串級控制系統(tǒng)（Cascade Control System）是一種先進(jìn)的過程控制策略，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，以提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。在這種控制結(jié)構(gòu)中，兩個或多個控制器串聯(lián)連接，其中一個控制器的輸出成為另一個控制器的設(shè)定值。這種控制策略的主要目的是提高系統(tǒng)對擾動的抑制能力，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并提高控制精度。

串級控制系統(tǒng)的基本組成部分包括主控制器、副控制器、執(zhí)行器、過程和傳感器。主控制器負(fù)責(zé)接收來自主傳感器的測量信號，并根據(jù)設(shè)定值計(jì)算出控制信號。這個控制信號作為副控制器的設(shè)定值，副控制器根據(jù)副傳感器的測量信號調(diào)整執(zhí)行器的操作。執(zhí)行器將控制信號轉(zhuǎn)換為實(shí)際的操作變量，如流量、壓力或溫度等，以影響過程的運(yùn)行。

串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1. 具有兩個控制器的雙回路結(jié)構(gòu)：

串級控制系統(tǒng)可以有效地抑制過程中的擾動，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)擾動發(fā)生時，副控制器可以迅速作出反應(yīng)，調(diào)整執(zhí)行器的操作，從而減小擾動對主控變量的影響。

主控制器位于外環(huán)，稱為主回路，而副控制器位于內(nèi)環(huán)，稱為副回路。主控制器的輸出被用作副控制器的設(shè)定值，副控制器的輸出則控制執(zhí)行器，從而改變副變量以實(shí)現(xiàn)對主變量的定值控制。由于引入了副回路，當(dāng)干擾進(jìn)入副回路引起副變量變化時，系統(tǒng)會在主變量發(fā)生變化之前就開始發(fā)揮控制作用。即使主變量發(fā)生變化，其變化量也會大大減少。這種超前控制的作用使得串級控制系統(tǒng)相對于簡單控制系統(tǒng)具有更快的控制過程，能夠有效地克服滯后，改善被控對象的特性，從而提高控制質(zhì)量。

2. 具有一定的自適應(yīng)能力：

在負(fù)荷和操作條件有較大變化的場合，如果對象具有非線性特性，隨著負(fù)荷和操作條件的改變，對象特性就會發(fā)生變化。串級控制系統(tǒng)可以利用副回路的負(fù)反饋控制作用來改善非線性特性。此外，主控制器會根據(jù)操作條件和生產(chǎn)負(fù)荷變化所引起的主變量變化的情況去改變輸出值，調(diào)整副控制器的設(shè)定值以控制被控變量，使之適應(yīng)操作條件或生產(chǎn)負(fù)荷變化。

串級控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)過程中，如石油化工、電力、冶金、造紙、食品加工等領(lǐng)域。在這些過程中，串級控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵參數(shù)的精確控制，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗、減少廢品率等。

總之，串級控制系統(tǒng)是一種有效的過程控制策略，具有許多優(yōu)點(diǎn)。通過合理地設(shè)計(jì)和應(yīng)用串級控制系統(tǒng)，可以顯著提高工業(yè)生產(chǎn)過程的性能和穩(wěn)定性。