串级控制算法的研究

串级控制算法的研究

一、实验目的

1．熟悉并掌握串级控制系统的结构、特点及其混合仿真研究方法。

2．熟悉并掌握串级控制系统的控制器参数整定方法。

二、实验内容

1．设计一已知三阶被控对象的串级控制系统，并完成它的混合仿真。

2．学习用逐步逼近方法整定串级控制所包含的内、外两环PI 控制器参数。

三、实验步骤

1．设计并连接模拟三阶被控对象的电路，并利用AD μC812构成的数据采集系统完成计算机控制系统的两路模拟量输入、一路模拟量输出通道的设计和连接。利用上位机的虚拟仪器功能对此模拟三阶被控对象的电路进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求。

2．在上位机完成内、外两环的常规数字PI 控制器的算法编程、调试。特别注意内、外两环的采样控制周期是不同的。通常外环的采样控制周期是内环的3－10倍。

3．将外环断开，先整定内环的常规数字PI 控制器参数，在整定过程中注意观察参数变化对系统动态性能的影响。

4．将内环的常规数字PI 控制器参数按整定好的值固定下来，再整定外环的常规数字PI 控制器参数，在整定过程中注意观察参数变化对系统动态性能的影响。

5．如果对上两步参数整定的结果不满意，可以将外环的常规数字PI 控制器参数固定下来，重新整定内环的常规数字PI 控制器参数。如果仍不能得到满意的结果，可再重复步骤4，直至满意为止。

6．对实验结果进行分析，并完成实验报告。

四、附录

1．被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成 实验系统被控对象的传递函数为201()

(0.051)(21)G s s s s =⋅++

它可以用图5.1所示电路来模拟

计算机串级控制系统的方框图如图5.2所示，该图中，除了虚线框内部分用电路模拟外，其余部分由上位机和数据处理系统完成。

2．常规数字PI 控制算法

常规的PI 控制律为01()[()()]t p i u t K e t e t dt T =+⎰

采用一阶差分法离散化后，可以得到常规数字PI 控制算法 简记为1

()()()]k p p i i K T u k K e k e i T ==+∑ 或者()(1)[()(1)]()u k u k P e k e k Ie k =-+--+

这里P 、I 参数分别为p P K =，p i T

I K T =

3．逐步逼近整定法的整定步骤：

（1）外环断开，把内环当作一个单闭环控制系统，并按单闭环控制系统的PID 控制器参数整定方法（如实验四介绍的扩充响应曲线法），求取内环PID 控制器参数。

（2）将内环PID 控制器参数置于整定值上，闭合外环。把内环当作外环的一个等效环节，外环又成为一个单闭环控制系统，再按单闭环控制系统的PID 控制器参数整定方法（如扩充响应曲线法），求取外环PID 控制器参数。

（3）将外环PID 控制器参数置于整定值上，闭合外环。再按上述方法求取内环PID 控制器参数。至此，完成了一次逼近循环。如控制系统性能已满足要求，参数整定即告结束。否则，就回到步骤（2）。如此循环下去，逐步逼近，直到控制系统性能满足要求为止。