非常规PID依然是单回路PID。打仗时，如果敌人太顽固，要么换更大的炮，把敌人轰倒；要么采用更巧妙的战术，把敌人晕倒。控制也是一样，单回路PID难以解决的问题，常常可以通过更巧妙的多回路结构来解决串级控制。
串级控制
单一的PID回路当然可以实现扰动抑制，但要是主要扰动在回路中，而且是可以明确测量的，加一个内回路作为帮手是一个很不错的主意。还记得洗热水澡的例子吗？要是热水压力不稳定，老是要为这个而调整热水龙头，那很麻烦。要是有一个人专门负责补偿热水压力，把热水稳定在要求的流量，那洗澡的时候，水温就容易控制多了，只要告诉那个人现在需要多少热水流量，而不必烦心热水压力对热水流量的影响。这个负责热水流量、自动补偿热水压力的控制回路就是内回路，也叫作副回路，而洗澡的温度就是外回路，也叫作主回路。另一个例子就是连队指挥，连长直接指挥到每一个士兵的话，顾不过来，但要是连长指挥排长，排长指挥班长，班长指挥士兵，这样分级指挥，budui就容易控制了。这种主回路指挥副回路的结构叫串级控制（CascadeControl）。串级控制以两级为多，但可以有更多级，上述连长指挥排长、排长指挥班长、班长指挥士兵的例子就是三级串级。串级控制曾经是单回路PID后工业上第一种“先进过程控制”，现在串级已经用得很多了，也不再有人把它算入“先进过程控制”了。
小猪洗澡的时候，要是有帮手专门稳定热水水温，那洗澡就舒适多了
串级控制Zui主要的功用是抑制回路内的扰动，增强总体控制性能。不过串级也不能乱用。如果主回路和副回路的响应速度差不多，或者主回路的响应速度甚至慢于副回路（通过变态的调试是可以做到的），这样的串级要出问题。这样的失败串级在理论上可以用共振频率什么的分析，但是不用费那个事，用膝盖想想就知道：一个急性子的头儿把一个温吞吞的下属指挥得团团转，结果只能是大家都精疲力竭，事情还办砸了：相反，一个镇定自若的头儿指挥一个手脚麻利的下属，那事情肯定办得好。
要是干大事的人经常被次要事情打岔，弄一个小当差的负责搞定次要事情，那就只要指挥小当差，就可以不受次要事情的干扰，专注于主要目标了。这就是串级系统的思路
镇定自若的班长指挥麻利的小兵，事情肯定办得好；急性子的班长指挥温吞吞的小兵，肯定大家一起团团转
串级控制不光有上述显性的，也就是有明确的主回路和副回路，还有隐性的。很多控制阀都有阀位控制器，控制系统指令35.6%开度的时候，阀位控制器实测实际阀位，用自带的PID控制确保阀位果真在35.6%。这其实是一个隐性的副回路。通常阀位控制器的响应很快（为秒级），也就是说，几秒钟里甚至更快就会稳定在所需的阀位，但典型过程动态和闭环响应至少是分钟级，甚至可以长达几小时，这样的隐性串级回路就没有问题。但有时碰到特别大的阀门，比人还高，带阀位控制器的响应也快不了，这时回路整定不当也会成为一个问题。尤其是高压液相过程里用的特大阀门；为了避免泄漏，阀杆密封弄得很紧密，增加摩擦，进一步增加阀门的动作时间。但高压液相过程的动态很快，这样的组合容易造成控制问题。
与阀位控制器相似的还有变频调速。交流电动机的转速可以用过变频来实现，改变转速可以改变泵机或者风机的出力，流量控制回路直接驱动泵机转速，温度控制回路直接驱动风机转速，这也是像阀位控制器一样的主副回路的情况。