串级控制系统仿真(word文档良心出品).docx

串级控制系统仿真解题步骤：(1)串级控制系统的方框图：（2）单回路控制系统图：图（ 2）为采纳单回路控制时的Simulink 图，此中， PID C1 为单回路PID 控制器， d1 为一次扰动，取阶跃信号； d2 为二次扰动，取阶跃信号； G o2为副对象， G o1为主对象； r 为系统输入，取阶跃信号，它连结到示波器上，能够方便地观察输出。

在 PID 参数设置中，经过不停的试验，当输入比率系数为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成效，系统阶跃响应以下列图：采纳这套 PID 参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统框图以下。

系统的输出响应以下列图：采纳这套 PID 参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统框图以下：系统的输出响应以下从综合以上各图能够看出，采纳单回路控制，系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次扰动，二次扰动的克制成效不是很好。

图（ 1）是采纳串级控制时的状况，d1 为一次扰动，取阶跃信号；d2 为二次扰动，取阶跃信号； PID C1 为主控制器，采纳PD 控制， PID C2 为副控制器，采纳PID 控制； Go2 为副对象， Go1 为主对象； r 为系统输入，取阶跃信号；scope 为系统输出，它连结到示波器上，能够方便地观察输出。

经过不停试验，当PID C1为主控制器输入比率系数为550，积分系数为0，微分系数为80 时；当 PID C2 为主控制器输入比率系数为3，积分系数为0，微分系数为0 时；系统阶跃响应达到比较满意的成效，系统阶跃响应以下列图所示：采纳这套PID 参数时，二次扰动作用下，置输入为0，系统的框图以下:系统的输出响应以下列图:采纳这套PID 参数时，一次扰动作用下，置输入为0，系统的框图以下:系统的输出响应以下列图:系统采纳单回路控制和串级控制的对照控制质量指标单回路控制串级控制K c1=260， T c1=140K c1=550，T c1=80，K c2=3衰减率调理时间5020残误差00二次阶跃扰动下的系统短期最大误差一次阶跃扰动下的系统短期最大误差从表中能够看出系统的动向过程改良更加显然，可见对二次扰动的最大动向误差能够减小约 6 倍，对一次扰动的最大动向误差也能够减小约 2.4 倍，系统的调理时间提升了 2.5 倍。

串级控制系统仿真解题步骤：(1)串级控制系统的方框图：（2）单回路控制系统图：图（2）为采用单回路控制时的Simulink图，其中，PID C1为单回路PID控制器，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；G o2为副对象，G o1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。

在PID参数设置中，经过不断的试验，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，系统阶跃响应如下图：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。

系统的输出响应如下图：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：系统的输出响应如下从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，系统对一次扰动，二次扰动的抑制效果不是很好。

图（1）是采用串级控制时的情况，d1为一次扰动，取阶跃信号；d2为二次扰动，取阶跃信号；PID C1为主控制器，采用PD控制，PID C2为副控制器，采用PID控制；Go2为副对象，Go1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号；scope为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。

经过不断试验，当PID C1为主控制器输入比例系数为550，积分系数为0，微分系数为80时；当PID C2为主控制器输入比例系数为3，积分系数为0，微分系数为0时；系统阶跃响应达到比较满意的效果，系统阶跃响应如下图所示：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:系统的输出响应如下图: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:系统的输出响应如下图:从表中可以看出系统的动态过程改善更为明显，可见对二次扰动的最大动态偏差可以减小约6倍，对一次扰动的最大动态偏差也可以减小约2.4倍，系统的调节时间提高了2.5倍。

单回路控制系统在副扰动下的单位阶跃响应曲线如下：串级控制系统在副扰动作用下的节约响应曲线如下：通过对比两曲线可以看出，串级控制系统中因为副回路的存在，当副扰动作用时，副控制器会立即动作，削弱干扰的影响，使被副回路抑制过的干扰再进入主回路，对主回路的影响。

第二章串级控制系统2.1 概述2.2 串级控制系统的实施2.3 串级控制系统的投运和整定2.4 串级控制系统的特点2.5 串级系统副回的设计2.1概述一、串级控制系统的基本原理及结构v举例：TC TCFC串级控制系统方案(温度---流量)TCFC 流量控制器温度变送器流量变送器温度对象控制阀温度控制器流量对象串级控制系统：用两台控制器相串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的输入。

方框图标准形式如下：二、常用名词：v主被控变量（主参数、主变量）Y1(S) v副被控变量（副参数、副变量）Y2(S) v主控制器G c1(S)v副控制器G c2(S)v主回路（主环）：定值系统三、串级控制系统的工作过程1）、干扰作用于副环（副控制器起“粗调”，主控制器起“细调”）2）、干扰作用于主环（蒸汽量随温度控制的要求随时改变）3）、干扰同时同时和副环a.作用方向相同b.作用方向相反分析温度---流量串级控制系统设：控制阀为气开，温度和流量两控制器选为反作用，1）干扰作用于副环v蒸汽压力↑→FT↑→FC↓(反作用)→FV↓(气开阀)FT↓FT的变化对精馏塔塔釜温度的影响就很小，并且可由温度控制器进行微调。

2）干扰作用于主环v干扰使得TT↑→TC↓(反作用)→FC↓→FV(气开阀)↓T↓←F↓由于有主副两个控制器相串联，系统总的放大倍数将增大，工作频率提高克服干扰的大大增大。

3）干扰同时同时主环和副环a.作用方向相同v干扰同时使TT↑→TC↓(反作用)→FC↓(反作用)FT↑→FC↓(反作用) FVFb.作用方向相反v干扰作用使TT↑→TC↓(反作用)→FC↓(反作用)FT↓→FC↑(反作用) FV变化很小蒸汽流量F变化不大2.2 串级控制系统的实施选择实施方案时，需考虑的问题：1）、所选用的仪表信号必须匹配。

2）、所选用的副控制器必需具有外给定输入接口。

3）、在选择实施方案，应考虑是否增加一只切换开关，作“串级”与“主控”的切换之用。

某串级系统的方框图如图所示，已知各环节的传递函数如下： 对象特性：，)13)(130(1)(1++=s s s G o ，)110()1(1)(22++=s s s G o 调节器：， )11()(11sT K s G i c c +=，22)(c c K s G = 调节阀： 1)(==v v K s G 变送器： 121==m m G G（1）先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出2c K ；然后对主调节器整定，求出主调节器的参数1c K 、i T 。

（2）如果主调也用比例作用，求二类扰动D 2和一类扰动D 1在单位阶跃时主被控量的静差，并进行分析。

（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益4.5=c K ，再分别求出二类扰动D 2和一类扰动D 1在单位阶跃时的静差，且与（2）比较分析。

过程控制系统设计仿真实验报告实验名称：串级控制系统仿真实验姓名：学号：班级：一、实验目的1. 掌握串级控制系统的组成和原理2. 掌握串级控制系统两步法PID 参数整定过程。

3. 理解掌握串级控制系统的动态特性和克服扰动能力。

二、实验步骤（1）a:先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出2c K =1/P2=12.1①使系统处于串级运行状态，主，副调节器均为比例作用的条件下，先将主调节器的比例度 P1置于100%刻度上，然后有大到小逐渐降低副调节器的比例度P2，直到系统对输入的阶跃 响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数Pm=0.0412;②根据所记录的Pm ，用195页的经验公式计算调节器的整定参数:P2=2Pm=0.0824。

b:然后对主调节器整定，求出主调节器的参数1c K =1/P1=9.9、i T =9.86。

①在副调节器的比例度等于2Pm 的条件下，逐步降低主调节器的比例度P1,直到同样得到临 界振荡，记下这时的比例放大系数Pm=0.0459和临界振荡周期Tm=11.6。

②根据所记录的Pm 和Tm ，用195页的经验公式计算调节器的整定参数： P1=2.2Pm=0.10098,i T =0.85Tm=9.86。

XXX局XXXXXX系统技术手册（XXX版本）目录1.引言 (1)1.1.编写目的 (1)1.2.系统背景 (1)1.3.术语定义 (1)1.4.参考资料 (1)1.5.版权声明 (1)2.系统概述 (1)2.1.系统功能 (1)2.2.系统性能 (2)2.2.1.数据精度 (2)2.2.2.时间特性 (2)2.2.3.系统灵活性 (2)2.2.4.系统安全性 (2)2.2.5.其他性能 (2)3.运行环境 (2)3.1.硬件环境 (2)3.2.软件环境 (2)3.3.数据结构 (3)4.服务器部署 (3)4.1.服务器部署结构 (3)4.2.应用服务器部署 (3)4.2.1.部署环境 (3)4.2.2.安装与配置 (3)4.2.3.部署验证 (3)4.3.W EB服务器部署 (4)4.3.1.部署环境 (4)4.3.2.安装与配置 (4)4.3.3.部署验证 (4)4.4.数据库服务器部署 (4)4.4.1.部署环境 (4)4.4.2.安装与配置 (4)4.4.3.数据初始化 (4)4.4.4.部署验证 (4)4.5.其它部署 (5)5.客户端部署 (5)6.系统日常维护 (5)6.1.执行文件 (5)6.2.权限管理 (5)6.3.参数配置 (5)6.4.系统日志 (5)6.5.数据备份与恢复 (5)6.6.其它维护 (6)7.常见问题解答 (6)8.售后技术支持 (6)1. 引言1.1. 编写目的描述本文档的目的文档读者。

1.2.系统背景系统名称及版本号：任务提出者：描述本项目的任务提出方任务承接者及实施者：描述本项目的承接者及实施者系统使用者：描述本系统的最终用户1.3. 术语定义列出本文档中用到的专门术语的定义和缩略词的原词组。

1.4. 参考资料列出本文档相关的参考文献和文档，说明名称、单位、日期。

其中需求分析说明书是必须的参考资料。

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第三章串级控制系统简单控制系统由于结构简单，而得到广泛的应用，其数量占有所有控制系统总数的80%以上，在绝大多数场合下已能满足生产要求。

但随着科技的发展，新工艺、新设备的出现，生产过程的大型化和复杂化，必然导致对操作条件的要求更加严格，变量之间的关系更加复杂。

同时，现代化生产往往对产品的质量提出更高的要求，例如甲醇精馏塔的温度偏离不允许超过1℃石油裂解气的生冷分离中，乙烯纯度要求达到99.99%等，此外，生产过程中的某些特殊要求，如物料配比、前后生产工序协调问题、为了安全而采取的软保护的问题、管理与控制一体化问题等，这些问题的解决都是简单控制系统所不能胜任的，因此，相应地就出现了复杂控制系统。

在简单反馈回路中增加了计算环节、控制环节或其他环节的控制系统统称为复杂控系统。

复杂控制系统种类较多，按其所满足的控制要求可分为两大类：以提高系统控制质量为目的的复杂控制系统，主要有串级和前馈控制系统；满足某些特定要求的控制系统，主要有比值、均匀、分程、选择性等。

本章将重点介绍串级控制系统。

串级控制系统是所有复杂控制系统中应用最多的一种，它对改善控制产品有独到之处。

当过程的容量之后较大，负荷或扰动变化比较剧烈、比较频繁、或是工艺对生产质量提出的要求很高，采用单控制系统不能满足要求时，可考虑采用串级控制系统。

3.1串级控制系统概述图3-1是串级控制系统的方框图。

该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。

图3-1串级控制系统方框图3.2串级控制系统的特点串级控制系统从总体来看，仍然是一个定制控制系统，因此主变量在扰动作用下的过渡过程和简单定制控制系统的过渡过程具有相同的品质指标和类似的形式。

但是串级控制系统和简单控制系统相比，在结构上增加了一个与之相连的副回路，因此具有一系列特点。

由于副回路的存在，改善了过程的动态特性提高了系统的工作频率。