串级控制系统整定实验报告

串级控制系统仿真 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、串级控制系统原理

.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：

.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s δ和操作周期s T 。

（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。 三、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 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：

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(110)(120)

s s ∙++，要求被调量始终维持在设定值。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：

四、系统曲线及其整定参数

1、内回路系统的整定

利用MATLAB软件进行整定，置内回路调节器积分时间

T为零，微

i

分时间

T为零，比例带δ为较大值，并将系统投入运行。改变调节器

d

K的数值，直到系统出现4：1的衰减震荡过程。此时调节器的参数p

为

K=10，i K=0，d K=0

p

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i T 为零，微分时间d T 为零，比例带δ为较大值，并将系统投入运行。改变调节器p K 的数值，直到系统出现4：1的衰减震荡过程。 如图：

此时的比例带0.8 s δ =1.8，s T = 153 ，s δ=2.25

则计算出的PID 参数为：p K =1.8 ，i K =0.039 ，d K = 27.54 。 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。