串级PID控制

引入

  普通PID控制器是基于单回路设计的，但在某些情况下，同一个被控对象可能会同时受到多个控制变量的影响，或者为了实现更精确的控制效果，需要引入多个控制变量协同工作，以达到更好的控制性能。
  例如，在四旋翼无人机的高度控制中，我们希望无人机在给定一个目标高度后，能够尽快且平稳地到达该高度。在这一过程中，无人机的运动通常表现为：起初通过较大的推力加速上升，接近目标高度时逐渐减小推力以减速，从而避免冲过目标高度。我们能直接控制的是电机的总推力，而推力的作用会产生垂直速度，从而使无人机上升并到达指定高度。在这里涉及两个关键变量：一个是电机的总推力，另一个是垂直速度。
  如果仅使用单回路控制，总是直接调节电机的总推力以使无人机的高度尽快接近目标值，虽然可能短时间内达到目标高度，但难以控制无人机的速度，这可能会导致无人机冲过目标高度甚至产生振荡。为了解决这一问题，我们可以引入串级控制系统：通过内环调节电机的总推力来控制垂直速度，再通过外环调节垂直速度来控制高度。这样，系统能够实现更精确的高度控制效果，同时提升响应速度与稳定性。

什么是串级PID系统

  串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到了广泛的应用。所谓串级控制，就是采用两个控制器串联工作，外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出去操纵执行器，从而对外环被控量具有更好的控制效果。这样的控制系统被称为串级系统。PID串级控制就是串级控制中的两个控制器均为PID控制器。