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过程控制系统实验报告书

题 目 串级控制系统整定 系 别专 业 自动化 班 级 自本 姓 名 学 号指导老师

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。 二、实验器材

计算机一台，MATLAB应用程序 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：

2(1 10s)

2

1(1 20s)

4

，要求被调量始终维持在设定值。

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。 四、衰减曲线法整定参数计算表：

五、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Ti为零，微分时间Td为零，比例带 为较大值，并将系统投入运行。改变调节器Kp的数值，直到系统出现4：1的衰减震荡过程。此时调节器的参数为Kp=10，Ki=0，Kd=0 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Ti为零，微分时间Td为零，比例带 为较大值，并将系统投入运行。改变调节器Kp的数值，直到系统出现4：1的衰减震荡过程。 如图：

此时的比例带0.8 s =1.8，Ts= 153 ， s=2.25

则计算出的PID参数为：Kp =1.8 ，Ki=0.039 ，Kd= 27.54 。 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

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。

对上述系统经行细调，首先调节积分环节和比例环节，使系统的衰减率近似达到75%，同时也使系统超调量减小了，然后稍微增加系统的稳定性。PID系统具有更好的稳定特性，系统对外界干扰响应时间短，系统干扰能力越强。