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1、串级控制系统整定实验报告 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。 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： 二次扰动设定值一次扰动主参数-主调节器-副调节器执行阀副对象主对象副参数副检测变送器主检测变送器.串级控制系统特点：改善了
2、被控过程的动态特性。 提高了系统的工作频率。 具有较强的抗扰动能力。 具有一定的自适应能力。 .两步整定法 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ds和操作周期Ts。 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 启动计算机，运行MATLAB应用程序。 在MATLAB命令窗口输入Smulink,启动Simulink。 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Simulin
3、k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。 设被控对象的传递函数为：21，要求被调量始(1+10s)2(1+20s)4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。 按两步整定法整定调节器参数。 按步骤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。 施加内扰，观测系统运行情况。 . 衰减曲线法整定参数计算表： 控制规律 调节器参数 d Ti Td P PI PID 2ds 1.2ds 0.8ds 0.5Ts 0.3Ts 0.1Ts
4、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Ti为零，微分时间Td为零，比例带d为较大值，并将系统投入运行。改变调节器Kp的数值，直到系统出现4：1的衰减震荡过程。此时调节器的参数为Kp=10，Ki=0，Kd=0 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Ti为零，微分时间Td为零，比例带d为较大值，并将系统投入运行。改变调节器Kp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 ds =1.8，Ts= 153 ，ds=2.25 则
5、计算出的PID参数为：Kp =1.8 ，Ki=0.039 ，Kd= 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。 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。 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。
