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针对火电厂主汽温控制系统常规固定参数PID串级控制性能欠佳的问题，提出一种改进算法整定PID参数。先用RBF网络在线辨识温度采样离散信息，得到控制器所需的Jacobian信息，然后用Levenberg-Marquardt算法代替传统的梯度法整定PID参数，得到改进的PID算法。通过对电厂主汽温串级系统仿真分析，验证了算法的快速性、抗扰性、鲁棒性。