20113324郭少杰_串级控制系统仿真实验
控制系统仿真实验指导书及解答
实验一 MATLAB 软件操作练习一、 实验目的1. 熟悉MATLAB 软件的基本操作；2. 学会利用MATLAB 进行基本数学计算的方法；3. 学会用MATLAB 进行矩阵创建和运算。
二、实验设备计算机一台，MATLAB 软件三、实验内容1. 使用help 命令，查找 sqrt （开方）、roots (求根)等函数的使用方法；2. 用MATLAB 可以识别的格式输入以下矩阵75350083341009103150037193......A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦并将A 矩阵的右下角2×3子矩阵赋给D 矩阵。
赋值完成后，调用相应的命令查看MATLAB 工作空间的占用情况。
3. 矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8];求A^2*B（2）矩阵除法已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3];A\B,A/B（3）矩阵的转置及共轭转置已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];求A.', A'（4）使用冒号选出指定元素已知： A=[3 2 3;2 4 6;6 8 10];求A 中第3列前2个元素；A 中所有列第2，3行的元素；4. 分别用for 和while 循环结构编写程序，求出6323626302122222i i K ===++++++∑并考虑一种避免循环的简洁方法来进行求和。
四、实验步骤1. 熟悉MATLAB 的工作环境，包括各菜单项、工具栏以及指令窗口、工作空间窗口、启动平台窗口、命令历史窗口、图形文件窗口和M 文件窗口；2． 在指令窗口中完成实验内容中规定操作并记录相关实验结果；3. 完成实验报告。
实验二 M 文件编程及图形处理一、实验目的1．学会编写MATLAB 的M 文件；2．熟悉MATLAB 程序设计的基本方法；3. 学会利用MATLAB 绘制二维图形。
二、实验设备计算机一台，MATLAB 软件三、实验内容1. 选择合适的步距绘制出下面的图形（1）sin(tan )tan(sin )t t -，其中(,)t ππ∈-（2）-0.5t y=e sin(t-)3π，t ∈[0，20]（3）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t ∈[0，2π]2.基本绘图控制绘制[0，4π]区间上的x1=10sint 曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）给横坐标标注’t ’，纵坐标标注‘y(t)‘，3.M 文件程序设计（1）编写程序，计算1+3+5+7+…+(2n+1)的值（用input 语句输入n 值）；（2）编写分段函数⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-<≤=其它021210)(x x x x x f的函数文件，存放于文件ff.m 中，计算出)2(f ，)3(-f 的值四、实验要求1. 预习实验内容，按实验要求编写好实验程序；2. 上机调试程序，记录相关实验数据和曲线，3. 完成实验报告。
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。
串级控制系统在电机控制中的仿真研究
ｒｇ ｌｔｒＰＤ ｅｕａｏ． ｅｓｐ ｒｏｉ ｃ ｓａ ｅｃｎｒｌｙｔｍ ｉｒ ｅｔｄｉ ｅｃｎｒｌ ｍｏｏ ｅ ｕａｏ Ｉ ｒｇ ｌｔｒＴ ｅｉｒｔ ｏ ａｃｄ ｏ ｔ ｓｅ ｆ ｃ ｔ ｏ ｔ ， ｈ ｕ ｙｆ ｏｓ ｓｅ ｅ ｎ ｈ ｌ ｏｏ ｆ ｔｒ ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｍｏ ｏ ， ｉ ｇ ｅ ｌ ｏ ｏ ｔ ｌ ｙ ｔ ｍ； ｅ ｉ ｓｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ，ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｇ ｌ ｔ ｒ ｖ ｒ ｈ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｔ ｒ ｓ ｎ ｌ —ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｓ ｅ ｓ ｒ ｅ ｏ ｔｏ ｓ ｅ ＂ ｉ ｌ ｔ ； ｅ ｕ ａ ｏ ；ｏ ｅ ｓ ｏ ｔ ＂ ｏ ｓ ｓ ｏ
中图分 类号 ：Ｔ ２ ３ Ｍ３ Ｐ ７ ：Ｔ
文献 标识 码 ：Ａ
Ｔｈ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｃ ｄ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｆＣ ｓ ａ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｓ ｅ ｉ ｈｅ Ｓ
Ｃｏ ｒ ｌｏ ｏ ｏｒ ｎｔ ｏ ｆＭ ｔ
Ｌｉ ， Ｗ ｌｕ Ｘ ｉ ｏ ｅ ， Ｚｈ ｎ ｉ ｉ ｇ ， ａ ｇ Ｊｎｇ ｕ Ｄｉ ｉ ａ ｌｉ ａ ｇ Ｈａ ｙ ｎ Ｗ ｎ ｉ
（ ｖ ｌ ｒｎ ｕｉａ ａ ｄＡｓ ｏ ａ ｔ ａ Ｕｎｖ ｒｉ ， Ｓ ａ ｄ ｎ ６ ０ Ｃ ｉａ Ｎａ ａ Ａｅｏ ａ ｔ ｌ ｎ ｔ ｎ ｕｉ ｌ ｉｅｓｙ ｃ ｒ ｃ ｔ ｈ ｎ ｏ ｇ２ ４ ０ ， ｈｎ ） １
控制系统数字仿真技术实验
实验一控制系统的模型转换、数据处理与曲线拟合（2学时）一．实验目的：掌握控制系统的微分方程、状态方程、传递函数、零极点增益、部分分式描述及转换；掌握常用数据拟合与插值方法。
二．实验方法及预习内容：1．利用Matlab工具箱中常用的五种模型转换命令进行模型描述和转换；2．利用Matlab工具箱中的多项式拟合命令polyfit对实验数据进行拟合。
三．实验内容：1．用Matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：（1）G（s）=32432144848207010048s s ss s s s+++++++（2）.X=2.25 -5 -1.25 -0.542.25 -4.25 -1.25 -0.2520.25 -0.5 -1.25 -121.25 -1.75 -0.25 -0.75 0X⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦u y=[0 2 0 2] X2．已知元件的实验数据如下，拟合这一数据，并尝试给出其特性方程。
X 0.0100 1.0100 2.0100 3.0100 4.0100Y 2.5437 7.8884 9.6242 11.6071 11.9727X 5.0100 6.0100 7.0100 8.0100 9.0100y 13.2189 14.2679 14.6134 15.4045 15.0805四．实验总体要求：1．每次实验前应做好预习和准备；2．实验后应及时提交仿真程序Word文档（包括：程序、实验结果和图示、实验分析与总结）；3．重点检查Matlab中M文件的运行；4．请认真撰写实验报告，实验结果可贴在报告相应位置。
注：格式不符合要求、或字迹潦草的一律退回重写。
五．本次实验要求：1．熟悉五种连续系统控制模型的Matlab转换命令，并得出相应数学模型表达式；2．熟悉常用数据拟合方法。
（1）G（s）=32432144848207010048s s ss s s s+++++++程序den=[1,20,70,100,48];num=[1,14,48,48];[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)[z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D)[R,P,H]=residue(num,den)结果>>A =-20 -70 -100 -481 0 0 00 1 0 00 0 1 0B =1C =1 14 48 48D =z =-9.4641-2.5359-2.0000p =-16.0051-1.5269 + 0.9247i -1.5269 - 0.9247i -0.9412k =1.0000R =0.3892-0.0932 - 0.3754i -0.0932 + 0.3754i0.7973P =-16.0051-1.5269 + 0.9247i -1.5269 - 0.9247i -0.9412H =[]（2）.X=2.25 -5 -1.25 -0.542.25 -4.25 -1.25 -0.2520.25 -0.5 -1.25 -121.25 -1.75 -0.25 -0.75 0X⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦u y=[0 2 0 2] X程序A=[2.25,-5,-1.25,-0.5;2.25,-4.25,-1.25,-0.25;0.25,-0.5,-1.25,-1;1.25,-1.75,-0.25,-0.75];B=[4;2;2;0];C=[0,2,0,2];D=[0];[num,den]=ss2tf(A,B,C,D)[z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D)[R,P,H]=residue(num,den)>> 结果>>num =0 4.0000 14.0000 22.0000 15.0000 den =1.0000 4.0000 6.2500 5.25002.2500z =-1.0000 + 1.2247i-1.0000 - 1.2247i-1.5000p =-0.5000 + 0.8660i-0.5000 - 0.8660i-1.5000-1.5000k =4.0000R =4.0000-0.00000.0000 - 2.3094i0.0000 + 2.3094iP =-1.5000-1.5000-0.5000 + 0.8660i-0.5000 - 0.8660iH =[]>>实验二基于Matlab的微分方程数值解法（2学时）一．实验目的：掌握欧拉法、四阶龙格库塔法的程序编制方法。
热工控制系统--实验三--过热汽温串级控制系统仿真实验
实验三 过热汽温串级控制系统仿真实验一、实验目的1、了解过热汽温串级控制系统的结构组成。
2、掌握过热汽温串级控制系统的性能特点。
3、掌握串级控制系统调节器参数的实验整定方法。
4、分析不同负荷下被控对象参数变化对控制系统控制品质的影响。
二、实验原理本实验以某300MW 机组配套锅炉的过热汽温串级控制系统为例，其原理结构图如下图所示：过热器过热器喷水减温器图3－1 过热汽温串级控制系统原理结构图由上图，可得过热汽温串级控制系统的方框图如下：扰动图3－2 过热汽温串级控制系统方框图● 主调节器在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中主调节器()1T W s 采用比例积分微分（PID ） 调节器，其传递函数为：()11111111111T d p i d i W s T s K K K s T s s δ⎛⎫=++=++ ⎪⎝⎭式中：1p K ——主调节器比例系数(111p K δ=)；1i K ——主调节器积分系数(1111i i K δ=)； 1d K ——主调节器微分系数(111d d K T δ=)。
● 副调节器在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中副调节器()2T W s 采用比例（P ）调节器， 其传递函数为：()2221T p W s K δ==式中：2p K ——副调节器比例系数(221p K =)。
● 导前区对象在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中导前区对象()2W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为：（1）50％负荷下导前区对象传递函数：()3.076251s -+（2）100％负荷下导前区对象传递函数：()0.815181s -+● 惰性区对象在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中惰性区对象()1W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为：（1）50％负荷下惰性区对象传递函数：()31.119421s +（2）100％负荷下惰性区对象传递函数：()31.276181s +三、实验步骤1、在MATLAB软件的Simulink工具箱中，打开一个Simulink控制系统仿真界面，根据图3－2所示的过热汽温串级控制系统方框图建立仿真组态图如下：图3－3 过热汽温串级控制系统仿真组态图惰性区对象传递函数模块的建立惰性区对象传递函数为三阶惯性环节，在组态图中采用建立子模块的方式建立惰性区对象传递函数模块。
控制系统仿真实验(1-10)
控制系统仿真(Matlab)实验实验1：初步了解MATLAB环境及命令窗口的使用一、课堂练习1、掌握MATLAB的启动方式；熟悉MATLAB的命令窗口；熟悉常用的选单和工具栏；熟悉MATLAB桌面的其他窗口。
2、熟悉MATLAB命令窗口中的选单“File”的功能。
3、在命令窗口中输入以下命令并查看运行结果：>>a=2.5>>b=[1 2;3 4]>>c=‟a‟>>d=sin(a*b*pi/180)>>e=a+c4、根据3题分别输入以下命令查看运行结果。
（1）使用标点符号来修改命令行①；：不显示计算结果【注意与回车键比较运行结果】>>a=2.5;②%：用做注释>> b=[1 2;3 4] % b为矩阵（2）通过常用操作键来编辑命令①↑：向前调回已输入过的命令行②↓：向后调回已输入过的命令行③Esc：消除当前行的全部内容（3）查看工作空间窗口：在工作空间中使用who，whos，clear 命令，观察运行结果。
5、熟悉MATLAB环境。
（1）MATLAB命令窗口：菜单命令各项的作用；工具栏各项功能，要求熟练使用工具栏按钮；熟练使用命令编辑区中命令窗口快捷键的功能。
（2）了解MATLAB的程序编辑器。
（3）熟悉MATLAB的work子目录。
（4）MATLAB运行外部环境：进入DOS操作系统。
6、标点符号可以使命令行不显示运算结果，用来表示该行为注释行。
二、课外练习1、MATLAB强大的绘图功能（1）采用插值方式绘制海底形状图。
具体程序如下：>>xi=linspace(-5,5,50);yi=linspace(-5,5,50)>>[XI,YI]=meshgrid(xi,yi);>>ZI=interp2(x,y,z,XI,YI,‟*cubic‟);>>Surf(XI,YI, ZI),view(-25,25)（2）绘制草帽图具体程序如下：>>[x,y]=meshgrid(-8:0.5:8);>>r=sqrt(x.^2+y.^2)+eps;>>z=sin(r)./r;>>surf(x,y,z)>>shading interp>>axis off（3）绘制圆球球体具体程序如下：>>sphere(100);axis equal;>>shading flat;camlight right;>>camlight left;lighting phong2、MATLAB程序流程控制（1）在M文件编辑器中输入以下程序，并观察运行结果。
工业过程控制工程课件第六章串级控制系统
2 变 化 较 小 流 量 只 需 很 小 调 整
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第六章 串级控制系统
6.1.3 串级控制系统的工作过程
3 结论： 副控制器：起“粗调”作用
主控制器：起“细调”作用 两者相互配合，控制质量高于单回路控制系统。
由分析可见串级控制的优点： 副回路具有快速调节作用。
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6.1.1 串级控制系统的概念
方案3： T1C - T2C串级控制 原理图：P69 图6.1-1 （b）
θc- Qc回路(T2C)：主要用以快速克服冷 却剂方面的扰动；
θ- Qc回路(T1C): 用以克服其它扰动对温 度的影响
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第六章 串级控制系统
6.1.1 串级控制系统的概念（实例2）
实例2：硝酸生产中氧化炉内温度控制
4 N H 3 5 O 2 4 N O 6 H 2 O Q
要求：T控制在840±5℃范围之内
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第六章 串级控制系统
6.1.1 串级控制系统的概念
措施之一：简单温度控制系统 特点：对所有T的干扰都包含在控制回路中。 结果：响应不灵敏，动作迟缓， 最大偏差±10℃ 原因：控制通道滞后大，对氨气总管压力波 动引起氨气流量的频繁变化，不能及 时克服。
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第六章 串级控制系统
6.1.3 串级控制系统的工作过程
b. 出现一次干扰F1 ：导致T升高 （推理方法2）
F1 温度TTyC m1设 定值r1不变TC输出u1
FC设定值r2 ey2m2暂 时 ym不 2变 r2 F C 输 出 u 2 阀 门 开 度 2 流 量 Q 炉 温 T 至 设 定 值
实验四串级控制系统
液位-液位串级控制系统
具体步骤如下：
①串级控制系统的投运准备 串级控制的最主要特征是一个控 制系统，两个控制回路，内回路 （副环）含在外回路（主环）之 内；有两个控制器，仅有一个执 行机构，因为主控制器是通过发 出指令来操纵副控制器，由副控 制器负责执行控制，完成控制动 作，所以，主控制器的输出作为 副控制器的设定。如何实现？-注意控制器在限号转接面板上的 连线或按钮。
液位-液位串级控制系统
(3)SP1加干扰。注意：设定值变化10%，具体向哪个方 向变化取决于当前水位的状况。
(4)给系统施加一干扰后待其稳定，需观察控制过程是 否满意。 (5)然后可将主控制器的比例度调整到50～20，每次改 变后，都要改变给设定值加扰动进行测试，观察控制过 渡过程曲线的变化—是否稳定较快，超调量较小，接近 4:1衰减震荡过程。最后确定一组最合适的参数.
(2)投运需按照“先副后主”的原则进行，先投运副控制器，再 投运主控制器。待两个液位都基本达到稳定，分别将两个控制器 的设定值与测量值（液位高度）对齐，即消除系统偏差。
液位-液位串级控制系统
具体步骤如下：
特别注意：调整副控制器的设定值时，应该在哪里调？ (实际工业中一般是操作测量值等于设定值，在这为了加快试验速度， 才采用此法操作；)
液位-液位串级控制系统
具体步骤如下：
①串级控制系统的投运准备 同上次实验操作，首先检查管路、阀门(闸板的高度)，设备加电， 进行信号连线，构建一个以1#控制器为主控制器，2#控制器为副 控制器，以调节阀为执行环节的串级控制系统； 启动实验软件，选择主、副控制器，全部都置于手动状态；先调 整副控制器的手动输出为50%左右，启动水泵。待系统达到平稳， 其间不要频繁调整阀的开度； 在自动控制系统投运自动前，务必要确保控制系统运行后一定是 负反馈控制，即控制作用是消弱而不是增强干扰作用的影响-根据 调节阀的作用方向，确定主、副控制器的正、反作用；由于副控 制器是先于主控制器投入工作，必须先保证副控制器单独工作时 也是负反馈（通过set键－＞PID->cont->ract/act）
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 -=。
过程控制系统仿真实验指导
过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验实验一 过程控制系统建模 (1)实验二 PID 控制 (2)实验三 串级控制 (6)实验四 比值控制 (13)实验五 解耦控制系统 (19)附:子系统封装 (26)实验一 过程控制系统建模指导内容：（略）作业题目一：常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。
作业题目二： 某二阶系统的模型为2() 224n G s s s n n ϖζϖϖ=++，二阶系统的性能主要取决于ζ，nϖ两个参数。
试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解，分别进行下列仿真：（1）2n ϖ=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线；（2）0.8ζ=不变时，n ϖ分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。
实验二 PID 控制指导内容：PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它根据被控过程的特征确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间。
PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：（1） 理论计算整定法主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。
（2） 工程整定方法主要有Ziegler-Nichols 整定法、临界比例度法、衰减曲线法。
这三种方法各有特点，其共同点都是通过实验，然后按照工程实验公式对控制器参数进行整定。
但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
工程整定法的基本特点是：不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定；方法简单，计算简便，易于掌握。
a ． Ziegler-Nichols 整定法Ziegler-Nichols 整定法是一种基于频域设计PID 控制器的方法。
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。
锅炉液位串级控制系统的仿真与结果分析
摘要在大多数情况下，简单控制系统由于其自身需要的自动化仪表少，设备投资少，维护、投运简单，同时，生产实践证明它能解决大量的生产控制问题，满足定值控制的要求，因此，简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式，约占自动控制系统的90%左右。
但是，针对不同的生产过程为满足其生产过程的生产工艺、生产参数的不同要求，简单控制系统已不能满足生产要求，所以相继出现了各种复杂控制系统，例如，串级控制系统，前馈控制系统，纯滞后补偿控制系统和解耦控制系统等。
在各种复杂控制系统中，串级控制系统占有较大比重。
串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的，为双闭环或多闭环控制系统。
串级控制系统可以应用于容量滞后较大的对象，纯滞后较大的对象，扰动变化激烈而且幅度大的对象和参数互相关联的对象。
锅炉液位控制方案是通过对锅炉内的压力和液位的直接控制，在有蒸汽流量的改变时，系统能够很快的做出设置，使系统稳定。
运用副回路的快速作用，将有效地提高控制质量，可以满足生产要求。
为此设计以串级控制为基础的加热炉串级控制系统，对该生产过程有积极意义。
关键词：串级控制，锅炉液位，前馈-串级控制 matlab目录一、对串级系统研究 (1)二、系统器件选择（包括器件参数）及系统分析 (2)2.1 系统器件选择 (2)2.2 串级控制系统性能分析 (2)2.3 主、副控制规律的设计 (2)2.4 控制参数的工程整定 (3)三、锅炉液位串级控制系统的仿真与结果分析 (4)3．1锅炉液位仿真图如下所示 (4)3.2 PID 参数整定及MATLAB 系统仿真 (4)3.3 扰动加在不同对象时的曲线 (5)3.4 不同副调节器比例度的影响 (6)四、设计总结 (8)五、参考资料 (9)一、对串级系统研究串级控制系统性能特点：串级控制系统即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环。
就其主回路来看是一个定值控制框图，而副回路则为一个随动系统。
实验三、串级控制系统仿真
单击此处添加副标题
一、实验目的
CONTENTS
01
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02
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二、仿真题目
已知被控对象及传感器的传递函数：
01
要求： 构造串级控制系统； 整定主、副控制器； 仿真。
三、实验步骤
构造串级系统结构图 整定副回路 整定主回路 仿真，并计算控制量下的 观察系统的扰动响应
计算性能参数：
>> tp=spline(y,t,max(y))
01
>> sigma=max(y)-1= 8.92%
02
>> ess=1-y(length(t))=0
03
按照下图，分别在一次扰动和二次扰动下（扰动量设为0.5 ）仿真，并观察扰动响应。
在扰动量作用下
The End
FOR WATCHING
添加标题
整定主回路（按 ITAE）
添加标题
获取广义对象传函
添加标题
将下图存盘（文件名自取，如ShiYan_3）
广义对象Wo’
应用插值法获取广义主对象模型 在command window 中输入命令： >> [t,x,y]=sim (‘ShiYan_3’ , [ ], [ ]) ; 然后，在 workspace 中修改变量 y 和 t 的取值ห้องสมุดไป่ตู้间（删除纯时滞段），使两者成为一一对应关系（方法见后面几页）。
四、实验内容
构造串级系统结构图
设置设定值：
（2）方块图
PART 1
整定副回路（按 ITAE） 查表4-11，A=0.904，B=-1.084，代入式（4-18） y= A* ( tauo2 / To2 ) ^ B =2.0423 得 Kp2= y / Ko2 =0.6808 置于副控制器。
控制系统仿真实验报告
控制系统仿真实验报告姓名：王天雷班级：231142学号：20131004363学院：自动化专业：自动化指导老师：刘峰2017 年 1 月目录7.2.2 (1)7.2.3 (7)7.2.4 (12)7.2.5 (17)7.2.6 (21)7.3.1 (24)总结 (25)7.2.2 控制系统的阶跃响应实验目的：观察学习控制系统的单位阶跃响应 记录单位阶跃响应曲线掌握时间响应分析的一般方法实验内容： 1. 二阶系统1）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线 First.m close all; clear all; clc;num=[10];den=[1 2 10]; step(num,den); title(‘阶跃响应曲线’);2）键入damp(den) 计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率，并记录结果：Eigenvalue （闭环根） Damping （阻尼比） Freq. (rad/s)（无阻尼振荡频率）()102102++=s s sG-1.00e+000 + 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000 -1.00e+000 - 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+0003）记录实际测取的峰值大小、峰值时间及过渡过程时间，并填表：由理论知识知编写代码x.m%返回峰值时间，超调量，调节时间5%，2% function [tr b ts1 ts2]=x(a,wn) wd=wn*(1-a^2)^0.5;%求解wd tp=3.14/wd;%峰值时间b=exp((-3.14*a/(1-a^2)^0.5));%超调量 ts1=3.5/(wn*a),ts2=4.5/(wn*a);%调节时间 计算得到理论值，填入表中3//πωπ==d p t 4.52%(00.9)3.55%n s n t ζωζζω⎧∆=⎪⎪=<<⎨⎪∆=⎪⎩2 1)修改参数，分别实现和的响应曲线，并记录 程序：second.m clear all; close all; clc;n0=10;d0=[1 2 10];step(n0,d0);%原系统，kesai=0.36 hold on;%保持原曲线n1=n0;d1=[1 6.32 10];step(n1,d1);%kesai=1; n2=n0;d2=[1 12.64 10];step(n2,d2);%kesai=2;如图，kesai 分别为0.36,1,2，曲线幅度递减2）修改参数，分别写出程序实现和的响应曲线，并记录程序：third.m clear all; close all; clc;n0=10;d0=[1 2 10];step(n0,d0);%原系统，wn0=10^0.5 hold on;%保持原曲线n1=0.25*n0;d1=[1 1 n1];step(n1,d1);%wn1=0.5*wn0; n2=4*n0;d2=[1 4 n2];step(n2,d2);%wn2=4*wn0=2;1=ζ2=ζ0121w w n =022w w n =如图，wn=2*wn0,wn0,0.5*wn0，上升时间逐渐增长，超调量不变3. 作出以下系统的阶跃响应，并与原系统响应曲线进行比较，作出相应的实验分析结果（1），有系统零点的情况（2），分子、分母多项式阶数相等（3），分子多项式零次项为零（4），原响应的微分，微分系数为1/10程序：%各系统阶跃响应曲线比较G0=tf([10],[1 2 10]);G1=tf([2 10],[1 2 10]);G2=tf([1 0.5 10],[1 2 10]); G3=tf([1 0.5 0],[1 2 10]);G4=tf([1 0 ],[1 2 10]); step(G0,G1,G2,G3,G4); grid on;title(' Step Response 曲线比较');()10210221+++=s s s s G ()102105.0222++++=s s s s s G ()1025.0222+++=s s s s s G ()10222++=s s s s G4.试做一个三阶系统和四阶系统的阶跃响应，并分析实验结果 假设一个三阶和一个四阶系统，如下sys1=tf([1],[1 1 1 1]);sys2=tf([1],[1 1 1 1 1]);step(sys1,sys2);如图，分别为sys1,sys2系统阶跃响应曲线分析1：系统阻尼比和无阻尼振荡频率对系统阶跃相应的影响11123+++=s s s sys 112234++++=s s s ssys解：在欠阻尼响应曲线中，阻尼比越小，超调量越大，上升时间越短，通常取kesai在0.4到0.8之间，此时超调量适度，调节时间较短；若二阶系统的阻尼比不变，振荡频率不同，其阶跃响应的振荡特性相同但响应速度不同，wn越大，响应速度越快。
串级控制系统实训
二.串级控制系统2.1系统控制要求选择控制系统的方案，选择好主副调节器，在恒压供水条件下，将中水箱液位和下水箱液位按系统框图接好实验导线，组成串级实验所用设备。
先整定副回路参数，稳定后在整定主回路参数，最后穿在一起整定，等待系统稳定后，中水箱液位给定值加个阶跃（幅度不要太大），观察参数的变化，并记录。
2.2系统方案本设计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，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的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气动调节阀，从而达到控制中水箱液位的目的。
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，因而副调节器也可采用PID调节器。
图一.中水箱液位和下水箱液位串级控制结构图2.3系统的组成及主要设备介绍组成：水泵Ⅰ、变频器、调节器（708型）、中水箱、下水箱、中下水箱液位变送器、调节器（818型）、主回路液位变送器、主回路调节阀、副回路液位变送器、副回路调节阀、液位传感器主要设备介绍1.液位传感器该实验装置液位传感器采用的是扩散硅压力式传感器，直流24V供电，测量精度0.25%。
这种传感器是根据压阻效应工作的半导体压力测量元件，其结构示意图如下图所示：在杯状单晶硅膜片的表面上，沿一定的晶轴方向扩散着一些长条形电阻。
当硅膜片上下两侧出现压差时，膜片内部产生应力，使扩散电阻的阻值发生变化。
需要说明，这里扩散电阻的变化，在机理上和普通的金属应变电阻不同，普通的金属电阻丝受力变形时，其电阻的变化是由几何尺寸变化引起的，而半导体扩散电阻在受到一定方向的应力作用时，材料内部晶格之间的距离发生变化，禁带宽度以及载流子之间的相互作用都发生变化，使载流子浓度和迁移率改变，导致半导体材料的电阻率ρ发生强烈变化，其灵敏度约比金属应变电阻高100倍左右。
【精品】基于MATLAB的液位与流量串级控制系统设计与仿真毕业论文设计
北方民族大学学士学位论文论文题目:基于MATLAB的液位与流量串级控制系统设计与仿真院(部)名称: 电气信息工程学院专业: 电气工程及其自动化论文提交时间: 2011年5月20日论文答辩时间: 2011年5月28日学位授予时间:北方民族大学教务处制毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要随着科学技术的不断进步，在现代各种复杂控制系统中，串级控制系统占有较大比重；串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。
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。
串级控制系统实验
图3-1 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；
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
初始给定：
系统达到稳定状态打开电磁阀，产生扰动改变系统给定，即
阶跃扰动
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
1.实验名称、实验目的、实验设备、实验原理及内容由教师确定，实验前学生填好；
2.实验步骤、实验结果及分析由学生记录实验的过程，包括操作过程、实验结果、遇到哪些问题以及如何
解决等；
3.实验总结由学生在实验后填写，总结本次实验的收获、未解决的问题以及体会和建议等。
基于MATLAB的串级控制系统的仿真
基于 MATLAB 的串级控制系统的仿真摘要本文基于MATLAB的Simulink工具箱对单容水箱的液位串级控制系统经行了仿真，通过使用建模法和一些试验，验证了串级控制提高系统性能和稳定性的作用。
关键字 MATLAB 串级控制系统 PID 仿真MATLAB是美国Math Works公司出品的商业数学软件，用于数据分析、无线通讯、深度学习、图像处理与计算机数学、信号处理、量化金融与风险管理、机器人，控制系统等领域。
在MATLAB工具包中有一个Simulink模块，可以对控制系统进行仿真，为工业控制系统的设计和精确控制提供参考。
本文基于化工系统中常见的单容水箱系统进行分析，通过对经典的PID闭环回路系统进行仿真，验证了串级系统对提高控制系统性能的作用。
1.串级系统原理串级系统由两个调节器串联工作，其中一个调节器输出作为另外一个调节器的给定信号。
该系统主要包括两个回路，主回路和副回路。
当系统中扰动发生时，破坏了原来的稳定状态，根据位置不同，可分为一次扰动和二次扰动。
在串级系统中，由于引入了一个副回路，能及早克服进入副回路的扰动，由副回路进行粗调，主回路进行细调，从而提升控制品质。
串级控制系统采用PID控制算法，其中副回路往往只整定KP和TI两个参数，而主回路整定KP,TI和TD三个参数。
在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的装置称为PID控制器。
PID控制的本质就是根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，结果用来控制输出。
在工业控制系统中，理想的连续控制系统PID规律为：其中，Kp——控制器的比例系数，与比例度P互为倒数Ti——控制器的积分时间，又称积分系数Td——控制器的微分时间，又称微分系数u(t)——控制器的输出信号e(t)——测量值和给定值之间的偏差1.串级系统设计与建模图1是一种工厂常用的液位和流量串级系统，其主要特征是有两个调节器，一个液位调节器和一个进液流量调节器，两个调节器之间是串联关系，其中液位调节器的输出是流量调节器的给定。
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无扰动的静差：0.0819 二类扰动D2的静差：0.0887 一类扰动D2的静差： 0 由图2-9可知，当有干扰D2进入副回路中时，系统可以很快地抑制干扰，而干扰 D1略差。
图2-10
对二类扰动D2不同增益时对比
图2-11 对二类扰动D2不同增益时对比2 由图2-11可知，串级系统对于二类扰动D2具有较强的抑制能力。
图2-12
对一类扰动D1不同增益时对比
图2-13 对一类扰动D1不同增益时对比2 由图2-13可知，串级系统对于一类扰动D1明显弱于二类扰动D2。
（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益 K c 5.4 ，再分别求出二类扰动 D2 和一 类扰动 D1 在单位阶跃时的静差，且与（2）比较分析。
四、结果分析
1、由图2-9可知，串级系统对于二类扰动D2具有较强的抑制能力，而对于一类扰 动D1的控制能力明显弱于二类扰动D2。 2、由图 2-17 与 2-19 可知，对于简单控制系统，不能抑制一类和二类扰动。 3、由图 2-15 可知，串级系统用一个闭合的副回路代替了原来一部分广义对象， 改善了对象的特性。
图2-18
简单控制和串级一类扰动D1分析图
图2-19
简单控制和串级一类扰动D1分析图2
串级无扰动（紫）、串级D1扰动（红）、简单控制无扰动（蓝）、简单控制D1扰动（黄）
由图2-17与图2-19可知，对于二类扰动D2，串级系统能有效地抑制，对于一类扰 动D1，串级系统不能抑制扰动。而简单控制系统，不能抑制一类和二类扰动。
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 学 班
名： 号： 级：
郭少杰 20113324 2011033
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、两步法整定串级控制系统的参数 （1）搭建该系统的仿真模型，如图 2-1 所示。
4、由图 2-17 可知，对于二类扰动，串级控制系统的控制效果好于简单控制。 5、由图 2-19 可知，对于一类扰动，串级控制系统的控制效果好于简单控制。
五、思考题
1、说明两步法整定串级控制系统的具体步骤。 答：①将主副控制器都设置为比例控制器，按单回路系统的稳定边界法整定副回 路，调节副回路控制器参数。 ②保持副控制器参数不变，用稳定边界法来整定主回路，得到 Pm 和 Tm，调节主 控制器参数。 ③先副回路， 后主回路， 做一些扰动试验， 观察过渡过程曲线， 做适当参数调整， 直到控制品质最佳为止。 2、说明串级控制系统在对象动态特性和克服扰动能力上较单回路控制系统的优 点。 答：串级系统用一个闭合的副回路代替了原来一部分广义对象，与另一部分对象 串联，相较于简单控制系统，改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量， 并 且串级控制系统对于二类扰动具有较强的抑制能力， 能迅速克服进入副回路的二 次扰动。 3、串级控制系统如何选择合理的副参数。 答：①在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰 包含在副回路中。 ②选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。 ③方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性 4. 你认为在实际生产过程中何种场合下需要采用串级控制系统，如何设计。 答：容量滞后较大、纯时延较大、扰动变化激烈而且幅度大、参数互相关联、 非 线性过程。 设计： ①确定生产过程要求控制的工艺参数 ②设计主、副回路，选择合适的控制规律以及主、副调节器的作用方式。 ③整定调节器的参数
图2-14
简单控制和串级控制无扰动simulink
图2-15 简单控制（黄）和串级控制（紫）无扰动对比图 由图2-15可知串级系统用一个闭合的副回路代替了原来一部分广义对象， 改善了 对象的特性。
图2-16
简单控制和串级二类扰动D2分析图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图2-17
简单控制和串级二类扰动D2分析图2
串级无扰动（紫）、串级D2扰动（红）、简单控制无扰动（蓝）、简单控制D2扰动（黄）
六、心得体会
通过此次实验，我了解了串级控制系统的特点，串级系统用一个闭合的副回 路代替了原来一部分广义对象，与另一部分对象串联，相较于简单控制系统， 改 善了过程的动态特性，提高了系统控制质量，并且对于二类扰动有较强的控制能 力，适用于容量滞后较大、纯时延较大、扰动变化激烈而且幅度大、参数互相关 联和非线性过程， 当单回路无法满足设计要求时，可以尝试使用串级控制系统设 计。 并且熟悉并掌握了临界振荡法调整PID参数的方法，以及matlab中simulink 的使用。
图 2-1 simulink 模型
（2）先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出 K c 2 ；然后对主调节器整定， 求出主调节器的参数 K c1 、 Ti 。 （3）根据公式计算出副控制器（P 控制器）和主控制器（PI 控制器）的各参数。 （4）设置好参数后对主控制器参数进行调整，得到理想曲线。 2、一类扰动和二类扰动对串级控制系统的影响 （1）串级控制系统的主回路和副回路都采用单纯比例调节，根据一的实验步骤 整定各参数。 （2）将一类扰动 D1 和二类扰动 D2 分别加入已经整定好参数的串级控制系统中， 求出一类扰动 D1 和二类扰动 D2 在单位阶跃时主被控量的静差。 三、一类扰动和二类扰动对简单控制系统的影响 （1）调节器的比例增益 K c =5.4，搭建仿真模型。 （2） 将一类扰动 D1 和二类扰动 D2 分别加入到简单控制系统中， 求出一类扰动二 类扰动 D2 和二类扰动 D2 在单位阶跃时的静差。
三、实验记录
1、两步法整定串级控制系统的参数 （1）将副回路单独拿出如图 2-2，当副回路过渡过程出现等幅振荡时,副回路控 制器比例系数 kc 20 =24.25；
图 2-2 对副调节器整定模型与 K c 2 24 .25 时系统输出呈临界振荡
根据稳定边界法整定参数计算表，整定参数 P 2 Pm 8.247%
K c 2 12.125 。
图2-3
对主调节器整定模型
图2-4
K c1 21 .75 时，系统输出呈临界振荡
根 据 稳 定 边 界 法 整 定 参 数 计 算 表 ， 整 定 参 数
P 2.2 Pm 10.115 %; Ti 0.85 Tm 0.85 11 .5 9.775 。
图2-5
整定后的系统simulink搭架图
图2-6 稳定边界法的输出 （2）如果主调也用比例作用，求二类扰动 D2 和一类扰动 D1 在单位阶跃时主被控量的静差， 并进行分析。
图2-7
主调为比例作用的simulink框图
图2-8
二类扰动D2和一类扰动D1比较图
图2-9
无扰动（紫）、二类扰动D2（黄）和一类扰动D1（蓝）输出曲线对比