过程控制：串级控制系统仿真.docx

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1、实验四串级控制实验内容：SIMULINK建模仿真学生信息：自动化XXX提交日期：20XX年5月28日报告内容：串级控制一、实验目的1 .通过比较单回路控制系统与串级控制系统，进一步加深对串级控制的认识；2 .掌握串级控制的参数整定方法。二、实验设备1 .计算机1台2 . MATLAB 7.X 软件 1 套。三、实验步骤已知某串级控制系统的主副对象的传递函数Gi，G02分别为：G1(s) = 八 )1005 + 1210S + 1副回路干扰通道的传递函数为：G(s) =o心 ? +205 + 11 .用Simulink画出串级控制系统的方框图及相同控制对象下的单回路控制系统方框图。单回路控制系统

2、方框图如下其中，PIDC1为单回路PID调节器，dl为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃 信号；G02为副对象，G。1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号；y为系统输出，它连接到示波 器上，可以方便地观测输出。串级控制系统方框图如下其中，PIDC1为主调节器，采用PD调节，PIDC2为副调节器，采用P调节；ql为一次扰 动，取阶跃信号；q2为二次扰动，取阶跃信号；G02为副对象，Gi为主对象；r为系统输入, 取阶跃信号；y为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。2 .选用PID调节器，整定调节器的参数，并绘制相应的单位阶跃响应曲线。进行调节器的参数整定，当输入比例系数为260

3、,积分系数为0,微分系数为140时，系统 阶跃响应达到比较满意的效果，记录系统阶跃响应图。采用这套PID参数时，二次扰动作用下，置输入为0,系统框图如下，记录系统的输出响应 图。采用这套PID参数时，一次扰动作用下，置输入为0,系统框图如下，记录系统的输出响应 图。综合以上各图可以看出采用单Hl路控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次和二次 扰动的抑制效果不是很好。3 .选用PID调节器，整定主副调节器的参数，使该串级控制系统性能良好，并绘制相应的单位阶跃响应曲线。进行调节器的参数整定，记录系统阶跃响应图。采用这套PID参数时，二次扰动作用下，置输入为0,系统的框图如下，记录系统的输出响

4、应图。d2Gd2d1采用这套PID参数时，一次扰动作用下,置输入为0,系统的框图如下，记录系统的输出响应图。综合以上各图可以看出，采用串级控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次扰动, 二次扰动的抑制也能达到很好的效果。图1单回路系统程序图图2单回路控制系统运行曲线图3输入为0,加入二次扰动图4输入为0,加入阶跃扰动图5单回路系统程序图:3 Scopel- XAle loots Yew Simulation Help图6串级控制系统运行曲线图7输入为0,加入二次扰动 ScopelKle Tools View Simulation Help系统采用单回路控制和串级控制的对比控制品质指标单回路控

5、制Kci=260, Tci=140串级控制Kci=550, Tci=80, Kc2=3衰减率81%81.6%调节时间21.018.32残余偏差0.00380.0024二次阶跃扰动下的系统短期最大偏差0.003830.000605一次阶跃扰动下的系统短期最大偏差0.01670.00734总结：由曲线和所得控制品质指标得：单回路控制和串级控制各有优劣：单回路控制：简单易用，容易理解，应用范围广，但是对扰动非常敏感，无法处理多个变 量。串级控制：适用于多变量系统，对扰动的鲁棒性强，控制精度相较于单回路控制有所提升， 缺点在于复杂度高，调整和优化较为困难。单回路控制和串级控制各有优缺点，适用于不同类型的控制系统。在处理简单的控制系统 时，可以使用单回路控制实现精确的控制效果；而处理复杂的控制系统时，则需要采用更为复 杂的控制策略，如串级控制，以实现更好的控制性能和效果。