单回路,串级仿真

1、在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q;被控量：下水箱液位；控制对象特性：控制对象特性JG_"力_工J.叱受）.三上1.工上水箱传递函数名.附式。阻1"白鼻地20"1（下水箱传递函数）二控制器：PID;执行器：控制阀；干扰信号：在系统单位阶跃给定下运行10s后，施加均值为0、方差为0.01的白噪声十伏图.L4二.单回路闭补系统控制是统推围在无壬扰情远一下整定.主控制餐的一磔L差数,整一宸好谖数后一分一别皮变且-1"。毒会矍塞苍箜数的变化度塞统拄能的影典一然后加入王扰自曝更一“一比狡有无干扰西种情迎下系统常定性的变化工然后-加入朝回路工副捻教舞

2、,帚直干扰血（ft况下比较里国疆控制，一星级控制系统拄能的变化L串或控打系统捱图如工J系统实施方案图加上15.5.4单回路PID控制的设计?r»rmWv,arkibTb.FinFatb,卜胤力真唯图如EK无壬扰”图1.5.1无干扰单回路MATLAB仿真框图先对控制对象进行PID参数整定，这里采用衰减曲线法，衰减比为10:1。A.将积分时间Ti调为最大值，即MATLAB中I参数为0,微分时间常数TD调为零，比例带6为较大值，即MATLAB中K为较小值。B.待系统稳定后，做阶跃响应，系统衰减比为10:1时，阶跃响应如下图：参数：K1=9.8,丁仁无穷大,TD=0图1.5.2单回路MATL

3、AB仿真阶跃响应曲线波形图经观测，此时衰减比近似10:1,周期Ts=14sK=9.8C.根据衰减曲线法整定计算公式，得到PID参数：K1=9.8*5/4=12.25,取12;Ti=1.2Ts=16.8s（注：MATLAB中I=1/Ti=0.06）;TD=0.4Ts=5.6s.使用以上PID整定参数得到阶跃响应曲线如下：参数：K1=12,Ti=16.8,TD=5.6图1.5.3单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图观察以上曲线可以初步看出，经参数整定后，系统的性能有了很大的改善。现用控制变量法，分别改变P、I、D参数，观察系统性能的变化，研究各调节器的作用。A,保持I、D参数为定值，改变P参数

4、，阶跃响应曲线如下：参数：K1=16,Ti=16.8,TD=5.6图1.5.4单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图参数：K1=20,Ti=16.8,TD=5.6图1.5.5单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图比较不同P参数值下系统阶跃响应曲线可知，随着K的增大，最大动态偏差增大，余差减小，衰减率减小，振荡频率增大。B.保持P、D参数为定值，改变I参数，阶跃响应曲线如下：参数：K1=12,Ti=10,TD=5.6-F"图1.5.6单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图参数：K1=12,Ti=1,TD=5.6图1.5.7单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图比较不同I参数值下

5、系统阶跃响应曲线可知，有I调节则无余差，而且随着Ti的减小，最大动态偏差增大，衰减率减小，振荡频率增大。C.保才IP、I参数为定值，改变D参数，阶跃响应曲线如下：参数：K1=12,Ti=16.8,TD=8.6图1.5.8单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图参数：K1=12,Ti=16.8,TD=11.6图1.5.9单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图比较不同D参数值下系统阶跃响应曲线可知，而且随着D参数的增大，最大动态偏差减小,衰减率增大，振荡频率增大。现向控制系统中加入干扰，以检测系统的抗干扰能力，系统的仿真框图如下：图1.5.10有干扰单回路MATL4B仿直框图阶跃响应曲线如下：参

6、数：K1=12,Ti=16.8,TD=5.6图1.5.11有干扰单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图观察以上曲线，并与无干扰时的系统框图比较可知，系统稳定性下降较大，在干扰作用时，很难稳定下来，出现了长时间的小幅震荡，由此可见，单回路控制系统，在有干扰的情况下,很难保持系统的稳定性能，考虑串级控制。5.5.5串级控制系统的设计系统的MATLAB仿真框图如下（有噪声）WtMMMfr*函.逮着噪声重戮隹匍索凝的遥行£8君置稳国当无噪声时，系统的阶跃响应如下图所示工比较单回路控制系统无干扰阶跃响应可知，串级控制降低了最大偏差，减小了振荡频率,太太缩短工用节虻回二魏百家跳串加入噪声，观察不同P条件下的系统阶跃响应曲卷蓼数lKi=玉，口=1©忌TPW&3=。.5图1.5.14而噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线班形图参数；Kl=l，Ti=16.8-TD=56.K2=l,01.208/：><：JI06”,i；4+J041i；?!JI024jjJIQA.I.01020X405060图.有噪声.串级拴制.MAIL坦防真阶数陶应曲线波形图参数；Kl-12,Ti-16.8.TD-5.6K2T.5图.Lf,L0有噪声串级控制.MATLAB.仿真阶盅响应曲