实验三 串级控制实验2016
实验三 水箱液位串级控制系统实验
（实验三）水箱液位串级控制系统实验报告班级测控四班学号0800201428 姓名王常玥一、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。
4．掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，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，控制对象为锅炉汽包，其液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为上水箱，又称副对象，其液位为系统的副控制量。
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。
副调节器的的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制液位的目的。
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。
本实验系统结构图和方框图如图4-2所示。
图4-2 水箱液位串级控制系统(a)结构图(b)方框图三、实验设备DDD-Z05-I实验对象及DDD-Z05-IK控制屏、DDD-Z05-III 电源控制柜一台、SA-12挂件一个、SA-13A挂件一个、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。
四、实验内容与步骤本实验选择上水箱和锅炉汽包，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-6、F2-14全开，F1-9 、F2-15开适当开度（F1-9﹥F2-15），其余阀门均关闭。
1．按照第一章1-6用网线和交换机连接操作员站和服务器，以及服务器和主控单元，“SA31 FM148现场总线远程I/O模块”、“SA31 FWM158现场总线远程I/O模块”挂件挂到屏幕上，并将挂件的通讯线街头插入屏内Profibus-DP总线接口上，将控制屏左侧Profibus-DP总线连接到主控单元DP口，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
实验三、串级控制系统仿真
1 m2
0.8 m1
Object 1 Object 1
PV
Out1 1
精品PPT
1.4
1.2
1
0.8
c(t)
0.6
0.4
0.2
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Time(Sec) 精品PPT
计算性能参数：
>> tp=spline(y,t,max(y)) >> sigma=max(y)-1= 8.92% >> ess=1-y(length(t))=0
Manual Switch1
Ground
1 SV2
PID Co n tro l l e r Controller 1
Manual Switch
0 Second disturb
PID Co n tro l l e r Controller 2
0 First disturb
Object 2 Object 2
精品PPT
3
2.5
2
0.63c()
1.5
c(t)
1
0.28c()
0.5
0
0
t1 50
t2100
150
200
250
300
Time(Sec)
350
400
450
500
精品PPT
③ 广义对象传函
由式（3-36）
To
3 2
(t2
t1);
(t2
To ) 10
于是，Wo'
2.716 e23.14s 83.323s 1
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。
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。
实验3 串级与单回路控制系统对比实验 实验报告
仲恺农业工程学院实验报告纸自动化 （院、系） 工业自动化 专业 工化 144 班 组 过程控制 课学号06/07/30 姓名 黄国盛、邓炎钊、汤敬麟 实验日期 教师评定串级与单回路控制系统对比实验一、 实验内容某隧道窖炉系统，以烧成带温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统，见右图。
其主副对象的传递函数G o1，G o2分别为：1)1)(3s (30s 1(s)1o ++=G 22)1)(s 1(10s 1(s)++=o G 调节规律选择：单回路采用PI 控制：串级主控制器采用PI 控制；副控制器采用P 控制。
二、 实验设备PC 一台、MATLAB R2015b三、实验要求1）试分别采用单回路和串级控制设计，画出控制系统原理框图。
2）进行参数整定，并给出整定后系统的阶跃响应曲线，并计算衰减率、调节时间、余 差。
3）分别加一次、二次单位阶跃扰动，给出响应曲线，计算超调量。
4）填写下表，对比实验结果，说明不同控制方案对系统的影响。
表一系统采用单回路控制和串级控制的对比四、实验指导1）用Simulink仿真；2）PID控制器模块的参数分别是比例增益、积分增益、微分增益；五、实验结果和分析1、建立单回路控制系统模型：图1 单回路PI控制系统模型整定结果为：P=1.4143 ; I=0.094741; 其阶跃响应曲线如下图：图2 单回路PI控制系统阶跃响应曲线图2、建立串级控制系统模型：图3 串级控制系统模型整定结果为：主控制器P=2.1877 ，I=0.11102; 副控制器P=4.8299其阶跃响应曲线如下图:图4 串级控制系统阶跃响应曲线图单回路控制和串级控制对比：图5 单回路控制和串级控制对比图因为主环是一个反馈控制，所以串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，但由于串级控制系统在结构上多一个副回路（随动控制），所以串级控制具有其余的一些优点：1、串级控制系统具有更高的工作频率。
由于副回路的存在，改善了对象的特性，使系统的工作频率得到提高。
《过程控制工程》3 串级控制系统
主 ： P G P T ( ) T G T T ( ) e 1 G C 1( ) u 1 e 2 z 2 u . 1 e 2 P G P T ( ) T
b. 干扰进入主回路
R1(s) e1 GCT(s) u1 e2 GCP(s) u2
原料 出口
T2C
T2T
TC TT PC PT
燃料 原料
方框图
R1(s)
R2(s) GCT(s)
Z1(s)
Z2(s)
GCP(s)
温度-压力串级控制
GV(s)
D2(s)
D1(s)
Y2(s)
Y1(s)
GPP(s)
GPT(s)
GTP(s)
GTT(s) . 串级控制系统方框图
3）串级控制主要参数及环节
TC TT
q
P(s)
T(s)
GV(s)
GPP(s)
GPT(s)
(-)
(+)
(+)
GTP(s)
(+)
GTT(s)
(+)
串级控制系统方框图
➢设定元件作用方式：
温度对象：正作用（＋） 测量变送器：正作用（＋） 压力对象：正作用（＋） 压力控制器：正作用（＋） 调节阀门：气关阀（－）. 温度控制器：副作用（－）
2）动作分析
➢ 副被控变量（副参数） 为稳定主参数而设定的中间（辅助）被控变量。 例如：例中精馏塔再沸器. 加热蒸汽压力。
b. 构成单元环节
TC TT PC PT
R1(s)
R2(s) GCT(s)
Z1(s)
Z2(s)
GCP(s)
GV(s)
D2(s)
D1(s)
计算机控制技术 串级控制算法的研究实验
计算机控制技术串级控制算法的研究实验
计算机控制技术中的串级控制算法是一种常用的控制策略，它通过两个或更多的控制器串联起来，形成一个多层次的控制系统。
这种算法在许多领域都有广泛的应用，例如化工过程控制、电力系统和污水处理等。
为了研究串级控制算法，需要进行实验。
以下是一个可能的实验步骤：
1. 确定实验目标：首先需要明确实验的目标，例如提高系统的稳定性、减小系统的超调量等。
2. 构建控制系统：根据实验目标，设计一个由两个或更多的控制器串联组成的控制系统。
这些控制器可以是比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器或其他类型的控制器。
3. 模拟实验：使用计算机软件模拟控制系统的工作过程，输入不同的干扰信号，观察系统的响应和性能。
4. 分析实验结果：对实验结果进行分析，比较不同控制算法的性能，找出最优的控制参数和策略。
5. 改进控制系统：根据实验结果，对控制系统进行改进，提高其性能和稳定性。
6. 实际应用：将改进后的控制系统应用到实际场景中，验证其性能和效果。
在进行串级控制算法的研究实验时，需要注意以下几点：
1. 保证实验条件的一致性：在进行实验时，需要保证所有实验条件的一致性，例如输入信号、初始条件和系统参数等。
2. 充分考虑干扰因素：在实际应用中，系统会受到许多干扰因素的影响，因此在实验中需要充分考虑这些因素，模拟真实情况下的系统响应。
3. 比较不同控制算法的性能：在进行串级控制算法的研究实验时，需要与其他控制算法进行比较，找出最优的控制策略和参数。
4. 充分挖掘数据价值：通过分析实验数据，可以深入了解系统的动态特性和性能指标，为控制算法的优化提供依据。
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。
第四章 串级控制系统实验
要做的实验项目是：实验一单容自衡水箱液位特性测试实验实验二单容液位定值控制系统实验实验三双容（串联）水箱特性的测试实验实验四双容（串联）水箱液位定值控制系统实验实验五双容（串联）液位串级控制系统实验实验六前馈-反馈控制系统实验第四章串级控制系统实验第一节串级控制系统概述一、串级控制系统的概述图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；f1(t)-作用在主对象上的扰动； f2(t)-作用在副对象上的扰动。
二、串级控制系统的特点串级控制系统及其副回路对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。
1．改善了过程的动态特性；2．能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力；3．提高了系统的鲁棒性；4．具有一定的自适应能力。
三、主、副调节器控制规律的选择在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。
主调节器起定值控制作用，它的控制任务是使主参数等于给定值（无余差），故一般宜采用PI或PID调节器。
由于副回路是一个随动系统，它的输出要求能快速、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或PI调节器。
四、主、副调节器正、反作用方式的选择正如单回路控制系统设计中所述，要使一个过程控制系统能正常工作，系统必须采用负反馈。
对于串级控制系统来说，主、副调节器的正、反作用方式的选择原则是使整个系统构成负反馈系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。
各环节的放大系数极性是这样规定的：当测量值增加，调节器输出也增加，则调节器的放大系数K c为负（即正作用调节器），反之，K c为正（即反作用调节器）；本装置所用电动调节阀的放大系数K v恒为正；当过程的输入增大时，即调节器开大，其输出也增大，则过程的放大系数K0为正，反之K0为负。
串级控制系统整定实验练习
串级控制系统整定实验
实验目的：
1．熟悉对象动态特性；
2．掌握串级控制系统衰减曲线整定方法。
实验内容及步骤：
1 1
(1 + 10S)2 (1 + 10S)4
现有副对象：，主对象
要求构成的串级控制系统：副调节器：P；主调节器：
PI。
1．搭建串级控制系统
2．断开主回路，用衰减曲线法，整定副回路。
副调节器取 P 规律。
反复调整比例带δ，做调节量阶跃扰动实验，直到衰减率ψ＝0.75～0.9。
记录副回路输出曲线3．闭合主回路，用衰减曲线法，整定主回路。
先将主调节器取 P 规律。
反复调整主调节器比例带δ，做定值阶跃扰动实验，直到衰减率ψ＝0.75 或 0.9。
4．按计算参数设置调节器参数，做给定值阶跃扰动，观察系统输出曲线。
5．细调主副调节器参数,直到满意为止。
指标要求：外回路衰减率约ψ＝0.9，副回路衰减率ψ＝0.75～0.9，主被调量超调量<20%，振荡次数<1.5。
记录系统输出曲线。
6．分别在副对象和主对象加阶跃扰动，记录系统输出曲线并分析得出结论。
三、附录
动态参数整定法：
K
Z-N 公式（ψ＝0.75）ε =
衰减曲线整定法
对于，记下比例带δs ,测量振荡周期T S；对于ψ＝0.9，记下比例带δs ,测量上升时间t r。
按照下表公式计算 PID 参数(清华版，P58)。
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。
实验三上中水箱液位串级控制系统实验
实验三上中水箱液位串级控制系统实验一、实验目的1、了解复杂过程控制系统的构成。
2、掌握复杂过程控制一—串级控制方法。
3．掌握串级控制参数整定方法。
二、实验类型综合型三、实验装置1、过程控制实验装置见图3－1，其中使用：电磁阀、上下水箱及液位变送器、水泵系统等。
2、控制仪表一套，以及通信线路。
3、计算机一台。
图3－1 系统示意图四、实验原理上下水箱双容液位串级控制的方块原理图如图3－2，本实验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。
在实验中使用了两个调节器作为主副调节器。
将上水箱的液位信号输出作为主调节器输入，主调节器的输出作为副调节器的输入，在串级控制系统中，两个调节器任务不同，因此要选择调节器的不同调节规律进行控制，副调节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。
主调节器的任务是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主调节器采用PI 调节器也可考虑采用PID 调节器。
图3－2 串级控制框图PID 算法的两种类型①、位置型控制[]00)1()()()()(u n e n e T T i e T Tn e K n u ni DI P +⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑= ②、增量型控制[][])2()1(2)()()1()()1()()(-+--++--=--=∆n e n e n e TT K n e T TK n e n e K n u n u n u D P I PP串级控制系统的参数整定 ①、两步整定法第一步整定副回路的副控制器；第二步整定主回路的主控制器。
a. 在系统工作状况稳定，主、副回路主控制器在纯比例作用的条件下，将主控制器的比例带δ取100％，再逐渐降低副控制器的比例带，用整定单回路的方法来整定副回路。
如用4：1衰减法来整定副回路，则求出副参数在4：1衰减时的副控制器比例带δ2S 和操作周期T2S。
b.使副控制比例带置于δ1S 的数值上，逐渐降低主控制器的比例带δ1S，求出同样衰减比时主回路的过渡过程曲线，记录此时主控制器的比例带δ1S和操作周期T1S。
串级控制系统仿真实验
某串级系统的方框图如图所示，已知各环节的传递函数如下： 对象特性：，)13)(130(1)(1++=s s s G o ，)110()1(1)(22++=s s s G o 调节器：， )11()(11sT K s G i c c +=，22)(c c K s G = 调节阀： 1)(==v v K s G 变送器： 121==m m G G（1）先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出2c K ；然后对主调节器整定，求出主调节器的参数1c K 、i T 。
（2）如果主调也用比例作用，求二类扰动D 2和一类扰动D 1在单位阶跃时主被控量的静差，并进行分析。
（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益4.5=c K ，再分别求出二类扰动D 2和一类扰动D 1在单位阶跃时的静差，且与（2）比较分析。
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：学号：班级：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）a:先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出2c K =1/P2=12.1①使系统处于串级运行状态，主，副调节器均为比例作用的条件下，先将主调节器的比例度 P1置于100%刻度上，然后有大到小逐渐降低副调节器的比例度P2，直到系统对输入的阶跃 响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数Pm=0.0412;②根据所记录的Pm ，用195页的经验公式计算调节器的整定参数:P2=2Pm=0.0824。
b:然后对主调节器整定，求出主调节器的参数1c K =1/P1=9.9、iT =9.86。
①在副调节器的比例度等于2Pm 的条件下，逐步降低主调节器的比例度P1,直到同样得到临 界振荡，记下这时的比例放大系数Pm=0.0459和临界振荡周期Tm=11.6。
②根据所记录的Pm 和Tm ，用195页的经验公式计算调节器的整定参数： P1=2.2Pm=0.10098,iT =0.85Tm=9.86。
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。
串级控制系统整定实验报告
串级控制系统仿真 一、实验目旳(1)掌握动态模型旳创立措施.。
(2)掌握串级控制系统整定措施。
(3)理解控制系统旳特点。
（4）理解串联控制系统旳特点。
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，控制一种执 行阀，实现定值控制旳控制系统。
.串级控制系统旳通用方框图：.串级控制系统特点：（1）改善了被控过程旳动态特性。
（2）提高了系统旳工作频率。
（3）具有较强旳抗扰动能力。
（4）具有一定旳自适应能力。
.两步整定法（1）工况稳定期，闭合主回路，主、副调节器都在纯比例作用旳条件下，主调节器旳比例度置于100%，用单回路控制系统旳衰减曲线法整定，求取副调节器旳比例度s δ和操作周期s T 。
（2）将副调节器旳比例度置于所求得旳数值上，把副回路作为主回路中旳一种环节，用同样措施整定主回路，求取主调节器旳比例度和操作周期。
三、实验环节（1）启动计算机，运营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，单击工具栏中旳新建窗口快捷按钮或在Simulink 库窗口中选择菜单命令File New Modeel,打开一种标题为“Untitled ”旳空白模型编辑窗口。
（4）设被控对象旳传递函数为：2421(110)(120)s s •++，规定被调量始终维持在设定值。
设计一种串级控制系统，并且规定控制系统旳衰减率为75%，静态误差为零。
用MATLAB 创立仿真模型。
（5）按两步整定法整定调节器参数。
（6）按环节（5）旳成果设立调节器参数，启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出旳变化曲线。
（7）施加内扰，观测系统运营状况。
. 衰减曲线法整定参数计算表：PID 0.8sδ0.3s T0.1s T四、系统曲线及其整定参数1、内回路系统旳整定运用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，并将系统投入运营。
三控的实验报告
三控的实验报告一、实验目的：(1)、了解三相桥式半控整流电路的工作原理及输出电压，电流波形。
(2)、了解晶闸管在带电阻性及电阻电感性负载，在不同控制角α下的工作情况。
二、实验线路及原理：在中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中，可采用比三相全控桥式整流电路更简单、经济的三相桥式半控整流电路。
它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种电路兼有可控与不可控两者的特性。
共阳极组三个整流二极管总是在自然换流点换流，使电流换到比阴级电位更低的一相，而共阴极组三个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一个。
输出整流电压Ud的波形是三组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管的控制角α，可获得0～2.34U2的直流可调电压。
具体线路可参见图3.2。
其中三个晶闸管在DJK02面板上，三相触发电路在DJK02-1上，二极管和给定在DJK06挂箱上，直流电压电流表以及电感Ld 从DJK02上获得，电阻R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式。
三、实验内容：(1)、三相桥式半控整流供电给电阻负载。
(2)、三相桥式半控整流供电给电阻电感性负载。
四、实验方法(1)、DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①、打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。
②、将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
③、用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连，打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。
④、观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。
⑤、将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使α=150°。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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”。
出现如下的“上下水箱双容串级控制实验”界面。
8．点击“参数设置”，出现如下界面。
图4.6 参数设置界面
9．将AI0、AI1都设置为0–50。
点击退出，参数设置完毕。
10．按本章第一节中的整定法，选择控制规律，并按整定后的PID参数进行调节器参数设置。
Ts=1 （参考值）SV=20 （参考值）Kc1=5 （参考值）Ti1=100 （参
考值）
Td1=0 （参考值）Kc2=1.5 （参考值）Ti2=100 （参考值）Td2=0 （参考值）
11.选择计算机控制方式。
12．在信号板上打开电动调节阀输入信号、上水箱1输出信号、下水箱输出信号。
13．在控制板上打开水泵1、电动调节阀。
14．观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
15．待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
16．再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
五、实验建议
调节器的PID参数可以反复凑试，逐步逼近达到最佳的整定，实际中，采用串级调节系统是为了提高主被调量（下水箱）精度和改善动态特性而设置的，因此对副调回路的质量指标没有要求。
而对主回路的质量指标要求高。
牺牲副回路的质量，保证主回路的调节质量。
所以副调节器比例作用强一些，取消积分作用，主调节器设置P、I、D参数即可。
六、实验报告要求
1．写出常规实验报告，画出液位串级控制系统的结构框图。
2．用实验方法整定控制器的相关参数，写出整定过程。
3．根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4．分析主、副控制器采用不同PID参数时对本实验系统性能的影响。
七、思考题
1．试述串级控制系统为什么对主扰动（二次扰动）具有很强的抗扰能力？如果副对象的时间常数与主对象的时间常数大小接近时，二次扰动对主控制量的影响是否仍很小，为什么？
2．当一次扰动作用于主对象时，试问由于副回路的存在，系统的动态性能比单回路系统的动态性能有何改进？。