过 程 控 制
实验报告
实验名称： 串级控制
班级：
姓名：
学号：
实验二 串级控制系统
一、实验目的
1) 通过本实验，了解串级控制系统的基本结构以及主、副回路的性能特点。
2) 掌握串级控制系统的设计思想和主、副回路控制器的参数整定方法。
二、 实验原理
串级控制系统由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。控制器相串联，副控制器的输入由主控制器的输出设定。主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统，对二次扰动而言，副回路是恒值控制系统。
串级控制的主要优点可概括如下:
1) 由于副回路的存在，改善了对象的部分特性，使系统的工作频率提高，加快了调节过程。
2) 由于副回路的存在，串级控制系统对二次扰动具有较强的克服能力。
3) 串级控制系统提高了克服一次扰动的能力和回路参数变化的自适应能力。
串级控制系统副回路的设计原则：
1) 副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动。在可能的情况下力求包含尽可能多的扰动。
2) 当对象具有较大纯滞后时，在设计时应使副回路尽量少包括或不包括纯滞后。
3) 当对象具有非线性环节时，在设计时应使非线性环节于副环之中。
4) 副回路设计时应考虑主、副对象时间常数的匹配，以防共振。
5) 所设计的副回路需考虑到方案的经济性和工艺的合理性。
串级控制系统常用的控制器参数整定方法有逐步逼近法、两步法、一步法等。
逐步逼近法
1) 在主回路断开的情况下，求取副控制器的整定参数；
2) 将副控制器的参数设置在所求的数值上，使串级控制系统主回路闭合，以求取主调节器的整定参数值；
3) 将主调节器参数设置在所求值上，再次整定副控制器的参数值。
一、 实验目的
1、 熟悉串级调节系统的组成，结构。
2、 通过选定的控制对象，来组成相应的串级调节系统。
3、 学习串级调节系统的投运方法和主副调节器的参数整定。
二、 实验原理
串级调节系统是复杂调节的一种形式，是在简单调节系统的基础上发展起来 的。在对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁的工作环境下，采用简单调节系统 往往调节质量较差，满足不了工艺要求，从而采用串级控制系统。由于串级控制 系统是改善控制质量的有效方法之一，因而它在过程控制中得到了广泛应用。
1、 串级控制系统的结构
如图3-1所示，串级控制系统是指不止采用一个调节器，而是将两个或几个 调节器相串联，并将一个调节器的输出作为下一个调节器设定值的控制系统。
2、串级控制系统的名词术语：
（1） 、主被控参数：在串级控制系统中起主导作用的那个被控参数。
（2） 、副被控参数：在串级控制系统中为了稳定主被控参数而引入的中间辅 助变量。
（3） 、主被控过程：由主参数表征其特性的生产过程，主回路所包含的过程， 是整个过程的一部分，其输入为副被控参数，输出为主控参数。
（4） 、副被控过程：是指副被控参数为输出的过程，是整个过程的一部分， 其输出控制主控参数。
（5） 、主调节器：按主参数的测量值与给定值的偏差进行工作的调节器， 其 输出作为副调节器的给定值。
（6）、副调节器：按副参数的测量值与主调节器输出值的偏差进行工作的调 节器，其实验 串级调节系统
图1 串级控制系统结构 输出直接控制执行机构。
（7）、副回路：由副调节器、副被控过程、 副测量变送器等组成的闭合回路。
（8）、主回路：由主调节器、副回路、主被控过程及主测量变送器等组成的 闭合回路。
（9）、一次扰动： 作用在主被控过程上的， 而不包括在副回路范围内的扰动。
（10）、二次扰动：作用在副被控过程上，即包括在副回路范围内的扰动。
3、串级调节系统相对与单回路简单调节系统的优点 ：
1
设计内容与设计要求
设计内容：
某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数分别为：
G01(s)=1/(30s+1)(3s+1);g02(s)=1/((10s+1)(s+1)^2);
主控制器采用比例积分控制，副控制器采用比例控制。
设计要求：
试分别采用单回路控制和串级控制设计主、副PID控制器的参数，并给出整定后系统的阶跃响应曲线和阶跃扰动的响应曲线，并说明不同控制方案对系统的影响。
2
目 录
第1章 概述......................................................... 1
第2章 系统总体方案................................................. 2
2.1 隧道窑的结构 ................................................ 2
2.2 方案比较 .................................................... 2
2.3 方案选择 ................................................... 4
第3章 系统控制参数的选择........................................... 5
3.1串级控制系统选择............................................. 5
3.1.1 主变量的选择........................................... 5
3.1.2 副变量的选择........................................... 5
过 程 控 制
实验报告
实验名称： 串级控制
班级：
姓名：
学号：
实验二 串级控制系统
一、实验目的
1) 通过本实验，了解串级控制系统的基本结构以及主、副回路的性能特点。
2) 掌握串级控制系统的设计思想和主、副回路控制器的参数整定方法。
二、 实验原理
串级控制系统由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。控制器相串联，副控制器的输入由主控制器的输出设定。主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统，对二次扰动而言，副回路是恒值控制系统。
串级控制的主要优点可概括如下:
1) 由于副回路的存在，改善了对象的部分特性，使系统的工作频率提高，加快了调节过程。
2) 由于副回路的存在，串级控制系统对二次扰动具有较强的克服能力。
3) 串级控制系统提高了克服一次扰动的能力和回路参数变化的自适应能力。
串级控制系统副回路的设计原则：
1) 副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动。在可能的情况下力求包含尽可能多的扰动。
2) 当对象具有较大纯滞后时，在设计时应使副回路尽量少包括或不包括纯滞后。
3) 当对象具有非线性环节时，在设计时应使非线性环节于副环之中。
4) 副回路设计时应考虑主、副对象时间常数的匹配，以防共振。
5) 所设计的副回路需考虑到方案的经济性和工艺的合理性。
串级控制系统常用的控制器参数整定方法有逐步逼近法、两步法、一步法等。
逐步逼近法
1) 在主回路断开的情况下，求取副控制器的整定参数；
2) 将副控制器的参数设置在所求的数值上，使串级控制系统主回路闭合，以求取主调节器的整定参数值；
3) 将主调节器参数设置在所求值上，再次整定副控制器的参数值。
