嵌套控制- 大数跨境

上海华理自动化系统工程有限公司

2025-06-27

导读：当一个控制回路的生效依赖于另一个控制回路的模式时，这两个控制回路被称为嵌套控制。串级控制的主回路和副回路是最

当一个控制回路的生效依赖于另一个控制回路的模式时，这两个控制回路被称为嵌套控制。串级控制的主回路和副回路是最常见的嵌套控制。因为只有副回路投串级，主回路的自动才能生效。

当大小阀控制一个过程变量时，常常用小阀和这个过程变量组成一个单回路，用这个控制器的输出，即小阀的阀位作为另一个过程变量与大阀组成一个阀位控制单回路。这就是非常有名的阀位控制。只有小阀投自动了，大阀的阀位控制回路的自动才能生效。所以这两个单回路也是嵌套控制，这个嵌套控制方案是通过扩展被控变量的方法实现的。

在加热炉控制中，常常用燃料控制出口温度，用空气控制氧含量。当氧含量能保证充分燃烧时，两个回路可以视作耦合的两个单回路，但是当氧含量较低时，温度控制回路的生效就非常依赖于氧含量控制。也就是这两个控制回路是弱嵌套控制。从逻辑上当然可以用燃料控制氧含量，用空气控制出口温度。此时要非常注意：氧含量控制投自动后，温度控制的自动才能生效。这就是标准的嵌套控制了。

在嵌套控制中，为了方便可以定义前置条件回路为被嵌套回路，另一个回路为嵌套回路。因为嵌套回路的被控对象特性受到被嵌套回路的影响，所以嵌套回路的整定一定要有系统观，只有按顺序进行整定才能建立秩序。串级控制要先整定副回路、阀位控制要先整定使用小阀的控制回路、加热炉用燃料控制氧含量时，则应该先整定氧含量控制回路。

大部分的PID控制都是单回路的形式。因为没有嵌套回路的系统观，所以串级控制如何整定，有的工程师就比较困惑。类似阀位控制的嵌套控制在实际工厂也很少见到。尽量减少控制回路间的耦合影响，是控制方案设计的基本原则。但是有时候利用回路间的关系可以设计出非常巧妙的控制方案。我曾经用快速MV实现反应器温度控制，用慢速MV对快速MV定位的方法实现了反应器温度的多变量协调控制。而且是在两套不同氟化工装置的完全不同的反应器，一个是快速MV涉及物料平衡需要定位，另一个则和热量分配有关。

在连续液位控制方案及APC实现中，下图的控制方案就是嵌套控制回路。原设计是两个单回路，但是因为选型问题，反而是嵌套控制能简单解决问题。这个方案中LC102是被嵌套回路，LC101是嵌套回路。如果LC102不投自动，LC101的自动就不能生效。

在互供料节能控制的再讨论中，我设计的这个ZIC阀位控制也是嵌套回路，LIC1和LIC2则是被嵌套回路。只有LIC1和LIC2投自动，ZIC的自动才能生效。

【声明】内容源于网络

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主要从事工业自动化领域的技术开发、技术服务、技术咨询以及相关技术的工程应用实施等业务。致力于用高科技改造传统流程工业，促进高新科技成果产业化，同时探索科研与生产、市场相结合的有效模式和运行机制，促进石油化工企业信息化、自动化和智能化发展

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