串级PID的模块图如下：
前提条件：
中间变量可观测
中间变量可控
中间变量可以反应扰动的干扰
中间变量的反应比终末变量的反应快
特点：
(1) 由于内环回路的存在，改变了原来的对象特性，使内环回路对象的等效时间常数变小，所以使系统的过渡时间缩短了，控制作用更加及时；
(2) 改善了对象特征，起到超前控制的作用，有效抑制内环回路干扰，这种超前控制作用最适合干扰落在内环回路内的情况，若干扰落在外环回路时，超前作用就不明显了；
(3) 提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性增强；
(4) 当模型失配时，内环控制器可以很好的抑制干扰，而外环控制器则以良好的动态性能和鲁棒性能为设计目标；
(5) 由于串级控制系统的内环是一个随动控制系统，它的设定值随着外环控制器的输出而变化。外环控制器可以按照操作条件和负荷的变化情况，不断调整内环控制器的设定值，从而保证在操作条件和负荷发生变化的情况下，控制系统仍有较好的控制效果。
设计原则：
(1) 内环回路参数的选择首先必须是物理上可测的，其次应使内环回路调节过程的时间常数不能太大，调节通道尽可能短，时间滞后小，以便使等效过程的时间常数大大减小，从而提高整个系统的工作频率，加快反应速度，缩短调节时间，改善系统的控制品质。
(2) 在选择内环回路参数时，必须把主要干扰包含在内环回路中，并力求把更多的干扰包含在内环回路中，这样可以充分发挥内环回路的长处，使串级控制系统的特点更突出，并将影响外环回路参数最激烈、最频繁的干扰因素抑制到最低程度，同时确保外环回路参数的控制质量。但也不能使内环回路包含的干扰越多越好，因为内环回路包含的干扰越多，其时间滞后必然越大，迅速克服干扰的能力就会受到影响。
(3) 内环回路参数的选择应使内、外环回路的被控过程的时间常数适当匹配。显然，如果内环回路包含的干扰量越多，则其控制通道的时间常数越长，控制起来就越慢。如果内、外环回路的振荡频率比较接近时，容易引起共振，为此必须使两个振荡频率比大于3。相应的，内、外环回路过程的时间常数之比应大于3，一般控制在3～10的范围内。这样，内、外环回路之间的动态关系就非常小了。
(4) 参数的选择应该考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。
整定原则：
1, 先里后外
2, 避免广义共振（1/3-sqrt(2)）
特殊的几类PID算法及特点：
1，积分分离PID： 在被控量与设定值相差较大的情况下取消积分器，保证积分作用带来的稳定性下降。
2，抗饱和积分：控制输入量达到系统上下限值的时候，积分器仍然会正常工作，当需要退出时，积分越深，推出越慢，因此需要通过抗饱和积分的方法，提前终止积分。
3，梯形PID，可以有效减小余差。
4，变速积分，误差大的时候积分慢，误差小的时候积分块。
5，带滤波器的PID，过滤高频噪声。
6，不完全微分PID,使用一个一阶惯性环节代替微分项，起到抵抗高频干扰的作用。
7，微分先行PID,只对输出量Y做微分，不对设定值Y_ref做微分，有效抵抗系统震荡，改善动态特性。
8，带死区的PID，当误差绝对值较小时，不做控制。
9，带前馈补偿的PID,合理的前馈可以提高系统动态特性。
理论推导：
gophae
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标签：内环,干扰,PID,介绍,外环,串级,回路,时间常数 来源： https://blog.csdn.net/gophae/article/details/104552634
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