串级控制系统整定实验报告
实验一 火电厂过热汽温串级控制系统整定实验
实验一 串级过热汽温控制系统的设计与参数整定一、实验目的1) 熟悉串级控制系统的组成和工作原理。
2) 掌握串级回路理论整定方法，获得理想整定参数。
3) 掌握Matlab 设计系统框图的方法。
二、实验设备计算机 三、实验原理过热汽温控制对象导前区的迟延和惯性比惰性区要小，而且副调节器又选用P 或PD 控制规律，在这种情况下，内回路的控制过程要比外回路的控制过程快得多。
此时，串级汽温控制系统可以采取内、外回路分别整定的方法进行整定。
控制系统原理如图1所示图1 串级过热汽温控制系统原理框图其中各环节的传递函数为：221211012232201111();()(1)9()()()(/)(115)(125)8()(/)(115)0.1(/)1T T i O O O O Z W s W s T SW s W s W s C V S S W s C V S V C K K θθμδδγγ⋅==+==++=+===当ψ＝0·75时，主、副调节器的理论整定参数为，10.5δ=，20.04δ=，174()i T s =。
四、实验内容和步骤 1) 打开Matlab ，然后单击图标或者在命令行键入simulink ，启动simulink 程序。
2) 新建一个文件，按照图2设计系统框图。
3)系统设计完毕后，此处调节为1000，点击左边箭头启动，双击示波器观察波形。
4)对上图中PID模块进行调试，使超调量为45%左右，调节时间500以内，衰减比4：1左右。
根据下表所给范围选择7组数据，进行调试。
A.先整定主调节器，然后整定副调节器。
B.对于每个调节器，先整定P值，将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。
C.然后整定I值，减小积分时间加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到满意的相应，确定比例和积分的参数。
注意：调节PID模块时，将调节器传递函数展开，公式P+I/s+Ds对应P，I，D三个参数。
串级控制实验步骤-给学生
过程控制系统实验报告姓名：黄佳鑫班级：自动化1201学号：1210410106实验三：利用MATLAB/对串级控制系统进行仿真一、实验目的1．学会利用MATLAB/Simulink 对串级控制系统进行参数整定。
2．学会利用MA TLAB/Simulink 分析串级控制系统的抗干扰能力。
二、实验设备安装Windows 系统和MATLAB 软件的计算机一台。
三、实验内容构成以锅炉温度为主变量，锅炉夹套温度为副变量的串级控制系统，假设主、副对象传递函数分别为试采用串级控制设计主、副PID 控制器的参数，并与等效的简单控制系统进行抗干扰能力的比较。
四、实验步骤1．系统设计和参数整定1）简单控制系统(1) 利用NCD Outport （ 或Signal Constraint ）模块，建立如下图所示的简单控制系统的Simulink 结构图。
图一 仿真电路图首先点击Simulation →Configuration Parameters(stop time 设置为100，其余参数采用默认值) 在MA TLAB 窗口中利用以下命令对PID 控制器的初始值进行任意设置：>>Kc=1;Ti=1;Td=1; 然后，双击Signal constraint →g oals →desired response →点击第2个选框→进行设置参数（Settling Time 为25、Rise Time 为15、% overshoot 为12,其余参数采用默认值）单机ok 。
图二11()(301)(31)p G s s s =++221()(101)(1)p G s s s =++注：在图二中应注意把Final value的值改到和给定值相同的值，因为我们控制的最终目的是达到给定要求。
Optimization →T uned Parameters→add(添加需要优化的参数，参数采用默认值)→点击ok。
图三注：在操作图三的过程中，应采取默认值，因为我们实验前不知道参数的准确范围，所以采用默认参数，如若能确定参数的范围，可以进行最大值和最小值的修改，但范围尽量选的较大。
串级控制系统实验
实验四串级控制系统实验一、实验目的1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。
2．掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
二、实验设备1．THPCAT-2型现场总线过程控制对象系统实验装置；2．AT-I智能调节仪表挂件、RS485/232转换器及RS485通讯线；3．PC机。
三、实验原理图4-1是串级控制系统的方框图，该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。
图4-1 串级控制系统方框图R-主参数的给定值； C1-被控的主参数； C2-副参数；f 1(t)-作用在主对象上的扰动； f2(t)-作用在副对象上的扰动。
本实验要求针对水箱液位控制系统设计串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。
主控回路中的调节器称主调节器，副控回路中的调节器称副调节器，主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。
副调节器的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制主对象液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。
由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。
四、实验内容与要求1.实验前的准备工作：1）实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题，并按实验项目准备记录等。
2）实验前应了解实验装置中的对象、水泵和所用控制组件的名称、作用及其所在位置,如图4-2所示，以便于在实验中对它们进行操作和观察。
3）熟悉实验装置面板图，要求做到由面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实际位置；4）熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。
实验三 串级控制实验2016
实验三串级控制实验一、实验目的1．熟悉串级控制系统的结构与特点。
2．掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主变量的影响。
二、实验设备1．PCS-C型过程控制综合实验装置(DDC控制单元、信号及控制板)。
2．计算机及MCGS组态软件(PCS-C-DDC.MCG)。
3．实验专用线若干及九芯通讯线两根。
三、实验原理本实验采用计算机控制,将下水箱液位控制在设定高度。
串级回路是由内反馈组成的双环控制系统，属于复杂控制范畴。
在计算机中设置了两个虚拟控制器作为主副控制器。
将上水箱的液位信号输出作为主控制器输入，主控制器的输出作为副控制器的输入，在串级控制系统中，两个控制器任务不同，因此要选择控制器的不同调节规律进行控制，副控制器主要任务是快速动作，迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定是无静差。
主控制器的任务是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主控制器采用PI控制器也可考虑采用PID控制器。
上下水箱液位串级控制系统的方块原理图如图4.2所示。
图4.1 液位串级控制系统块原理图串级控制系统的参数整定参考本章概述部分内容。
四、实验步骤与内容1．了解实验装置中的对象，流程图如图4.2所示。
图4.2 上下水箱液位串级控制系统流程图2．按图4.3接好实验导线和通讯线。
图4.3上下水箱双容串级控制实验接线图（高联实验台）上下水箱双容串级控制实验接线图（云创实验台）3．将控制台背面的通讯口与上位机连接。
4．将手动阀门1V1、V4、V6打开，将手动阀门1V6、1V7、LV关闭。
5．先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开直流电压和DDC控制单元电源。
6．打开计算机上的MCGS运行环境，选择“系统管理”下拉菜单中的“用户登录”，出现如下界面。
图4.4 用户登录界面7．点击“确认”，用户登录完毕。
选择“串级控制实验”下拉菜单中的“上下水箱双容控制实验”。
实验3 串级控制系统实验
实验三串级控制系统实验
一．试验类型：设计型。
二．实验目的：
⒈掌握串级控制系统的组成、结构和设计方法。
⒉掌握串级控制系统的投运步骤。
⒊掌握控制器参数的整定方法。
⒋掌握串级控制系统回路状态的无扰动切换方法。
三．实验内容：
水槽的液位控制系统：
针对过程控制实验装置，设计水槽的液位串级调节系统。
设计并实施控制方案，进行参数整定。
四．实验要求：
⒈根据工艺流程设计控制方案，确定测量点和控制点（调节量和被调量），绘出控
制系统工艺流程图。
⒉绘出控制系统方框图。
⒊画出控制系统电路原理图。
⒋按步骤投运，进行控制器参数整定，加干扰测试，使系统达到4：1衰减过渡过
程。
五．实验设备：
⒈被控对象：水槽液位。
⒉控制装置：PLC。
⒊仪表：液位变送器。
⒋执行器：电动调节阀。
⒌附属设施：变频器，水泵等。
六．预习要求：
预习串级控制系统相关知识。
严格按实验要求中各项内容进行准备，绘制所需图表，描述整定方法，并准备调试过程数据记录表格。
预先确定实验步骤。
七．实验报告要求
⒈控制方案说明，系统方框图和接线图。
⒉参数整定结果及相应过渡过程曲线。
⒊总结PID参数对控制效果的影响。
4．与实验二的结果对比，分析串级控制系统的特点。
八．思考题
⒈串级控制系统的特点。
4。
自控实验报告控制系统串联校正
自动控制原理实验报告（III）一、实验名称：控制系统串联校正二、实验目的1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
三、实验内容1. 设计串联超前校正，并验证。
2. 设计串联滞后校正，并验证。
四、实验原理1. 系统结构如图3-1图3-1其中Gc(s) 为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机来实现。
2. 系统模拟电路如图3-2图3-2各电阻电容取值R3=2MΩ R4=510KΩ R5=2MΩC1=0.47μF C2=0.47μF3. 未加校正时Gcs=14. 加串联超前校正时Gcs=aTs+1Ts+1 (a >1)给定 a = 2.44 , T = 0.26 , 则 Gcs=0.63s+10.26s+15. 加串联滞后校正时Gcs=bTs+1Ts+1（0<b<1）给定b = 0.12 , T = 83.33, 则Gcs=10s+183.33s+1五、数据记录未加校正超前校正滞后校正ts实测值/s 5.90 2.3515.24 ts理论值/s 5.41 1.9215.14γ/°25.546.855.7ωc/rad∙s-1 2.11 2.430.48（1）未加校正（2）超前校正（3）滞后校正3. 系统波特图（1）未加校正环节系统开环传递函数Gs=4s2+s（2）串联超前校正系统开环传递函数Gs=2.52s+40.26s3+1.26s2+s（3）串联滞后校正系统开环传递函数Gs=40s+483.33s3 + 84.33s2+s六、数据分析1、无论是串入何种校正环节，或者是否串入校正环节，系统最终都会进入稳态，即三个系统都是稳定系统。
2、超前校正：系统比未加校正时调节时间短，即系统快速性变好了，而且超调量也减小了。
从频率角度来看，戒指频率减小，相位稳定域度增大，系统稳定性变好。
3、滞后校正：系统比未加校正时调节时间长，即系统快速性变差了，但是超调量减小了很多，甚至比加串联超前校正时的超调还小。
总结串级控制系统实验
文件编号： AC -40-58-81-D5整理人 尼克 串级控制系统实验辽宁省高等教育自学考试（应用本科）《过程控制工程（实践）》一、实验题目：水箱液位与进水流量串级控制实验二、实验目的：1．了解液位-流量串级控制系统的组成原理。
2．掌握液位-流量串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
三、仪器设备：DDD-Z05-I 实验对象一台、DCS网络控制柜、DDD-Z05-III 电源控制柜一台、计算机一台、万用表一个；四、注意事项：1．实验之前确保所有电源开关均处于“关”的位置。
2．接线或拆线必须在切断电源的情况下进行，接线时要注意电源极性。
完成接线后，正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确，并请指导老师确认无误后，方能通电。
3．在投运之前，请先检查管道及阀门是否已按实验指导书的要求打开，储水箱中是否充水至三分之二以上，以保证磁力驱动泵中充满水，磁力驱动泵无水空转易造成水泵损坏。
4．在进行温度试验前，请先检查锅炉内胆内水位，至少保证水位超过液位指示玻璃管上面的红线位置，无水空烧易造成电加热管烧坏。
5．实验之前应进行变送器零位和量程的调整，调整时应注意电位器的调节方向，并分清调零电位器和满量程电位器。
6．小心操作，切勿乱扳硬拧，严防损坏设备。
五、实验原理：本实验系统的主控量为上水箱的液位高度h，副控量为电动调节阀支路流量，它是一个辅助的控制变量。
系统由主、副两个回路所组成。
主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量h 等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。
副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量h 的控制目的，因而副调节器可采用P控制。
但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例带必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。
引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。
实验一 串级控制实验
实验一串级控制实验本次实验是串级控制实验，主要是为了掌握串级控制系统的设计方法和实现原理。
串级控制系统是指将多个控制环连接起来，形成多级控制系统，以实现对复杂系统的精确控制。
实验原理：串级控制系统是由多个控制环组成的层次结构控制系统，每个控制环的输出信号作为下一级控制环的输入信号，从而实现多级控制。
通常情况下，每个控制环的控制目标涉及到不同的控制量，所以控制器的参数也不同。
串级控制系统的主要特点是控制响应速度快、稳定性高、抗干扰能力强。
因为如果存在一定的干扰或负载变化，只会影响到当前控制环的输出，而不会对整个系统的控制产生影响。
本次实验使用的是小车导航控制系统，主要由两个控制环组成：速度控制环和方向控制环。
速度控制环通过调节电机的电压来控制小车的速度，方向控制环通过控制小车的方向舵机来控制小车的方向。
实验步骤：1.按照实验器材说明书连接好实验电路，并给各个元器件供电。
并将速度控制和方向控制连接起来。
2.用示波器检查小车电机的转速和方向舵机的角度是否正确。
3.按照实验要求，完成串级控制系统的参数设计，同时对速度控制环和方向控制环进行调整。
4.对小车进行测试，分别调取不同的目标值，在实验过程中观察串级控制系统的控制响应速度、稳定性等指标。
5.依据实验数据，观察控制器参数的变化规律，并对控制系统的性能进行优化设计。
实验结果：通过实验，我们可以得出如下结论：1. 串级控制系统的响应速度非常快，控制精度高，能有效地抵抗干扰。
2. 串级控制系统的控制参数对系统的性能影响非常大，正确的参数设置是实现控制性能的关键。
总结：本次实验主要学习了串级控制系统的设计方法和实现原理。
在实验过程中，我们对控制器参数进行调整和测试，得到了不同控制目标下的实验数据，并对数据进行分析和总结，为实现控制系统的最优化设计提供了依据。
串级控制系统整定实验报告
串级控制系统整定实验报告本次实验旨在掌握串级控制系统的整定方法，实验采用了PI控制器对串级控制系统进行整定，并对实验结果进行分析。
一、实验原理1. 串级控制系统的构成串级控制系统由两个控制器组成，上位控制器和下位控制器。
它们之间通过某种方式相互联系，实现对被控制对象的控制。
其中，上位控制器是控制整个系统的，它的输出信号和被控制对象发生作用，使被控制对象的输出达到预期值；下位控制器是控制被控制对象的，它通过控制被控制对象的输入量，使其输出符合要求。
2. PI控制器PI控制器是一种比较常见的控制器，在控制对象存在较大惯性时，应用比较广泛。
它就是对比例控制器和积分控制器的组合，可以使输出更快速地接近目标值，并且具有谷值现象消失的优点。
PI控制器的传递函数为：Gc(s) = Kp + Ki/s其中，Kp是比例增益，Ki是积分增益，s是惯性环节。
3. 整定方法常用的PI控制器整定方法有经验法和试验法两种。
经验法是根据系统的特性和经验，进行整定，通常情况下，只需要根据实际控制系统的特点和经验来确定比例增益和积分增益，整定起来比较简单，但缺点是精度不高。
试验法是通过不断试验调整比例增益和积分增益，让系统的响应满足某种条件，从而获得最优的控制效果。
试验法整定起来比较繁琐，但是精度高，能够获得最优的控制效果。
二、实验过程1. 实验装置及原理图本次实验的串级控制系统如下图所示：其中，上位控制器采用了PI控制器，下位控制器采用了P控制器。
被控对象为有机硅喷淋塔，输出为有机硅的质量含量。
2. 实验步骤（1）按照上图将实验装置连接，打开实验软件。
（2）设置实验参数，并开始实验。
（3）通过试验方法进行PI控制器的参数整定，在试验过程中，不断调整比例增益和积分增益，使得系统的稳态误差尽可能小。
（4）根据实验结果进行分析。
三、实验结果分析经过试验，得到的PI控制器参数为：比例增益Kp=0.01，积分增益Ki=0.0001。
串级控制实验报告
过程控制工程实验报告实验名称：串级控制系统班级：组员：思考题1． 若控制阀为气闭式，试分析液位-液位串级系统中主、副控制器的正、反作用应如何选？主控制器选反作用， 副控制器选正作用分析：在串级控制系统中主副控制器正、反作用的选择遵循先副后主的原则； 副回路确定与单回路相同，即各环节放大倍数乘积为负，控制阀为气闭阀即为负，变送器和水箱液位都为正，故副控制器应为正作用； 主回路中，把负回路等效为一正环节，因为液位变送器和水箱液位都为正，故主控制器应为负作用。
2. 如何才能保证串级控制系统的无扰动切换？先副后主：调节主控制器的输出，使其等于副回路的测量值，这时副回路的偏差为0，则副控制器的自动电流将跟踪等于手动电流，于是可将副控制器切入自动； 当副环切入自动控制稳定，主变量接近或等于设定值时，调整主控制器器的设定值，使主控制器偏差为0，此时主控制器的自动输出电流跟踪等于手动输出电流，于是可将主控制器切入自动。
3．串级系统投运整定前需要做好哪几项工作？①检查管路、阀门（闸板的高度），设备加电；进行控制系统信号连线，构建一个有主参数、副参数，主控制器、副控制器和控制阀的完整串级控制系统。
②启动实验软件，置主、副控制器皆为手动状态；先调整副控制器的手动输出为50-60%，开启副回路动力装置；待系统达到平稳，各控制量处于中间合适位置即可。
③控制系统投自动前，务必要确认控制系统闭环后一定是负反馈的，即控制作用是消弱而不是增强干扰作用的影响。
根据调节回路中各环节作用关系、控制阀的开闭方向来判定、确定主、副控制器的正、反作用。
4．一步整定法的依据是什么？依据：在串级控制系统中一般来说，主变量时工艺的主要操作指标，直接关系产品的质量，因此对它要求比较严格。
而副的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。
串联校正实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解串联校正的基本原理和设计方法。
2. 掌握利用串联校正装置改善系统性能的方法。
3. 通过实验验证串联校正对系统动态性能的影响。
二、实验原理串联校正是一种常用的控制系统设计方法，通过在系统的输入端或输出端添加校正装置，来改善系统的动态性能和稳态性能。
本实验主要研究串联校正对系统相位裕度和增益裕度的影响。
三、实验器材1. 控制系统实验平台2. 信号发生器3. 示波器4. 信号调理器5. 校正装置（如PID控制器、滤波器等）6. 计算机及仿真软件四、实验步骤1. 搭建实验系统：根据实验要求搭建控制系统实验平台，包括被控对象、校正装置和测量装置。
2. 设置实验参数：设置被控对象和校正装置的参数，如PID参数、滤波器参数等。
3. 进行开环实验：通过信号发生器向系统输入不同频率的正弦信号，利用示波器观察系统的输出响应，记录系统的相位裕度和增益裕度。
4. 进行闭环实验：将系统切换到闭环状态，再次输入正弦信号，观察系统的输出响应，记录系统的相位裕度和增益裕度。
5. 分析实验结果：比较开环和闭环实验结果，分析串联校正对系统性能的影响。
五、实验结果与分析1. 开环实验结果：通过开环实验，可以得到系统的相位裕度和增益裕度，以及系统的频率响应曲线。
2. 闭环实验结果：通过闭环实验，可以得到系统的相位裕度和增益裕度，以及系统的频率响应曲线。
3. 分析结果：- 当校正装置的参数设置合理时，系统的相位裕度和增益裕度会得到改善，从而提高系统的稳定性。
- 串联校正可以有效地抑制系统的振荡和超调，提高系统的响应速度。
- 串联校正对系统的稳态误差也有一定的影响，需要根据实际需求进行调整。
六、实验结论1. 串联校正是一种有效的控制系统设计方法，可以改善系统的动态性能和稳态性能。
2. 通过合理设置校正装置的参数，可以有效地提高系统的稳定性、响应速度和稳态精度。
3. 在实际应用中，需要根据被控对象和系统的具体要求，选择合适的校正装置和参数。
串级控制系统的参数整定与性能分析
3-4串级控制系统的参数整定与性能分析一、实验目的1)、用逐步逼近法整定参数；2)、用两步整定法整定参数；3)、用一步整定法整定参数。
二、实验设备过程控制对象一台，系统操作台一台。
三、实验方法与要求a)、按照工艺流程图及电器接线图，正确开关工艺管道和连接电路。
b)、打开电源，对调节仪表进行参数设定：上限报警(HIAL) 100 下限报警(LOAL)0 正偏差报警(dHAL)105负偏差报警(dLAL) 0 比例带(P)50 积分时间(I)120微分时间(D) 30 输入规格(Sn)33（主）32（副）输入上限显示值(dLH)100输出方式(oP1) 4 输出上限(oPH)100 通讯地址(Addr)系统功能(CF) 10/8 运行状态(run)126c)、启动水泵，等高位水箱开始溢流（溢流管开始出水）后，并且被控对象稳定（锅炉或双容的液位不变）后，对设定值做阶跃扰动（+/-10），观察系统的输出响应，整定参数至衰减比合适，记录数据。
(1)使用逐步逼近法时，先不考虑主回路的存在而采用任意一种单回路调节器参数整定法调节整定副调节器参数，求得副调节器参数[Gc2]1；再将副调节器等效成一个环节用同样的方法求得主调节器参数[Gc1]1；然后按照上步所得结果在主回路闭合的情况下再次求取副调节器参数[Gc2]2,观察曲线若已满足则[Gc1]1、[Gc2]2即为所求参数；否则继续反复进行直到满足为止。
(2)使用两步整定法时,先在主副回路闭合情况下事主调节器为纯比例运行(比例度=100%),用4：1衰减曲线法整定副调节器参数；然后将副回路等效成一个环节，用同样的方法整定主调节器参数；最后按照先副后主、先比例后积分再微分的次序投入运行进行必要调整后达到质量满意。
(3)使用一步整定法时，由Kc1Kc2=Ks<=0.5或经验确定Kc2,并将其设置在副调节器上，再按照单回路控制系统的衰减曲线法整定主调节器的参数最后根据Kc1与Kc2互相匹配的原理适当调整使满足要求。
实验一 串级控制实验
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综合以上各图可以看出采用单回路控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次，二 次扰动的抑制效果不是很好。 下面考虑采用串级控制时的情况，下图为串级控制时的 Simulink 模型图：
图中， q1 为一次扰动， 取阶跃信号； q2 为二次扰动， 取阶跃信号； PID C1 为主控制器， 采用 PID 控制，PID C2 为副控制器，采用 PID 控制；Go2 为副对象；Go1 为主对象；r 为系 统输入，取阶跃信号；c 为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。 经过不断试验，当 PID C1 为主控制器输入比例系数为 8.4，积分系数为 12.8，微分系数 为 0 时；当 PID C2 为主控制器输入比例系数为 10，积分系数为 0，微分系数为 0 时；系统 阶跃响应达到比较满意的效果，系统阶跃响应如下图所示：
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由图可知系统的阶跃响应效果不理想，超调太大，需要进行精调。按照步骤 4 反复实验 当 Kc1=8.4，Ki =12.8，Kc2=10 时，系统阶跃响应如下图所示：
由图可知系统的阶跃响应效果比较理想，此时整定的主副回路的参数比较合理。当然， 还可以调整不同的参数组合，以取得满意的输出响应曲线。这是一个反复的实验过程，利用 Simulink 这一便捷的工具具有很大的优势。
图中采用单回路控制的 Simulink 图，其中，q1 为一次扰动，取阶跃信号；q2 为二次扰 动，取阶跃信号；Go2 为副对象；Go1 为主对象；r 为系统输入，取阶跃信号；c 为系统输出， 它连接到示波器上，可以方便地观测输出。 图中的 PID C1 为单回路 PID 控制器，它是按照 PID 原理建立的 Simulink 中的子模块， 其内部结构如下图所示：
PID 控制器模块子系统的参数设置如下图：
过程控制系统串级控制系统实验
实验一串级控制系统组成实验一、概念在串级控制系统中，采用了主、副两只控制器，其中主控制器的输出作为副控制器的给定，而由副控制器的输出去控制控制阀。
本次实验采用仪表实验装置，其内容就是让学生自行连成液位与液位及液位与流量两个串级控制系统。
二、目的要求、1．熟悉实验装置(参见实验指导书)。
2．利用所提供的液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量，一阶液位L1为副变量，F2为控制变量的液位与液位串级控制系统。
3．利用液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量，以一阶液位F l为副变量和控制变量的液位与流量串级控制系统。
三、注意事项1．本次实践只连线路，不允许接通电源。
四、思考问题1．串级控制系统中主、副控制器的内、外给定开关应如何放置?2．试分析液位与液位串级控制系统在干扰作用下的工作过程。
3．已知控制阀为气闭式，并安装在水槽的入口处，试分析液位与液位串级控制系统中主、副控制器的正、反作用应如何选?实验二串级控制系统的投运和整定一、概述串级控制系统具有主、副两只控制器，因此投运和整定要比单回路系统复杂一些。
但只要按照先副后主的步骤循序进行，并掌握住投运和整定的要领，串级控制系统的投运和整定方法也是不难掌握的。
串级控制系统的整定方法很多，本次采用的是一步整定法。
即先根据副变量的类型，按经验数据将副控制器参数一次性放好，不再改变，然后再按单回路系统的4：1衰减曲线法直接整定主控制器的参数。
本次实验要求学生利用所提供的液位实验装置连成一个以二阶液位L2为主变量，一阶液位L l为副变量，F2为控制变量的液位与液位串级控制系统，并对该系统进行投运和整定实践。
二、实验目的1．串级控制系统的投运2．串级控制系统控制器参数的整定三、实验要求1．掌握串级控制系统的投运方法。
2．掌握一步整定法整定串级控制系统控制器参数的方法。
3．要求学生根据实验的目的要求自行拟定实验步骤。
4．实验完成后一星期内每人提交一份实验报告，内容要求同前。
串级控制系统整定实验报告
串级控制系统整定实验报告实验目的：掌握串级控制系统的整定方法，了解串级控制系统的特点和优势。
实验器材：1.信号发生器2.示波器3.串级控制系统实验装置4.计算机实验原理：串级控制系统是由两个或多个级联连接的控制环路组成的。
它以内环的输出作为外环的输入，通过内环的控制作用影响外环的控制效果。
内环的任务是根据外环发送过来的控制指令对被控对象进行快速而精确的调节，外环的任务则是为内环提供稳定的控制环境，并保持内环的输出在可接受的范围内。
实验步骤：1.搭建串级控制系统实验装置，根据实验要求连接信号发生器、示波器和计算机。
2.设计合理的控制结构，确定主控制器和辅助控制器的类型和参数。
3.根据实验要求设置信号发生器的输出频率，在示波器上观察到输入和输出信号的波形。
4.在计算机上打开数据采集软件，记录输入和输出信号的数据。
5.根据采集到的数据计算系统的频率响应曲线，并分析系统的参数，包括幅频特性、相频特性和相位裕量。
6.根据分析结果对控制器的参数进行整定，使系统的稳定性和性能达到要求。
7.重复实验步骤3-6，直到系统的控制效果满足要求。
实验结果：根据实验数据计算得到的频率响应曲线显示，系统在低频段（0~10Hz）具有较大的增益，但随着频率的增加，增益逐渐减小。
相频特性显示，系统的相位随着频率的增加而呈现出先增大后减小的趋势。
相位裕量为20°，说明系统具有较好的相位裕量，有一定的稳定性。
实验结论：通过实验可以得出，串级控制系统具有较好的控制效果和稳定性。
同时，通过频率响应曲线的分析和参数的计算，可以对控制器的参数进行整定，使系统的性能得到改善。
实验中还发现，串级控制系统整定方法具有一定的难度，需要丰富的理论知识和实践经验才能得到较好的结果。
因此，在实际应用中，需要根据系统的具体情况和要求选择合适的整定方法，并进行充分的实验验证，以确保系统的控制效果和稳定性。
串级控制系统的参数整定与性能分析
3-4串级控制系统的参数整定与性能分析一、实验目的1)、用逐步逼近法整定参数；2)、用两步整定法整定参数；3)、用一步整定法整定参数。
二、实验设备过程控制对象一台，系统操作台一台。
三、实验方法与要求a)、按照工艺流程图及电器接线图，正确开关工艺管道和连接电路。
b)、打开电源，对调节仪表进行参数设定：上限报警(HIAL) 100 下限报警(LOAL)0 正偏差报警(dHAL)105负偏差报警(dLAL) 0 比例带(P)50 积分时间(I)120微分时间(D) 30 输入规格(Sn)33（主）32（副）输入上限显示值(dLH)100输出方式(oP1) 4 输出上限(oPH)100 通讯地址(Addr)系统功能(CF) 10/8 运行状态(run)126c)、启动水泵，等高位水箱开始溢流（溢流管开始出水）后，并且被控对象稳定（锅炉或双容的液位不变）后，对设定值做阶跃扰动（+/-10），观察系统的输出响应，整定参数至衰减比合适，记录数据。
(1)使用逐步逼近法时，先不考虑主回路的存在而采用任意一种单回路调节器参数整定法调节整定副调节器参数，求得副调节器参数[Gc2]1；再将副调节器等效成一个环节用同样的方法求得主调节器参数[Gc1]1；然后按照上步所得结果在主回路闭合的情况下再次求取副调节器参数[Gc2]2,观察曲线若已满足则[Gc1]1、[Gc2]2即为所求参数；否则继续反复进行直到满足为止。
(2)使用两步整定法时,先在主副回路闭合情况下事主调节器为纯比例运行(比例度=100%),用4：1衰减曲线法整定副调节器参数；然后将副回路等效成一个环节，用同样的方法整定主调节器参数；最后按照先副后主、先比例后积分再微分的次序投入运行进行必要调整后达到质量满意。
(3)使用一步整定法时，由Kc1Kc2=Ks<=0.5或经验确定Kc2,并将其设置在副调节器上，再按照单回路控制系统的衰减曲线法整定主调节器的参数最后根据Kc1与Kc2互相匹配的原理适当调整使满足要求。
串级控制系统参数整定
实验三：串级控制系统参数整定PID控制器由于自身具有的相对容易理解和实现的特点而被广泛应用于过程控制工业中。
在实践中，它经常被融入一个复杂的控制结构中，以达到一个更好的控制效果。
在这些复杂的控制结构中，通常利用串级控制组合来减小干扰引起的最大偏差和积分误差。
容易实现的优点和潜在的大控制性能的提高导致串级控制广泛应用达数十年。
它已经成为一个由工业过程控制器提供的标准应用。
串级控制系统由两个控制回路构成：一个可以快速动态消除输入干扰的内部回路，和一个可以调节输出效果的外部回路。
通常，他们是通过一个连续的方式来整定的。
首先，外部回路控制器设置为手动，对内部回路进行整定。
随后，启用内部回路的整定结果，接着整定外部回路。
如果控制效果不理想，应该调换整定的顺序。
所以，整定串级控制系统是一项相当笨重耗时的任务，特别是具有大时间常数和时间延迟的系统。
PID自整定解除了手动整定控制器的烦恼，并且已经成功的应用于很多工业领域中。
但是，到目前为止，却很少有关于串级系统自整定技术的发展的文学报道。
其中，Li et al 利用模糊逻辑进行串级控制器的自整定。
Hang et al. 应用一个重复的延迟自动整定方法来整定串级控制系统，延迟反馈测试被验证了两次，一次在内部回路，另一次在外部回路。
虽然特殊的控制器整定已经被自动化，但整定过程的自然顺序并没有改变。
Tan 提出了一个在一个实验中实行整体整定过程的方法，但是这个实验需要过程的过去的信息。
而且，外部回路设计时所用的极限频率是基于未考虑内部回路控制参数改变的初始极限频率。
这篇论文提供了串级控制系统自整定的一种新方法。
通过利用串级控制系统的基本性能，在外部回路中利用一个简单的延迟反馈测试来确定内部和外部回路过程模型参数。
一个基于Pade系数和Markov参数，匹配PID控制器整定方法的模型，被提出来控制整体系统效果。
两个例子来说明该方法的有效性。
2.串级控制系统的基本原理图1串级控制组合的结构如图1，内部回路嵌套于外部回路里，外部回路的输出变量是被控对象。
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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：
.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。
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 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：
24
21
(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：
T
δi T
d P 2sδ
PI 1.2sδ0.5s T
PID 0.8sδ0.3s T0.1s T
五、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，
i
微分时间
T为零，比例带δ为较大值，并将系统投入运行。
改变调节
d
器
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p
数为
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。