过程控制：串级控制系统仿真

实验四串级控制实验内容建模仿真SIMULINK学生信息自动化XXX提交日期年月日20XX528报告内容串级控制

一、实验目的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；

1.掌握串级控制的参数整定方法

2.

二、实验设备计算机台

1.1软件套

2.MATLAB

7.X1

三、实验步骤已知某串级控制系统的主副对象的传递函数G°I，G02分别为G1s=—八1005+1210S+1副回路干扰通道的传递函数为Gs=——o+205+1心用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

1.Simulink

①单回路控制系统方框图如下其中，为单回路调节器，为一次扰动，取阶跃信号；为二次扰动，取阶跃信号；PIDC1PID dld2为副对象，为主对象；为系统输入，取阶跃信号；为系统输出，它连接到示波器上，可G02G1r y以方便地观测输出

②串级控制系统方框图如下其中，为主调节器，采用调节，为副调节器，采用调节；为一次扰动，取PIDC1PD PIDC2P ql阶跃信号；为二次扰动，取阶跃信号；为副对象，为主对象；为系统输入,取阶跃信号；q2G02G°i r为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出y选用调节器，整定调节器的参数，并绘制相应的单位阶跃响应曲线

2.PID进行调节器的参数整定，当输入比例系数为积分系数为微分系数为时，系统阶跃响260,0,140应达到比较满意的效果，记录系统阶跃响应图采用这套参数时，二次扰动作用下，置输入为系统框图如下，记录系统的输出响应图PID0,采用这套参数时，一次扰动作用下，置输入为系统框图如下，记录系统的输出响应图PID0,综合以上各图可以看出采用单路控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次和二次扰动Hl的抑制效果不是很好选用调节器，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

3.PID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d1采用这套参数时，一次扰动作用下,置输入为系统的框图如下，记录系统的输出响PID0,采用这套参数时，二次扰动作用下，置输入为系统的框图如下，记录系统的输出响应图PID0,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单回路系统程序图1图单回路控制系统运行曲线2图输入为加入二次扰动30,图输入为加入阶跃扰动40,d2Gd2图单回路系统程序图:53Scopel-□XAlelootsY»ewSimulationHelp图串级控制系统运行曲线6图输入为加入二次扰动70,«ScopelKleToolsViewSimulationHelp系统采用单回路控制和串级控制的对比单回路控制串级控制控制品质指标K ci=260,T ci=140K ci=550,T ci=80,K C2=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。