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1、 学院过程控制系统实验报告书实验名称 串级控制系统整定 专 业 自动化专业 班 级 指导教师 姓 名 学 号 实验日期 串级控制系统整定一、实验目的(1)掌握动态模型的创建方法.。(2)掌握串级控制系统整定方法。(3)了解控制系统的特点。（4）了解串联控制系统的特点。二、实验器材计算机一台，MATLAB 软件三、实验原理.串级控制系统：就是由两个调节器串联在一起，控制一个执行阀，实现定值控制的控制系统。. 串级控制系统的通用方框图： 一一一一一一 一一一 一一一一一一一一一.串级控制系统特点：（1 ）改善了被控过程的动态特性。（2）提高了系统的工作频率。（3）具有较强的抗扰动能力。（4）具有一
2、定的自适应能力。.两步整定法 （1）工况稳定时，闭合主回路，主、副调节器都在纯比例作用的条件下，主调节器的比例度置于 100%，用单回路控制系统的衰减曲线法整定，求取副调节器的比例度 和操作周期 。 ssT（2）将副调节器的比例度置于所求得的数值上，把副回路作为主回路中的一个环节，用同样方法整定主回路，求取主调节器的比例度和操作周期。四、实验步骤（1）启动计算机，运行 MATLAB 应用程序。（2）在 MATLAB 命令窗口输入 Smulink,启动 Simulink。（3）在 Simulink 库浏览窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在 Simulink 库窗口中选择菜单命令 File
3、 New Modeel,打开一个标题为“Untitled ”的空白模型编辑窗口。（4）设被控对象的传递函数为： ，要求被调量241(10)()ss始终维持在设定值。设计一个串级控制系统，并且要求控制系统的衰减率为 75%，静态误差为零。用 MATLAB 创建仿真模型。（5）按两步整定法整定调节器参数。（6）按步骤（5）的结果设置调节器参数，启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。（7）施加内扰，观测系统运行情况。. 衰减曲线法整定参数计算表：控制规律 调节器参数iTdTP 2 sPI 1.2 s0.5 sPID 0.8 s0.3 sT0.1 sT五、系统曲线及其整定参数1、内回路
4、系统的整定利用 MATLAB 软件进行整定，置内回路调节器积分时间 为零，iT微分时间 为零，比例带 为较大值，并将系统投入运行。改变调dT节器 的数值，直到系统出现 4：1 的衰减震荡过程。此时调节器pK的参数为 =10， =0， =0idK实验原理图：整定的系统曲线如下：2、外回路系统的整定利用 MATLAB 软件进行整定，内回路调节器不变，置外回路调节器积分时间 为零，微分时间 为零，比例带 为较大值，并将系统iTdT投入运行。改变调节器 的数值，直到系统出现 4：1 的衰减震荡pK过程。如图：此时的比例带 0.8 =1.8， = 153 ， =2.25ssTs则计算出的 PID 参数为
5、： =1.8 ， =0.039 ， = 27.54 。pKi dK对上述计算参数进行调整，直到曲线更好的出现 4：1 的衰减震荡过程。实验原理图：整定曲线如下：六、实验结果分析(1) 串级控制系统由于副回路的存在，提高了系统的工作频率，减小了振荡周期，在衰减系数相同的情况下，缩短了调节时间，提高了系统的快速性。（2）将计算的参数设置为 PID 参数，得到的曲线整体形状已经达到了预期要求，但超调量和衰减率还没有达到要求，故需要进一步细调。（3）对上述系统经行细调，首先调节积分环节和比例环节，使系统的衰减率近似达到 75%，同时也使系统超调量减小了，然后稍微增加系统的稳定性。PID 系统具有更好的稳定特性，系统对外界干扰响应时间短，系统干扰能力越强。
