串级控制系统仿真(word文档良心出品).docx
串级控制系统仿真(word文档)
串级控制系统仿真解题步骤：(1)串级控制系统的方框图：（2）单回路控制系统图：图（ 2）为采纳单回路控制时的Simulink 图，此中， PID C1 为单回路PID 控制器， d1 为一次扰动，取阶跃信号； d2 为二次扰动，取阶跃信号； G o2为副对象， G o1为主对象； r 为系统输入，取阶跃信号，它连结到示波器上，能够方便地观察输出。
在 PID 参数设置中，经过不停的试验，当输入比率系数为260，积分系数为0，微分系数为 140 时，系统阶跃响应达到比较满意的成效，系统阶跃响应以下列图：采纳这套 PID 参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统框图以下。
系统的输出响应以下列图：采纳这套 PID 参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统框图以下：系统的输出响应以下从综合以上各图能够看出，采纳单回路控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次扰动，二次扰动的克制成效不是很好。
图（ 1）是采纳串级控制时的状况，d1 为一次扰动，取阶跃信号；d2 为二次扰动，取阶跃信号； PID C1 为主控制器，采纳PD 控制， PID C2 为副控制器，采纳PID 控制； Go2 为副对象， Go1 为主对象； r 为系统输入，取阶跃信号；scope 为系统输出，它连结到示波器上，能够方便地观察输出。
经过不停试验，当PID C1为主控制器输入比率系数为550，积分系数为0，微分系数为80 时；当 PID C2 为主控制器输入比率系数为3，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成效，系统阶跃响应以下列图所示：采纳这套PID 参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统的框图以下:系统的输出响应以下列图:采纳这套PID 参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统的框图以下:系统的输出响应以下列图:系统采纳单回路控制和串级控制的对照控制质量指标单回路控制串级控制K c1=260， T c1=140K c1=550，T c1=80，K c2=3衰减率调理时间5020残误差00二次阶跃扰动下的系统短期最大误差一次阶跃扰动下的系统短期最大误差从表中能够看出系统的动向过程改良更加显然，可见对二次扰动的最大动向误差能够减小约 6 倍，对一次扰动的最大动向误差也能够减小约 2.4 倍，系统的调理时间提升了 2.5 倍。
串级控制系统仿真(word文档良心出品)
串级控制系统仿真解题步骤：(1)串级控制系统的方框图：（2）单回路控制系统图：图（2）为采用单回路控制时的Simulink图，其中，PID C1为单回路PID控制器，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；G o2为副对象，G o1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。
在PID参数设置中，经过不断的试验，当输入比例系数为260，积分系数为0，微分系数为140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：采用这套PID参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下。
系统的输出响应如下图：采用这套PID参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下：系统的输出响应如下从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，系统对一次扰动，二次扰动的抑制效果不是很好。
图（1）是采用串级控制时的情况，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；PID C1为主控制器，采用PD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；scope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550，积分系数为0，微分系数为80时；当PID C2为主控制器输入比例系数为3，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：采用这套PID参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统的框图如下:系统的输出响应如下图:采用这套PID参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统的框图如下:系统的输出响应如下图:从表中可以看出系统的动态过程改善更为明显，可见对二次扰动的最大动态偏差可以减小约6倍，对一次扰动的最大动态偏差也可以减小约2.4倍，系统的调节时间提高了2.5倍。
单回路控制系统在副扰动下的单位阶跃响应曲线如下：串级控制系统在副扰动作用下的节约响应曲线如下：通过对比两曲线可以看出，串级控制系统中因为副回路的存在，当副扰动作用时，副控制器会立即动作，削弱干扰的影响，使被副回路抑制过的干扰再进入主回路，对主回路的影响。
第 2章 串级控制系统
第二章串级控制系统2.1 概述2.2 串级控制系统的实施2.3 串级控制系统的投运和整定2.4 串级控制系统的特点2.5 串级系统副回的设计2.1概述一、串级控制系统的基本原理及结构v举例：TC TCFC串级控制系统方案(温度---流量)TCFC 流量控制器温度变送器流量变送器温度对象控制阀温度控制器流量对象串级控制系统：用两台控制器相串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的输入。
方框图标准形式如下：二、常用名词：v主被控变量（主参数、主变量）Y1(S) v副被控变量（副参数、副变量）Y2(S) v主控制器G c1(S)v副控制器G c2(S)v主回路（主环）：定值系统三、串级控制系统的工作过程1）、干扰作用于副环（副控制器起“粗调”，主控制器起“细调”）2）、干扰作用于主环（蒸汽量随温度控制的要求随时改变）3）、干扰同时同时和副环a.作用方向相同b.作用方向相反分析温度---流量串级控制系统设：控制阀为气开，温度和流量两控制器选为反作用，1）干扰作用于副环v蒸汽压力↑→FT↑→FC↓(反作用)→FV↓(气开阀)FT↓FT的变化对精馏塔塔釜温度的影响就很小，并且可由温度控制器进行微调。
2）干扰作用于主环v干扰使得TT↑→TC↓(反作用)→FC↓→FV(气开阀)↓T↓←F↓由于有主副两个控制器相串联，系统总的放大倍数将增大，工作频率提高克服干扰的大大增大。
3）干扰同时同时主环和副环a.作用方向相同v干扰同时使TT↑→TC↓(反作用)→FC↓(反作用)FT↑→FC↓(反作用) FVFb.作用方向相反v干扰作用使TT↑→TC↓(反作用)→FC↓(反作用)FT↓→FC↑(反作用) FV变化很小蒸汽流量F变化不大2.2 串级控制系统的实施选择实施方案时，需考虑的问题：1）、所选用的仪表信号必须匹配。
2）、所选用的副控制器必需具有外给定输入接口。
3）、在选择实施方案，应考虑是否增加一只切换开关，作“串级”与“主控”的切换之用。
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、i T =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,i T =0.85Tm=9.86。
第二章_串级控制系统
GV（s） Gm2（s）
G02（s）
G01（s）
Gm1（s）
系统方块图的比较，串级系统和单回路系统，可见串级系统的 特点: ①多了一个副回路； ②多了一个控制器。
2.4 串级控制系统的特点
（1）副回路的存在，改善了对象特性，提高了系统工作频率
GC1(s) GC2(s) GV(s) G01（s）
2.2 串级控制系统的实施
● 实施前要考虑的几个问题 （1）系统设备间的传输信号要匹配，电信号4~20mA, 1~5V， 气信号0.02~0.1Mpa，混合时需要转换装置（电-气转换） （2）副控制器必须具有外给定功能 （3）是否需要切换开关，即切换成： a 主控制器直接控制控制阀； b 副控制器不接受主控制器的外给定，实现其独立控制， 并且要考虑无扰动切换。 （4）实施方案力求简洁实用，便于操作。
过程控制系统及工程
第二章 串级控制系统 信息学院自动化系：孙洪程 Email:Sunhc@
第 章
串级控制系统
2.1 概述 2.2 串级控制系统 2.3 投运和整定 2.4 串级控制系统的特点 2.5 串级系统副回路的设计 (改错:公式2—23a、2—24a中2β、1β为2c、1c) 实验：串级控制系统连接、投运和整定、 主、副环抗干扰能力比较、质量研究
2.2.2 串级控制系统的实施 （3）串级与主控的切换条件
串级→主控：用主控制器代替原副控制器的输出，直接控制控制阀
主控→串级：用副控制器代替原主控制器的输出，直接控制控制阀 无论哪种切换，必须保证阀的控制方向正确——直接切换条件
2.2.2 串级控制系统的实施
副控制器为反作用（负）：
sp
FC
sp
2.2.1 串级控制系统控制方案
串级控制系统资料
6.1 串级控制系统的基本概念
串级控制系统的工作过程 (1)只存在二次干扰—燃料压力波动
燃料压力升高 燃料的流量增大 燃烧室温度2升高
副控制器接受的测量值增大 副温度检测变送器
D2
θ1r
主控制器
副控制器 调节阀 燃烧室 θ2 隔焰板
6.1 串级控制系统的基本概念
串级控制系统的术语
①主、副回路 ✓在外面的闭合回路称为主回路(主环)， ✓在里面的闭合回路称为副回路(副环)。 ②主、副控制器 ✓处于主回路中的控制器称为主控制器； ✓于副回路中的控制器称为副控制器。 ③主、副变量 ✓主回路的被控变量称为主被控变量，也称为主变量或主参数； ✓副回路的被控变量称为副被控变量，也称为副变量或副参数
第6章 串级控制系统
了解串级控制系统的概念与特点； 掌握串级控制系统的方框图表示法； 结合控制原理，掌握串级系统的分析方法； 了解串级控制系统的设计原则； 掌握串级控制系统的参数整定方法; 了解串级控制系统的抗积分饱和措施。
6.1 串级控制系统的基本概念
简单控制系统（单回路系统）：
R(s)
—
Gc(s)
(S)
K C2 K V K O2
1 + KC2KVKO2KM2
KO2 '
1＋（1＋K
TO2 C2K V K
m2K
O2
)
S
1+ TO2 'S
6.2 串级控制系统的分析
由于在任何情况下：
1＋KC2KVKO2Km2>1
TO2’<TO2
等效对象的时间常数缩小了，加快了副环的响应 速度，提高了系统的工作频率。
(完整word版)技术手册模板(word文档良心出品)
XXX局XXXXXX系统技术手册（XXX版本）目录1.引言 (1)1.1.编写目的 (1)1.2.系统背景 (1)1.3.术语定义 (1)1.4.参考资料 (1)1.5.版权声明 (1)2.系统概述 (1)2.1.系统功能 (1)2.2.系统性能 (2)2.2.1.数据精度 (2)2.2.2.时间特性 (2)2.2.3.系统灵活性 (2)2.2.4.系统安全性 (2)2.2.5.其他性能 (2)3.运行环境 (2)3.1.硬件环境 (2)3.2.软件环境 (2)3.3.数据结构 (3)4.服务器部署 (3)4.1.服务器部署结构 (3)4.2.应用服务器部署 (3)4.2.1.部署环境 (3)4.2.2.安装与配置 (3)4.2.3.部署验证 (3)4.3.W EB服务器部署 (4)4.3.1.部署环境 (4)4.3.2.安装与配置 (4)4.3.3.部署验证 (4)4.4.数据库服务器部署 (4)4.4.1.部署环境 (4)4.4.2.安装与配置 (4)4.4.3.数据初始化 (4)4.4.4.部署验证 (4)4.5.其它部署 (5)5.客户端部署 (5)6.系统日常维护 (5)6.1.执行文件 (5)6.2.权限管理 (5)6.3.参数配置 (5)6.4.系统日志 (5)6.5.数据备份与恢复 (5)6.6.其它维护 (6)7.常见问题解答 (6)8.售后技术支持 (6)1. 引言1.1. 编写目的描述本文档的目的文档读者。
1.2.系统背景系统名称及版本号：任务提出者：描述本项目的任务提出方任务承接者及实施者：描述本项目的承接者及实施者系统使用者：描述本系统的最终用户1.3. 术语定义列出本文档中用到的专门术语的定义和缩略词的原词组。
1.4. 参考资料列出本文档相关的参考文献和文档，说明名称、单位、日期。
其中需求分析说明书是必须的参考资料。
1.5. 版权声明版权所有声明，如：XXX程序：版权所有2000-2002，xxx有限公司，保留所有权利。
串级控制系统课件
用于控制钢水温度、成分等参 数，实现高效、低耗的冶炼过
程。
02
串级控制系统的设计与实现
控制器设计
01
控制器类型选择
根据被控对象的特性，选择合适 的控制器类型，如PID控制器、 模糊控制器等。
02
控制器参数整定
03
控制器结构调整
根据系统性能要求，对控制器参 数进行整定，以获得良好的控制 效果。
升系统的决策能力。
人工智能技术
03
利用机器学习和深度学习技术，实现自适应学习和智能决策，
提高系统的自主性和智能化程度。
系统集成与优化
系统集成
将多个子系统进行集成，实现信息共享和协同工作，提高系统的 整体性能和效率。
系统优化
通过优化算法和智能技术，对系统进行性能分析和优化设计，提高 系统的稳定性和可靠性。
系统优化
根据调试结果，对系统设计进行优化，提高系统性能、降低能耗等。
03
串级控制系统的性能分析
稳定性分析
稳定性是控制系统的重要性能指标，它决定了 系统在受到扰动后能否回到原始状态的能力。
稳定性分析主要通过判断系统的极点和零点散 布来进行，极点越靠近虚轴，系统越不稳定； 零点越远离虚轴，对系统稳定性的影响越大。
主回路设计
主回路功能确定
明确主回路在系统中的作用，如保证主参数 稳定、克服主要扰动等。
主回路控制器选择
根据主回路功能要求，选择合适的主回路控 制器。
主回路参数整定
根据主回路控制效果，对主回路控制器参数 进行整定，以优化系统性能。
系统调试与优化
系统调试
在系统初步设计完成后，进行实际调试，检查系统各部分是否正常工作、控制效果是否到达预期。
串级控制系统仿真实验-推荐下载
三、实验记录
（稳定边界法对副调节器进行整定）图1
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术通关，1系电过，力管根保线据护敷生高设产中技工资术艺料0不高试仅中卷可资配以料置解试技决卷术吊要是顶求指层，机配对组置电在不气进规设行范备继高进电中行保资空护料载高试与中卷带资问负料题荷试2下卷2，高总而中体且资配可料置保试时障卷，各调需类控要管试在路验最习；大题对限到设度位备内。进来在行确管调保路整机敷使组设其高过在中程正资1常料中工试，况卷要下安加与全强过，看度并22工且22作尽22下可22都能22可地护以缩1关正小于常故管工障路作高高；中中对资资于料料继试试电卷卷保破连护坏接进范管行围口整，处核或理对者高定对中值某资，些料审异试核常卷与高弯校中扁对资度图料固纸试定，卷盒编工位写况置复进.杂行保设自护备动层与处防装理腐置，跨高尤接中其地资要线料避弯试免曲卷错半调误径试高标方中高案资等，料，编试要5写、卷求重电保技要气护术设设装交备备置底4高调、动。中试电作管资高气，线料中课并敷3试资件且、设卷料中拒管技试试调绝路术验卷试动敷中方技作设包案术，技含以来术线及避槽系免、统不管启必架动要等方高多案中项；资方对料式整试，套卷为启突解动然决过停高程机中中。语高因文中此电资，气料电课试力件卷高中电中管气资壁设料薄备试、进卷接行保口调护不试装严工置等作调问并试题且技，进术合行，理过要利关求用运电管行力线高保敷中护设资装技料置术试做。卷到线技准缆术确敷指灵设导活原。。则对对：于于在调差分试动线过保盒程护处中装，高置当中高不资中同料资电试料压卷试回技卷路术调交问试叉题技时，术，作是应为指采调发用试电金人机属员一隔，变板需压进要器行在组隔事在开前发处掌生理握内；图部同纸故一资障线料时槽、，内设需，备要强制进电造行回厂外路家部须出电同具源时高高切中中断资资习料料题试试电卷卷源试切，验除线报从缆告而敷与采设相用完关高毕技中，术资要资料进料试行，卷检并主查且要和了保检解护测现装处场置理设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
串级控制系统
第三章串级控制系统简单控制系统由于结构简单，而得到广泛的应用，其数量占有所有控制系统总数的80%以上，在绝大多数场合下已能满足生产要求。
但随着科技的发展，新工艺、新设备的出现，生产过程的大型化和复杂化，必然导致对操作条件的要求更加严格，变量之间的关系更加复杂。
同时，现代化生产往往对产品的质量提出更高的要求，例如甲醇精馏塔的温度偏离不允许超过1℃石油裂解气的生冷分离中，乙烯纯度要求达到99.99%等，此外，生产过程中的某些特殊要求，如物料配比、前后生产工序协调问题、为了安全而采取的软保护的问题、管理与控制一体化问题等，这些问题的解决都是简单控制系统所不能胜任的，因此，相应地就出现了复杂控制系统。
在简单反馈回路中增加了计算环节、控制环节或其他环节的控制系统统称为复杂控系统。
复杂控制系统种类较多，按其所满足的控制要求可分为两大类：以提高系统控制质量为目的的复杂控制系统，主要有串级和前馈控制系统；满足某些特定要求的控制系统，主要有比值、均匀、分程、选择性等。
本章将重点介绍串级控制系统。
串级控制系统是所有复杂控制系统中应用最多的一种，它对改善控制产品有独到之处。
当过程的容量之后较大，负荷或扰动变化比较剧烈、比较频繁、或是工艺对生产质量提出的要求很高，采用单控制系统不能满足要求时，可考虑采用串级控制系统。
3.1串级控制系统概述图3-1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3-1串级控制系统方框图3.2串级控制系统的特点串级控制系统从总体来看，仍然是一个定制控制系统，因此主变量在扰动作用下的过渡过程和简单定制控制系统的过渡过程具有相同的品质指标和类似的形式。
但是串级控制系统和简单控制系统相比，在结构上增加了一个与之相连的副回路，因此具有一系列特点。
由于副回路的存在，改善了过程的动态特性提高了系统的工作频率。
(完整word版)计算机控制系统试题及答案(word文档良心出品)
计算机控制系统试卷一答案一、简答题（每小题5分，共50分）1、画出典型计算机控制系统的基本框图。
答：典型计算机控制系统的基本框图如下：2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？答 (1) 周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。
(2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。
(3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。
(4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。
(5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。
3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。
答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。
比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。
加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。
(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。
积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。
积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。
增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。
引入积分调节的代价是降低系统的快速性。
(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。
微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。
4、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。
MATLAB实验报告(word文档良心出品)
《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》实验报告专业：班级：学号：姓名：指导教师：实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。
二、实验设备电脑一台；MATLAB 仿真软件一个 三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。
2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s=+。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
图 1系统结构图图 2示波器输出结果图3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s+=+。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MA TLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
图 3系统结构图 图 4 示波器输出结果图图 5 工作空间中仿真结果图形化输出4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++g ，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
图 6 系统结构图图 7 示波器输出结果实验2 MATLAB/Simulink 在控制系统建模中的应用一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 在控制系统建模中的应用； 二、实验设备电脑一台；MA TLAB 仿真软件一个 三、实验内容1、给定RLC 网络如图所示。
串级控制系统设计及其仿真
东北大学计算机控制理论与设计作业串级控制系统设计与仿真控制理论与控制工程樊悦：11011552011年12月17日目录摘要 (1)1引言 (1)2PID控制 (1)3串级控制 (2)4S IMULINK仿真 (3)5对串级控制的改进 (5)6结论 (7)附录 (8)参考文献 (10)摘要 串级控制系统是改善控制过程品质极为有效的方法，具有对进入副回路的扰动客服能力强，提高了系统的工作频率，有一定自适应能力等特点。
利用Simulink 结合串级PID 控制系统，与单回路PID 控制系统进行仿真对比，结果表明，串级PID 控制系统更具有优势。
关键词：串级控制系统，PID1引言单回路控制系统一般情况下都能满足正常生产的要求，但是当对象滞后较大，负荷和干扰变化比较剧烈而频繁，或是工艺对产品质量提出的要求很高(如有的产品纯度要求达到99.99%)时，采用单回路控制方法就不太有效，于是就出现了一种所谓串级控制系统。
串级控制系统为双闭环或多闭环控制系统，控制系统内环为副控对象，外环为主控对象。
内环的作用是将外部扰动的影响在内环进行处理，而尽可能不使其波动到外环，这就加快了系统的快速性并提高了系统的品质，因此串级控制系统中选择内环时应考虑其响应速度要比外环响应速度快得多。
2 PID 控制PID 控制器表示比例-积分-微分控制规律，即控制器的输出与输入是比例-积分-微分的关系。
PID 控制器产生于20世纪30年代末，从模拟控制器到数字控制器，经过广泛的理论研究和丰富的应用实践，取得了巨大的成功，是工业控制领域应用最广泛也最成功的一种控制器。
PID 控制器成功的本质是因为这种控制器是这种控制器所蕴含的富有哲理的深刻意义—积分反映了输入信号的“历史”变化，比例反映了输入信号的“当前”状态，微分则表征输入信号“未来”的变化趋势。
1. 理想的模拟PID 控制的传递函数为()1()1()P D I U s D s K T s E s T s ⎛⎫==++ ⎪⎝⎭(1) 将上式离散化，得到不同的数字PID 控制器，如下2. 全位置式PID 控制器()111()1()1P I D u k K K K z e k z --⎡⎤=++-⎢⎥-⎣⎦(2) 3. 增量式PID 控制器()()()()112112P I D u k K z K K z z e k ---⎡⎤∆=-++-+⎣⎦ (3)4. 递推位置式PID 控制器()112()(1)(1)12()P I D u k u k K z K K z z e k ---⎡⎤=-+-++-+⎣⎦ (4)3 串级控制图1是串级控制系统的结构图。
串级控制系统
过程控制实验报告实验名称：串级控制班级：姓名：学号：实验二 串级控制系统一、实验目的1) 通过本实验，了解串级控制系统的基本结构以及主、副回路的性能特点。
2) 掌握串级控制系统的设计思想和主、副回路控制器的参数整定方法。
二、 实验原理串级控制系统由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。
控制器相串联，副控制器的输入由主控制器的输出设定。
主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统，对二次扰动而言，副回路是恒值控制系统。
串级控制的主要优点可概括如下:1) 由于副回路的存在，改善了对象的部分特性，使系统的工作频率提高，加快了调节过程。
2) 由于副回路的存在，串级控制系统对二次扰动具有较强的克服能力。
3) 串级控制系统提高了克服一次扰动的能力和回路参数变化的自适应能力。
串级控制系统副回路的设计原则：1) 副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动。
在可能的情况下力求包含尽可能多的扰动。
2) 当对象具有较大纯滞后时，在设计时应使副回路尽量少包括或不包括纯滞后。
3) 当对象具有非线性环节时，在设计时应使非线性环节于副环之中。
4) 副回路设计时应考虑主、副对象时间常数的匹配，以防共振。
5) 所设计的副回路需考虑到方案的经济性和工艺的合理性。
串级控制系统常用的控制器参数整定方法有逐步逼近法、两步法、一步法等。
逐步逼近法1) 在主回路断开的情况下，求取副控制器的整定参数；2) 将副控制器的参数设置在所求的数值上，使串级控制系统主回路闭合，以求取主调节器的整定参数值；3) 将主调节器参数设置在所求值上，再次整定副控制器的参数值。
4) 如控制品质未达到指标，返回2)继续。
三、实验内容某系统的主、副对象传递函数分别为：12211(),()301(101)(1)P P G s G s s s s ==+++主回路有一个10s 的传输延迟，传递函数为10()s d G s e -=。
(完整word版)现代控制理论实验报告(word文档良心出品)
现代控制理论实验报告二〇一六年五月实验一 线性定常系统模型一 实验目的1. 掌握线性定常系统的状态空间表达式。
学会在MATLAB 中建立状态空间模型的方法。
2. 掌握传递函数与状态空间表达式之间相互转换的方法。
学会用MATLAB 实现不同模型之间的相互转换。
3. 熟悉系统的连接。
学会用MATLAB 确定整个系统的状态空间表达式和传递函数。
4. 掌握状态空间表达式的相似变换。
掌握将状态空间表达式转换为对角标准型、约当标准型、能控标准型和能观测标准型的方法。
学会用MATLAB 进行线性变换。
二 实验内容1. 已知系统的传递函数)3()1(4)(2++=s s s s G (1）建立系统的TF 或ZPK 模型。
（2）将给定传递函数用函数ss( )转换为状态空间表达式。
再将得到的状态空间表达式用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。
（3）将给定传递函数用函数jordants( )转换为对角标准型或约当标准型。
再将得到的对角标准型或约当标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。
（4）将给定传递函数用函数ctrlts( )转换为能控标准型和能观测标准型。
再将得到的能控标准型和能观测标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。
2. 已知系统的传递函数u x x ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=106510 []x y 11=（1）建立给定系统的状态空间模型。
用函数eig( ) 求出系统特征值。
用函数tf( ) 和zpk( )将这些状态空间表达式转换为传递函数，记录得到的传递函数和它的零极点。
比较系统的特征值和极点是否一致，为什么?（2）用函数canon( )将给定状态空间表达式转换为对角标准型。
用函数eig( )求出系统特征值。
比较这些特征值和（1）中的特征值是否一致，为什么? 再用函数tf( )和zpk( )将对角标准型或约当标准型转换为传递函数。
比较这些传递函数和（1）中的传递函数是否一致，为什么?（3）用函数ctrlss( )将给定的状态空间表达式转换为能控标准型和能观测标准型。
- 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)。
串级控制系统仿真
解题步骤：
(1)串级控制系统的方框图：
（2）单回路控制系统图：
图（ 2）为采用单回路控制时的Simulink 图，其中， PID C1 为单回路PID 控制器， d1 为一次扰动，取阶跃信号； d2 为二次扰动，取阶跃信号； G o2为副对象， G o1为主对象； r 为系统输入，取阶跃信号，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。
在 PID 参数设置中，经过不断的试验，当输入比例系数为260，积分系数为0，微分系数为 140 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：
采用这套 PID 参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下。
系统的输出响应如下图：
采用这套 PID 参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统框图如下：系统的输出响应如下
从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，系统对一次扰动，二次扰动的抑制效果不是很好。
图（ 1）是采用串级控制时的情况，d1 为一次扰动，取阶跃信号；d2 为二次扰动，取
阶跃信号； PID C1 为主控制器，采用PD 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；scope 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550，积分系数为0，微分系数为80 时；当 PID C2 为主控制器输入比例系数为3，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：
采用这套PID 参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统的框图如下:
系统的输出响应如下图:
采用这套PID 参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统的框图如下:系统的输出响应如下图:
系统采用单回路控制和串级控制的对比
控制品质指标单回路控制串级控制
K c1=260， T c1=140K c1=550，T c1=80，K c2=3
衰减率0.750.75
调节时间5020
残偏差00
二次阶跃扰动下的系统短期最大偏差0.00380.0006
一次阶跃扰动下的系统短期最大偏差0.0130.0055
从表中可以看出系统的动态过程改善更为明显，可见对二次扰动的最大动态偏差可以减
小约 6 倍，对一次扰动的最大动态偏差也可以减小约 2.4 倍，系统的调节时间提高了 2.5 倍。
单回路控制系统在副扰动下的单位阶跃响应曲线如下：
串级控制系统在副扰动作用下的节约响应曲线如下：
通过对比两曲线可以看出，串级控制系统中因为副回路的存在，当副扰动作用时，副
控制器会立即动作，削弱干扰的影响，使被副回路抑制过的干扰再进入主回路，对主回路的影响。