串级控制系统整定实验报告

串级控制系统仿真串级控制系统仿真 一 实验目的一 实验目的 1 掌握动态模型的创建方法 2 掌握串级控制系统整定方法 3 了解控制系统的特点 4 了解串联控制系统的特点 二 串级控制系统原理二 串级控制系统原理 串级控制系统 就是由两个调节器串联在一起 控制一个执 行阀 实现定值控制的控制系统 串级控制系统的通用方框图 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 串级控制系统特点 1 改善了被控过程的动态特性 2 提高了系统的工作频率 3 具有较强的抗扰动能力 4 具有一定的自适应能力 两步整定法 1 工况稳定时 闭合主回路 主 副调节器都在纯比例作用 的条件下 主调节器的比例度置于 100 用单回路控制系统的 衰减曲线法整定 求取副调节器的比例度和操作周期 s s T 2 将副调节器的比例度置于所求得的数值上 把副回路作为 主回路中的一个环节 用同样方法整定主回路 求取主调节器的 比例度和操作周期 三 实验步骤三 实验步骤 1 启动计算机 运行 MATLAB 应用程序 2 在 MATLAB 命令窗口输入 Smulink 启动 Simulink 3 在 Simulink 库浏览窗口中 单击工具栏中的新建窗口快捷按 钮或在 Simulink 库窗口中选择菜单命令 File New Modeel 打开一个标 题为 Untitled 的空白模型编辑窗口 4 设被控对象的传递函数为 要求被调量 24 21 1 10 120 ss 始终维持在设定值 设计一个串级控制系统 并且要求控制系统的 衰减率为 75 静态误差为零 用 MATLAB 创建仿真模型 5 按两步整定法整定调节器参数 6 按步骤 5 的结果设置调节器参数 启动仿真 通过示波 器模块观测并记录系统输出的变化曲线 7 施加内扰 观测系统运行情况 衰减曲线法整定参数计算表 衰减曲线法整定参数计算表 调节器参数调节器参数 控制规律控制规律 i T d T P 2 s PI 1 2 s 0 5 s T PID 0 8 s 0 3 s T0 1 s T 四 系统曲线及其整定参数四 系统曲线及其整定参数 1 内回路系统的整定 利用 MATLAB 软件进行整定 置内回路调节器积分时间 为零 i T 微分时间为零 比例带 为较大值 并将系统投入运行 改变调 d T 节器的数值 直到系统出现 4 1 的衰减震荡过程 此时调节器 p K 的参数为 10 0 0 p K i K d K 实验原理图 整定的系统曲线如下 2 外回路系统的整定 利用 MATLAB 软件进行整定 内回路调节器不变 置外回路调节 器积分时间 为零 微分时间为零 比例带 为较大值 并将系统 i T d T 投入运行 改变调节器的数值 直到系统出现 4 1 的衰减震荡 p K 过程 如图 此时的比例带 0 8 1 8 153 2 25 s s T s 则计算出的 PID 参数为 1 8 0 039 27 54 p K i K d K 对上述计算参数进行调整 直到曲线更好的出现 4 1 的衰减震荡过 程 实验原理图 整定曲线如下 六 实验结果分析六 实验结果分析 1 串级控制系统由于副回路的存在 提高了系统的工作频率 减小了振荡周期 在衰减系数相同的情况下 缩短了调节时间 提 高了系统的快速性 2 将计算的参数设置为 PID 参数 得到的曲线整体形状已经 达到了预期要求 但超调量和衰减率还没有达到要求 故需要进一 步细调 3 对上述系统经行细调 首先调节积分环节和比例环节 使