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串级控制系统整定实验报告

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2020年4月19日
文档仅供参考
串级控制系统仿真
一、实验目的
(1)掌握动态模型的创立方法.。
(2)掌握串级控制系统整定方法。
(3)了解控制系统的特点。
（4）了解串联控制系统的特点。
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：

.串级控制系统特点：（1）改进了被控过程的动态特性。
（2）提高了系统的工作频率。
（3）具有较强的抗扰动能力。
（4）具有一定的自适应能力。
.两步整定法
（1）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和操作周期。
（2）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。
三、实验步骤
（1）启动计算机，运行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，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink库窗口中选择菜单命令File New Modeel,打开一个标题为“Untitled”的空白模型编辑窗口。
（4）设被控对象的传递函数为：，要求被调量始终维持在设定值。设计一个串级控制系统，而且要求控制系统的衰减率为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）按步骤（5）的结果设置调节器参数，启动仿真，经过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。
（7）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

P
2

PI
1.2
0.5

PID
0.8
0.3
0.1

四、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为零，微分时间为零，比例带为较大值，并将系统投入运行。改变调节器的数值，直到系统出现4：1的衰减震荡过程。此时调节器的参数为=10，=0，=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为零，微分时间为零，比例带为较大值，并将系统投入运行。改变调节器的数值，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 =1.8，= 153 ，=2.25
则计算出的PID参数为： =1.8 ，=0.039 ，= 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。

（2）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。
（3）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。