定温度的炉子或产品。

即使你给加热器通电，热量也需要时间才能到达你想控制区域。

判断“温度仍然很低”并继续加热

如果温度调节仪只看最终的温度传感器的值，即使加热器被强烈加热，测量值也不会立即上升，因此判断为“仍低于设定温度”。

因此，还要继续加热。

但是，在那期间加热器一侧也储存了热量。

热量输送延迟会导致过超出

最终，当储存的热量传递到您想要控制区域时，温度可能会超过设定值。

当您降低输出时，温度可能不会立即下降，因为它超过了设定值。

在操作和结果出现之间间隔时间较长的设备中，更容易出现超出和振荡现象。

因此，在级联控制中，不仅要测量要控制最终温度，还要测量加热器及其前面的其他部件的状态。

例如，考虑想要炉内温度一定的设备，也测量加热器温度的情况。

一次侧一边观察炉内温度，一边决定“现在，加热器一侧的温度应该是多少?”。

二次侧操作加热器，使其达到所要求的温度。

在串级控制中，两个控制回路分别称为“主回路”和“辅助回路”。

线性循环处理“你想要控制最终值”。

在一阶循环中，你最终想要稳定的值会被测量和控制。

温度控制可以包括炉温、容器温度和产品温度。

主循环有时称为主循环。

2次循环处理“接近操作端的值”

在次级回路中，测量和控制接近实际运行设备的值，例如加热器温度。

辅助循环有时称为辅助循环。

在串级控制中，主侧和次侧不是独立运行的。

主要侧决定“二次侧的值应该是什么，才能使最终温度接近目标?”。

将该值用作辅助侧的设置值。

如果用SV·PV·MV表示会发生什么?

在控制中，设定值称为 SV，测量值称为 PV，操纵变量称为 MV。

在串级控制中，通常使用在一次侧获得的MV作为二次侧的SV。

换句话说，主要侧的“要操作的量”是次要侧的“目标值”。

级联控制的一个主要优点是，它允许创建一种配置，在二次侧发生变化影响最终温度之前，可以检测到这些变化。

如果只有一个循环

即使加热器发生变化，其影响也会传递到炉内温度，在1次侧的温度传感器检测到之前，调节仪无法掌握其变化。

如果存在二次循环

如果设置在加热器侧等的二次侧的传感器是能够首先捕捉到变化的结构，则可以在二次侧更快地进行校正。

因此，有可能在问题对您最终想要控制温度产生重大影响之前解决它。

满足这些条件有助于减少反应延迟和干扰的影响，从而抑制超出和追猎。

对于将控制分成两个回路更合理的设备，可以考虑采用级联控制。

适用于加热器与控制区域距离较远的设备。

在大型炉子中，热量从加热器控制到所需位置需要时间。

在这种情况下，可以考虑采用在二次侧控制加热器温度的配置。

有自热等干扰的设备

有通过化学反应等，即使不从外部加热也会产生热量的设备。

如果能在二次侧更快地检测到这些变化，就可以采用级联控制来最大限度地减少它们对最终温度的影响。

通过操作流量等其他值来改变温度的设备

温度控制不仅限于直接操作加热器。

例如，有通过改变冷却水的流量来调整温度的设备。

在这种情况下，可以考虑这样一种配置：在一次侧控制温度，在二次侧控制流量。

需要很长时间才能传热的炉子

即使在半导体制造设备等设备中，也可以考虑采用级联控制，因为热量需要时间才能从加热元件传递到被加工的实际物体。

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级联控制并非简单地将控制回路的数量增加到两个就能自动提高控制性能的系统。

特别重要的是“在次要方面测量什么”。

在二次方能快速捕捉到变化吗?

重要的是，次级侧测得的值在最终控制值之前发生变化，并且该值可以独立控制。

如果两个测量值几乎相同，则效果很小。

如果主侧和次侧几乎同时发生变化，那么将控制回路分成两个回路的好处就变得很小了。

如果单个PID足够，则无需复杂

如果用单个 PID控制就能获得所需的响应，则无需通过添加传感器或控制回路来使系统复杂化。

虽然实际的终端连接和设备设置会因所用设备而异，但考虑级联控制的基本流程可以概括如下。

1.最终决定想要稳定什么

首先，确定你真正想要控制哪个值。

例如，炉内温度、产品温度、容器内温度等。这是主侧的测量值。

2.决定在二次侧测量什么

接下来，请考虑在影响最终温度之前可以捕获变化的值。

加热器温度、外套温度、流量等是候补。

3. 创建仅使用辅助端即可进行控制状态。

首先，利用二次侧的传感器和操作设备，使二次侧的数值能够调整到设定值控制。

4.将设置从主端传递到第二端

使在第一侧计算的操作量可用作第二侧的设置值。

5.调整辅助侧

调整内部辅助回路，使其稳定运行。

6.调整主侧

在次级侧建立稳定状态后，对处理最终控制值的初级侧进行调整。

在级联控制中，初级侧的操作通过次级侧传递到最终控制对象。

因此，如果在次侧不稳定的情况下调整主侧，则很难确定哪个PID设置是原因。

即使使用自整定，也务必检查所用控制器的规格和操作顺序，并从次级侧到一级侧进行操作。

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安装两个传感器并不是一件好事

重要的是用每个传感器测量什么。

在主侧测量最终要控制的值，而在次级端，测量靠近操作侧的值以更快地捕捉变化。

二次侧的设定值不一定是固定的。

在典型的温度控制中，系统可以以固定的设定温度运行，例如 200°C。

在串级控制中，主侧改变次侧的设定值。

换句话说，辅助侧跟随由主侧提供的目标值，而不是跟随特定目标值。

二次方比一次方能更快地响应是很重要的

如果次级侧的响应速度与主侧一样慢，或者比主侧的响应速度更慢，就很难获得级联控制的好处。

我们将验证备用端是否配置为能够更快地检测和控制变更。

必须配置为将值从主端传递到第二端

使用两台调节计的情况下，需要将一次侧求出的值作为二次侧的设定值接受的结构。

具体的信号格式和设置方法取决于所使用的调节器。

在级联控制的说明中，通常采用由一级调节器和二级调节器这两台设备组成的配置。

然而，级联控制的本质并不在于使用两台调节器。

因此，除了合并两个控制器外，还有一些方法，比如在控制器或仪器系统内配置两个环路，具有多个控制功能。

将“两台调节器”视为实现级联（控制）的方法之一，这样就更容易理解了。

串级控制和PID控制并非互斥的；你不能只选择其中一种。

PID控制是控制方法。

级联控制是一种控制配置概念，它着重于如何连接两个控制回路。

因此，在级联控制中，存在在主回路和副回路中都使用 PID控制的配置。

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我目前解释的是级联控制的基本概念。

我公司还发布了使用两个控制器的特定施工方法的技术信息，以及可与特定控制器一起使用的级联常数。