过程控制：串级控制系统仿真.docx

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 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； 掌握串级控制的参数整定方法。 二、实验设备 计算机1台 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Go1，Go2分别为：，，副回路干扰通道的传递函数为：。 1．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。 eq \o\ac(○,1)单回路控制系统方框图如下 其中，PID C1为单回路PID调节器，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；Go2为副对象，Go1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。 eq \o\ac(○,2)串级控制系统方框图如下 其中，PID C1为主调节器，采用PD调节，PID C2为副调节器，采用P调节；q1为一次扰动，取阶跃信号；q2为二次扰动，取阶跃信号； Go2为副对象，Go1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，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回路控制，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，记录系统的输出响应图。 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： 图6串级控制系统运行曲线 图7输入为0，加入二次扰动 图8输入为0，加入阶跃扰动 系统采用单回路控制和串级控制的对比 控制品质指标 单回路控制 Kc1=260，Tc1=140 串级控制 Kc1=550，Tc1=80，Kc2=3 衰减率 81% 81.6% 调节时间 21.01 8.32 残余偏差 0.0038 0.0024 二次阶跃扰动下的系统短期最大偏差 0.00383 0.000605 一次阶跃扰动下的系统短期最大偏差 0.0167 0.00734 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。