串级控制与比值器应用：提升温度控制系统性能

"这篇资料主要介绍了PID控制在复杂控制系统中的应用，特别是串级控制和比值控制方案。PID控制在单回路控制系统中虽然广泛应用，但在应对大型化、时变非线性和存在严重耦合及滞后的过程时，其性能往往不足。文中提到的加热炉温度控制案例，展示了单回路PID控制的局限性，如温度控制的不及时和对特定过程控制的不足。为解决这些问题，引入了串级控制系统和比值控制系统作为改进方案。串级控制通过将温度和流量控制相结合，使流量控制器的设定值随温度变化，从而实现更精确的温度控制。此外，还提到了比值控制系统等其他复杂控制系统的类型。" 在PID控制中，比例、积分和微分作用共同作用以提高控制系统的响应速度和稳定性。比例作用根据当前误差进行调整，积分作用消除稳态误差，微分作用则预测未来误差趋势以提前进行调整。然而，对于具有大滞后和强烈耦合的工业过程，单回路PID控制往往不足以达到理想的控制效果。 串级控制系统，又称为主副控制器结构，是一种双回路控制策略。主控制器负责调节关键变量，如加热炉的温度（TC），而副控制器（如流量控制器FC）调节辅助变量（如燃料气流量）来影响主变量。这种结构能显著提高控制系统的快速响应能力，减少主变量受扰动影响的程度。在加热炉温度控制的案例中，当温度控制器检测到温度上升时，它会调整流量控制器的设定值，减少燃料供应，以保持温度稳定。 比值控制系统则是另一种用于处理两个相关变量比例关系的控制策略，例如在化学反应过程中，控制两种原料的比例。这类系统能够维持两个物料流量的固定比率，即使单个流量受到扰动，也能保证总体比例的稳定。 除了串级和比值控制，还有其他复杂控制系统，如前馈控制、均匀控制系统、分程控制系统和阀位控制系统以及选择性控制。这些系统都是为了适应特定的工艺需求和过程特性，以提升控制性能和满足严格的操作条件。 总结来说，PID串级控制通过结合不同变量的控制，增强了系统的响应能力和抗扰动性能，尤其适用于处理具有时变非线性、严重耦合和滞后特性的过程。同时，比值控制和其他复杂控制系统则为不同的工业应用提供了多样化的解决方案。