串级pid内环和外环怎么确定

在控制系统中，串级PID控制器是一种常见的控制策略，它通过将两个PID控制器串联起来，实现对系统的精确控制。串级PID控制器由内环和外环组成，内环主要负责系统的快速响应和稳定性，外环则负责系统的稳态性能和精度。

一、串级PID控制器的基本原理

1.1 串级PID控制器的定义

串级PID控制器是一种由两个PID控制器组成的控制策略，其中一个PID控制器作为内环控制器，另一个作为外环控制器。内环控制器主要负责系统的快速响应和稳定性，外环控制器则负责系统的稳态性能和精度。

1.2 串级PID控制器的结构

串级PID控制器的结构如图1所示，其中Gp(s)为被控对象的传递函数，Gc1(s)和Gc2(s)分别为内环和外环的PID控制器。内环控制器的输出作为外环控制器的输入，外环控制器的输出作为系统的控制输入。

1.3 串级PID控制器的控制规律

串级PID控制器的控制规律可以表示为：

Gc1(s) = Kp1 + Ki1/s + Kd1*s

Gc2(s) = Kp2 + Ki2/s + Kd2*s

其中，Kp1、Ki1、Kd1为内环PID控制器的比例、积分、微分参数；Kp2、Ki2、Kd2为外环PID控制器的比例、积分、微分参数。

二、内环PID控制器的确定方法

2.1 内环PID控制器的作用

内环PID控制器的主要作用是实现系统的快速响应和稳定性。通过调整内环PID控制器的参数，可以改善系统的动态性能，提高系统的稳定性。

2.2 内环PID控制器的参数选择

内环PID控制器的参数选择主要包括比例参数Kp1、积分参数Ki1和微分参数Kd1的选择。下面分别介绍这三种参数的选择方法。

2.2.1 比例参数Kp1的选择

比例参数Kp1的选择主要取决于系统的开环增益和开环截止频率。一般来说，比例参数Kp1应该选择得足够大，以保证系统的快速响应。但是，如果比例参数Kp1过大，可能会导致系统的超调和振荡。因此，需要根据系统的具体情况，选择合适的比例参数Kp1。

2.2.2 积分参数Ki1的选择

积分参数Ki1的选择主要取决于系统的稳态误差和系统的稳定性。一般来说，积分参数Ki1应该选择得足够大，以保证系统的稳态误差最小。但是，如果积分参数Ki1过大，可能会导致系统的稳定性降低。因此，需要根据系统的具体情况，选择合适的积分参数Ki1。

2.2.3 微分参数Kd1的选择

微分参数Kd1的选择主要取决于系统的动态性能和系统的稳定性。一般来说，微分参数Kd1可以提高系统的稳定性，减小系统的超调。但是，如果微分参数Kd1过大，可能会导致系统的噪声放大。因此，需要根据系统的具体情况，选择合适的微分参数Kd1。

2.3 内环PID控制器的整定方法

内环PID控制器的整定方法主要包括试凑法、临界比例度法、衰减曲线法等。下面分别介绍这三种整定方法。

2.3.1 试凑法

试凑法是一种基于经验和直觉的整定方法，通过不断调整内环PID控制器的参数，观察系统的响应情况，逐步找到合适的参数。

2.3.2 临界比例度法

临界比例度法是一种基于系统的开环增益和开环截止频率的整定方法。首先，根据系统的开环增益和开环截止频率，计算出临界比例度Kp1c，然后根据Kp1c选择内环PID控制器的比例参数Kp1。

2.3.3 衰减曲线法

衰减曲线法是一种基于系统的动态性能的整定方法。首先，根据系统的动态性能要求，确定系统的衰减比和振荡频率。然后，根据衰减比和振荡频率，计算出内环PID控制器的比例参数Kp1、积分参数Ki1和微分参数Kd1。

三、外环PID控制器的确定方法

3.1 外环PID控制器的作用

外环PID控制器的主要作用是实现系统的稳态性能和精度。通过调整外环PID控制器的参数，可以改善系统的稳态误差和系统的稳定性。

3.2 外环PID控制器的参数选择

外环PID控制器的参数选择主要包括比例参数Kp2、积分参数Ki2和微分参数Kd2的选择。下面分别介绍这三种参数的选择方法。