20113324郭少杰_串级控制系统仿真实验

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1、过程控制系统设计仿真实验报告实验名称：串级控制系统仿真实验姓名：郭少杰学号：20113324班级：2011033一、实验目的1、掌握串级控制系统的组成和原理2、掌握串级控制系统两步法PID参数整定过程。3、理解掌握串级控制系统的动态特性和克服扰动能力。二、实验步骤1、两步法整定串级控制系统的参数（1）搭建该系统的仿真模型，如图2-1所示。图2-1simulink模型（2）先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出K；然后对主调节器整定，c2求出主调节器的参数K、T。c1i（3）根据公式计算出副控制器（P控制器

2、）和主控制器（PI控制器）的各参数。（4）设置好参数后对主控制器参数进行调整，得到理想曲线。2、一类扰动和二类扰动对串级控制系统的影响（1）串级控制系统的主回路和副回路都采用单纯比例调节，根据一的实验步骤整定各参数。（2）将一类扰动D和二类扰动D分别加入已经整定好参数的串级控制系统中，12求出一类扰动D和二类扰动D在单位阶跃时主被控量的静差。12三、一类扰动和二类扰动对简单控制系统的影响（1）调节器的比例增益K=5.4，搭建仿真模型。c（2）将一类扰动D和二类扰动D分别加入到简单控制系统中，求出一类扰动二

3、12类扰动D和二类扰动D在单位阶跃时的静差。22三、实验记录1、两步法整定串级控制系统的参数（1）将副回路单独拿出如图2-2，当副回路过渡过程出现等幅振荡时,副回路控制器比例系数k=24.25；c20图2-2对副调节器整定模型与K24.25时系统输出呈临界振荡c2根据稳定边界法整定参数计算表，整定参数P2P8.247%mK12.125。c2图2-3对主调节器整定模型图2-4K21.75时，系统输出呈临界振荡c1根据稳定边界法整定参数计算表，整定参数P2.2P10.115%;Ti0.85

4、T0.8511.59.775。mm图2-5整定后的系统simulink搭架图图2-6稳定边界法的输出（2）如果主调也用比例作用，求二类扰动D2和一类扰动D1在单位阶跃时主被控量的静差，并进行分析。图2-7主调为比例作用的simulink框图图2-8二类扰动D2和一类扰动D1比较图图2-9无扰动（紫）、二类扰动D2（黄）和一类扰动D1（蓝）输出曲线对比无扰动的静差：0.0819二类扰动D2的静差：0.0887一类扰动D2的静差：0由图2-9可知，当有干扰D2进入副回路中时，系统可以很快地抑制干扰，而

5、干扰D1略差。图2-10对二类扰动D2不同增益时对比图2-11对二类扰动D2不同增益时对比2由图2-11可知，串级系统对于二类扰动D2具有较强的抑制能力。图2-12对一类扰动D1不同增益时对比图2-13对一类扰动D1不同增益时对比2由图2-13可知，串级系统对于一类扰动D1明显弱于二类扰动D2。（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益Kc5.4，再分别求出二类扰动D2和一类扰动D1在单位阶跃时的静差，且与（2）比较分析。图2-14简单控制和串级控制无扰动simulink图2-15简单控制（黄）和串

6、级控制（紫）无扰动对比图由图2-15可知串级系统用一个闭合的副回路代替了原来一部分广义对象，改善了对象的特性。图2-16简单控制和串级二类扰动D2分析图图2-17简单控制和串级二类扰动D2分析图2串级无扰动（紫）、串级D2扰动（红）、简单控制无扰动（蓝）、简单控制D2扰动（黄）图2-18简单控制和串级一类扰动D1分析图图2-19简单控制和串级一类扰动D1分析图2串级无扰动（紫）、串级D1扰动（红）、简单控制无扰动（蓝）、简单控制D1扰动（黄）由图2-17与图2-19可知，对于二类扰动D2，串级系统能有效地

7、抑制，对于一类扰动D1，串级系统不能抑制扰动。而简单控制系统，不能抑制一类和二类扰动。四、结果分析1、由图2-9可知，串级系统对于二类扰动D2具有较强的抑制能力，而对于一类扰动D1的控制能力明显弱于二类扰动D2。2、由图2-17与2-19可知，对于简单控制系统，不能抑制一类和二类扰动。3、由图2-15可知，串级系统用一个闭合的副回路代替了原来一部分广义对象，改善了对象的特性。4、由图2-17可知，对于二类扰动，串级控制系统的控制效果好于简单控制。5、由图2-19可知，对于一类扰动，串级控制系统的控制效果好

8、于简单控制。五、思考题1、说明两步法整定串级控制系统的具体步骤。答：①将主副控制器都设置为比例控制器，按单回路系统的稳定边界法整定副回路，调节副回路控制器参数。②保持副控制器参数不变，用稳定边界法来整定主回路，得到Pm和Tm，调节主控制器参数。③先副回路，后主回路，做一些扰动试验，观察过渡过程曲线，做适当参数调整，直到控制品质最佳为止。2、说明串级控制系统在对象动态特性和克服扰动能力上较单回路控制系统的优点。答：串级系统用一个