串级控制系统仿真实验

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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.掌握串级控制系统两步法

2、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在副调节器的比例度等于2Pm的条件下，逐步降低主调

3、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）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

4、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D10.0904二类扰动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

5、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

6、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

7、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