串级控制系统仿真实验.doc

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1、++——D2D1　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：，，　　调节器：，，调节阀：　　变送器：　　（1）先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出；然后对主调节器整定，求出主调节器的参数、。　　（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。　　（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益，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。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

2、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=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=1/P1=9.9、=9.86。①在副调节器

3、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,=0.85Tm=9.86。（2）如果主调也用比例作用，则P1=2Pm=0.0918,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。（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益，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。三、实验记录（稳定边界法对副调节器进行整定）

4、图1（稳定边界法对副调节器进行整定）图2（稳定边界法对主调节器进行整定）图3（稳定边界法对主调节器进行整定）图4（整定后）图5（整定后）图6（主调也用比例作用且无扰）图7（主调也用比例作用且无扰）图8（一类扰动D1）图9（一类扰动D1）图10（二类扰动D2）图11（二类扰动D2）图12（采用简单控制系统且无扰）图13（采用简单控制系统且无扰）图14（一类扰动D1）图15（一类扰动D1）图16（二类扰动D2）图17（二类扰动D2）图18四、结果分析（2）如果主调也用比例作用，则P1=2Pm=0.0918：扰动在单位阶跃时主被控量的静差C无扰动0.0904一类扰动D10

5、.0904二类扰动D20.0069可得串级控制系统对进入副回路的干扰有很强的克服能力。（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益：扰动在单位阶跃时主被控量的静差C无扰动0.156一类扰动D10.15625二类扰动D20.15625超调量调整时间(s)最大动态偏差衰减比简单控制D196%1450.30633.142:1简单控制D253.4%1550.156253.147:1串级控制D130.7%370.090413.09:1串级控制D242.8%370.006914.13:1可得串级控制系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。五、思考题1.说明两步法整

6、定串级控制系统的具体步骤。答：①在生产工艺稳定，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Pm2和临界振荡周期Tm2；②根据所记录的Pm，用195页的经验公式计算副调节器的整定参数:P2=2*Pm2；③在副调节器的比例度等于2*Pm2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Pm1和临界振荡周期Tm1；④根据所记录的Pm1和Tm1，用195页的经验公式计算主调节器的整

7、定参数。⑤做一些扰动试验，观察过渡过程曲线，作适当的参数调整，直到控制品质质量佳为止。2.说明串级控制系统在对象动态特性和克服扰动能力上交单回路控制系统的优点。答：1）对进入副回路的干扰有很强的克服能力；2）改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；3）对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。3.串级控制系统如何选择合理的副参数。答：1）主，副参数有对应关系，即通过调整副参数能有效地影响主参数；2）副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰，并尽可能多包涵一些干扰，且应在副回路反应灵敏与包含较多干扰之间进行合理的平衡；3）副参数的选择应考虑主，副回路中