分級控制

分級控制又稱等級控制或分層控制，是指將系統的控制中心分解成多層次、分等級的制體系，一般呈寶塔型，同系統的管理層次相呼應。分級控制的特點是綜合了集中控制和分散控制的優點，其控制指令由上往下越來越詳細，反饋信息由下往上傳越來越精練，各層次的監控機構有隸屬關係，它們職責分明，分工明確。

基本介紹

• 中文名：分級控制
• 外文名：Hierarchical Control
• 含義：同系統的管理層次相呼應
• 又稱：等級控制或分層控制
• 控制類型：後饋控制 前饋控制 即時控制
• 主要套用：壓力控制系統

系統原理

分級控制的基本思想是在不同的誤差範圍內採用不同的控制器，以達到在不同條件下的不同控制，使控制系統達到理想的效果。

以高壓氣動兩級分級減壓控制系統為例，根據高壓氣動兩級控制分級減壓系統原理，可以獲得高壓氣動分級減壓控制系統結構框圖如圖1：

圖1

其中一級控制器、一級開關控制閥和一級減壓容器構成一級減壓單元；二級控制器、二級開關控制閥和二級減壓容器構成二級減壓單元；兩個減壓單元的控制模型是分別建立的，兩個減壓單元是靠二級控制閥輸出的流量如：反饋聯繫起來，並組合為一個控制系統。

控制類型

按控制反饋時間結構的不同，控制可以分為三類：

後饋控制

後饋控制是過去導向的，控制作用發生於行動之後，屬於一種亡羊補牢的控制。這類控制時管理者在獲得信息時行為結果已成事實，需要對其作出評價並決定是否採取行動以改正或調整未來可能出現的同類行動。如對超速駕駛車輛的司機給予罰款，就是一種後饋控制。

後饋控制是一種傳統的並且是最常用的控制類型，控制時間滯後是其重要特徵，控制目的在於為下一循環的工作積累經驗。

前饋控制

前饋控制是未來導向的，控制作用發生在行動之前，故又稱未來定向控制。它是在實際工作開始之前，管理者作出某種預測，對預期出現的偏差，預先採取各種防範措施，期望組織未來的活動保持在允許限度內的一種控制類型。如對司機進行有關交通法規和違章操作後果的教育就是一種想利用持續性計畫預先控制駕駛行為的企圖。

即時控制

即時控制是同期導向的，控制作用發生於行動之時。從維持組織的動態平衡的觀點來看，即時控制比等結果產生後進行行為調整的後饋控制更令人滿意，當微小的偏差發生時即時加以調整，比稍後時間改正較大的偏差來得容易。因此，即時控制對在組織繼續運行時把各種活動過程維持在期望限度之內是十分重要的。

系統特點

分級控制系統綜合了集中控制和分散控制的優點，其控制指令由上往下越來越詳細，反饋信息由下往上傳越來越精練，各層次的監控機構有隸屬關係，它們職責分明，分工明確。主要特點為以下下兩點：

1、各子系統都具有各自獨立的控制能力和控制條件，從而有可能對子系統的管理實施獨自的處理。

2、整個管理系統分為若干層次，上一層次的控制機構對下一層次各子系統的活動，進行指導性、導向性的間接控制。

套用

分級控制系統的典型套用是在壓力控制系統中的套用，以下為兩個實例。

集氣管壓力分級控制系統

集氣管壓力系統是一個多耦合、非線性、時變性、擾動幅值大的多變數系統，所以採用通常的控制方法很難達到預期的控制效果。採用傳統PID和模糊控制以及前饋補償相結合的分級控制方法，以實現集氣管壓力的平穩調節。其控制的基本思想是在不同的誤差範圍內採用不同的控制器，當誤差絕對值大於等於預先確定的臨界E時，系統工作於模糊控制方式；當誤差的絕對值小於E時，系統切換到PID控制方式。原理圖如下：

圖2

高壓氣動容積減壓分級控制系統

高壓氣動系統容積減壓與節流減壓的區別是：節流減壓後的壓力氣體直接進入氣動執行元件，是一個瞬變過程，因此沒有能量補充和恢復過程，系統損失掉的能量必然導致系統效率的降低；容積減壓後的壓力氣體能夠短時間儲存於膨脹器中，有與外界環境發生能量交換的時間條件,系統吸收環境熱量,使膨脹器內的壓力氣體的能量得到部分恢復。為了使容積減壓能量補償效果更好,提出分級控制容積減壓的概念,簡稱分級減壓。分級減壓是期望在每一級減壓中能夠得到能量補償,使系統輸出有效能儘可能增多。

高壓氣動兩級控制分級減壓系統的原理如圖3所示。

圖3

其中第一個高壓大流量氣動開關閥與第一個減壓容器構成一級減壓控制單元；第二個高壓大流量氣動開關閥與第二個減壓容器構成二級減壓控制單元。每個容積減壓控制單元中還分別包括兩個過程的交替：減壓容器充氣與放氣同時進行的過程，減壓容器沒有充氣、只有放氣的過程。兩個容積減壓控制單元可以先分別建模，然後組合為系統模型。高壓氣動兩級控制容積減壓系統中，高壓氣動開關閥的開關周期主要由二級減壓控制的負載耗氣量和壓力來決定，耗氣量越大，開關閥的工作頻率越高；一級減壓的設定壓力只要高於二級減壓設定壓力的臨界輸入壓力值，就能得到穩定的控制壓力輸出。