串級控制是通過主調節器器和外給定調節器進行PID控制的方法。在級聯控制應用中，除主控制器外，輸入外給定調節器的變量也需要測量和控制，以實現更好的控制效果，例如對系統的蒸汽流量進行監控和控制，實現對物體加熱的穩定的溫度控制。
為什么采用串級控制？
對于精密應用，很難通過一個設備進行控制同時又不對產品質量產生影響。干擾因素可能會導致過大的控制超調，而且在緩慢的系統恢復過程中慣性也會帶來問題。這些問題的解決方法就是將兩個或多個調節器（每個控制器具有單獨的輸入）串聯形成一個單獨的調節裝置。
溫度控制應用示例
乳制品巴氏殺菌在乳制品巴氏殺菌應用中，加熱牛奶的水的溫度上升很快，但牛奶自身的溫度卻上升很慢，而且最關鍵的是牛奶不能過度加熱。傳統的單回路控制系統只配備一個傳感器，直接控制牛奶溫度：在牛奶溫度達到設定值前，水溫會不斷上升。然而采用單環路控制技術雖然能夠快速而高效地使牛奶到達設定值溫度，但是熱慣性會導致水溫超過牛奶溫度，繼續對牛奶加熱，引發溫度超調，最終嚴重影響牛奶質量。解決這一難題需要使用串級控制技術，一個控制回路測量牛奶溫度，另一個控制回路測量水溫。串級控制系統通過記錄的不斷升高的牛奶溫度測量值，緩慢降低水溫，使牛奶保持穩定加熱而不會產生溫度超調。
過程穩定性在串級控制中外給定調節器快速變化所產生的干擾不會影響主調節器，從而使串級控制成為精密應用的最理想解決方案。
應用示例
工業樓宇供暖設施的熱交換器級聯控制避免溫度超調的另一個典型應用是工業樓宇供暖設施中的熱交換器。在這一類型應用中，工作人員一般會在主調節器上設置設定值溫度，然后控制系統將該溫度與實際溫度進行比較，實現控制。
最大輸入值會限制套管溫度。在啟動時，主控制回路會將實際溫度與設定值溫度進行比較，然后輸出最大值，作為從調節器的設定值，然后從控制器將設定值與加熱器最大輸出的護套溫度相比較。當套管溫度升高時，從控制器控制的加熱器輸出下降。實際溫度會以一定速率升高-該速率取決于套管與產品間的熱慣性。這會導致主調節器輸出下降，降低從調節器上的“套管”設定值，有效減小對加熱器的輸出。這一過程一直持續直到系統平衡。
一個單獨的多環控制器可以實現串級控制，主環路功率直接輸入到從環路中；也可以將兩個分離的調節器連接在一起，主控制器功率作為遠程設定值輸入給到副調節器(外給定調節器)，并按比例縮放以滿足應用溫度要求-副調節器(外給定調節器)的響應時間在理想情況下應當至少比主調節器快5倍。
如何設置調節器，并調節串級控制
首先應確定主環路和次級環路的變量與測量值之間的關系。次級控制環路必須能夠對主控制環路產生影響，對系統的任何干擾都應當作用在主控制環路上。
在應用中配置串級控制時，關鍵是首先調節次級控制環。如果首先調節主控制環，則次級控制環的設定值會不斷的變化，自動調節功能就會不斷重復計算，無法完成調節。正確的做法是為次級控制環路設置一個固定的設定值，接著對其他所有參數進行調節，然后調節主控制環，這時次級控制換的設定值便取決于主控制環路。
昌暉YR-GF系列調節器在串級控制中的應用
YR-GF系列調節器功能全面，具有針對串級控制的專業算法，可以根據主、副回路中包含的擾動數量和時間常數來自動匹配最佳的控制曲線，適用于眾多應用場合。以160×80mm外形、4-20mA輸出的調節器為例，主調節器選用單回路人工智能調節器(型號為YR-GAD805-020-23-HLNN-N-P-T)，副調節器選用外給定調節器(型號為YR-GAD815-020-12/23-HLNN-N-P-T)。
當兩個或更多功能無法由一個設備完全控制時，兩個或更多控制設備的串級組合就為過程溫度控制提供了一種簡單但非常有效的解決方案。在很多應用中，串級控制都可以極大地提升產品質量，以及能源利用效率。
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