串级控制系统两步整定法的仿真研究

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。串级控制系统两步整定法的仿真研究　　摘要：过程控制系统的PID参数整定问题，是系统运行过程中的重要问题，只有合适的PID参数，才能确保系统具有较高的控制质量。本文介绍利用仿真软件MATLAB/Simulink对串级控制系统的参数整定进行仿真研究的方法和步骤，具体给出了串级系统的仿真模型，按两步整定法，结合每一步中所用的经验凑试法，得出控制质量良好的仿真结果。　　关键词：串级系统；两步整定

2、法；MATLAB仿真　　一、引言　　过程控制作为自动化的一个重要方向，其控制策略是非常丰富的，在过程控制实际工程应用中，不仅要选用恰当的控制方案，还需要整定好调节器的PID参数，才能得到令人满意的控制质量。因此，整定PID参数，是系统投运后的重要事项，需要我们足够的重视，相关的整定方法有两种。　　理论计算法需要获取对象的动态特性，采用频率特性法或根轨迹法等计算，费时费力，在工程实际中并不适用。工程整定法是一种相对比较方便实用的方法，无需对象的特性，可以在闭合回路中整定，包括衰减曲线法、凑试法。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源

3、运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　在具体过程控制的教学和实训时，因为过程控制生产设备的安全性要求和限制，使得控制器的参数整定方法并不能实际操作训练；而过程控制实验装置的小型化简易化，则使得参数整定的实验效果不理想。利用仿真技术的快捷有效，可以解决这类参数整定问题，有助于我们高效的学习训练。　　单回路系统

4、的衰减曲线法和经验凑试法是基础整定方法，相关仿真研究已经比较多，这里只作简要介绍。本文主要针对串级系统，利用MATLAB软件，对两步整定法进行分析仿真。　　二、常用整定方法简介　　衰减曲线法和凑试法都是单回路系统的主要整定方法，两种方法的首要步骤很相似，都是在纯比例作用下，给定值为阶跃扰动，将系统投入闭环运行，并逐步增大比例控制作用，直到得到衰减比为4：1的响应曲线。一般认为，衰减率为的系统的稳定性已经足够，此时衰减比为4：1，能达到整定要求。　　后续对于衰减曲线法，是根据第一步记录下来的比例带以及衰减周期，查询相关的数据经验表，再求出δ、Ti、Td三者的参数值

5、。　　对于经验凑试法，则是逐步加入适当的积分作用和微分作用，看响应曲线的表现调整PID参数，直到达到较高的控制质量。当然，这种方法比较灵活快速，但需要一定的熟练经验。　　三、两步整定法的仿真　　MATLAB是当前应用广泛的仿真软件，Simulink则是为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一

6、到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。MATLAB内嵌的一个功能完善的仿真建模环境，因为内含大量标准功能模块，能快捷地根据需要选用模块并构成仿真模型。　　在MATLAB软件正常运行后，利用Simulink命令打开库浏览器，再创建一个新的空白模型窗口。在各个子模块库中，根据需求，选出相关的各个标准模块，拖进新建窗口中，按图1所示连接，构成串级控制系统的模型。　　图1中的Step模块的阶跃值设成1，作为系统的给定值信号。用到的PID模块并不在Simulink的标准库里，而是在附加库里，即SimulinkExtras库里的AdditionalLinear子模

7、块库中。PID模块内的三个参数分别为Kp、Ki、Kd，系数越大，相关控制作用越强。　　对串级系统来说，按照两步整定法操作比较合适，具体方法是首先只针对副回路，整定好PID参数，再将副回路看成整体中的一个部分，只针对主回路，对主调节器参数进行整定。　　具体在每一步每个回路的参数整定方法，都�是按基本的单回路系统的参数整定方法，具体如4：1衰减曲线法或者经验凑试法，本文采用更接近工程实际应用的经验凑试法，这样可以避免烦琐的计算，加快参数调试的速度。　　第一步，将主回路处于开环状态，只针对副回路，按照衰减曲线法，整定副调节器参数。构造的模型见图2。　　不断试验，逐步调

8、大副调节器的Kp值，当K