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在常规的控制系统中,串级控制系统对改善控制品质有其独到之处,在工业过程控制中被广泛使用。串级控制系统适用于具有容量滞后较大、纯时延较大、扰动变化激烈而且幅度大、参数互相关联、非线性等特点的工业生产过程。研究串级控制在过程控制中的应用,有助于保持生产稳定、降低消耗和成本、提高劳动生产率,具有深远的意义。本文将预测控制算法与PID相结合,对串级控制系统进行了深入的研究,包括动态矩阵-PID (DMC-PID)串级控制算法和预测PI-PID (PPI-PID)串级控制算法的基本原理、算法优点以及可调参数对控制系统控制效果的影响,并且将该两种控制算法分别应用到双容水箱液位控制系统上,并得到较好的控制效果。本文的主要工作有：(1)串级控制算法研究。将预测控制算法与PID相结合,分别对DMC-PID串级控制和PPI-PID串级控制进行理论研究,使用MATLAB软件的m函数及Simulink工具箱对两种算法进行仿真,分析研究可调参数对控制算法的影响,并与单回路的DMC控制和PPI控制进行比较。(2)对象建模。采用阶跃响应法,对双容水箱液位被控对象进行建模,为控制算法提供所需的系统传递函数。(3)控制算法实现与应用。根据被控对象分别设计DMC-PID串级控制和PPI-PID串级控制。在Siemens S7-300的PLC平台上使用Step7梯形图编程、WinCC全局脚本编程以及数据交换实现对象的DMC-PID控制；使用Step7梯形图编程实现对象的PPI-PID控制。在WinCC监控软件上设计监控界面,对控制效果进行实时的监控。并将控制算法应用到双容水箱液位被控对象上。实现结果表明,与单回路控制方案相比,串级控制对于大滞后系统有着良好的控制效果,控制系统具有较好的抗干扰性和鲁棒性。