过程控制系统仿真实验指导
控制系统仿真实验指导书及解答
实验一 MATLAB 软件操作练习一、 实验目的1. 熟悉MATLAB 软件的基本操作；2. 学会利用MATLAB 进行基本数学计算的方法；3. 学会用MATLAB 进行矩阵创建和运算。
二、实验设备计算机一台，MATLAB 软件三、实验内容1. 使用help 命令，查找 sqrt （开方）、roots (求根)等函数的使用方法；2. 用MATLAB 可以识别的格式输入以下矩阵75350083341009103150037193......A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦并将A 矩阵的右下角2×3子矩阵赋给D 矩阵。
赋值完成后，调用相应的命令查看MATLAB 工作空间的占用情况。
3. 矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8];求A^2*B（2）矩阵除法已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3];A\B,A/B（3）矩阵的转置及共轭转置已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];求A.', A'（4）使用冒号选出指定元素已知： A=[3 2 3;2 4 6;6 8 10];求A 中第3列前2个元素；A 中所有列第2，3行的元素；4. 分别用for 和while 循环结构编写程序，求出6323626302122222i i K ===++++++∑并考虑一种避免循环的简洁方法来进行求和。
四、实验步骤1. 熟悉MATLAB 的工作环境，包括各菜单项、工具栏以及指令窗口、工作空间窗口、启动平台窗口、命令历史窗口、图形文件窗口和M 文件窗口；2． 在指令窗口中完成实验内容中规定操作并记录相关实验结果；3. 完成实验报告。
实验二 M 文件编程及图形处理一、实验目的1．学会编写MATLAB 的M 文件；2．熟悉MATLAB 程序设计的基本方法；3. 学会利用MATLAB 绘制二维图形。
二、实验设备计算机一台，MATLAB 软件三、实验内容1. 选择合适的步距绘制出下面的图形（1）sin(tan )tan(sin )t t -，其中(,)t ππ∈-（2）-0.5t y=e sin(t-)3π，t ∈[0，20]（3）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t ∈[0，2π]2.基本绘图控制绘制[0，4π]区间上的x1=10sint 曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）给横坐标标注’t ’，纵坐标标注‘y(t)‘，3.M 文件程序设计（1）编写程序，计算1+3+5+7+…+(2n+1)的值（用input 语句输入n 值）；（2）编写分段函数⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-<≤=其它021210)(x x x x x f的函数文件，存放于文件ff.m 中，计算出)2(f ，)3(-f 的值四、实验要求1. 预习实验内容，按实验要求编写好实验程序；2. 上机调试程序，记录相关实验数据和曲线，3. 完成实验报告。
过程控制系统仿真实习报告
过程控制系统仿真实习报告一、实习目的与要求本次实习旨在通过使用MATLAB/Simulink仿真工具，对过程控制系统进行仿真研究，加深对控制理论的理解，提高控制系统设计和分析的能力。
实习要求如下：1. 熟练掌握MATLAB/Simulink的基本操作和仿真功能。
2. 了解过程控制系统的原理和常见控制策略。
3. 能够运用MATLAB/Simulink对过程控制系统进行建模、仿真和分析。
二、实习内容与过程1. 实习准备在实习开始前，先对MATLAB/Simulink进行学习和了解，掌握其基本的使用方法和功能。
同时，对过程控制系统的原理和常见控制策略进行复习，为实习做好充分的准备。
2. 实习过程(1) 第一个仿真项目：水箱液位控制系统在这个项目中，我们首先建立水箱液位的数学模型，然后根据该模型在Simulink中搭建仿真模型。
我们分别设计了单容、双容和三容水箱的液位控制系统，并分析了控制器参数对系统过渡过程的影响。
通过调整控制器参数，我们可以得到满意的控制效果。
(2) 第二个仿真项目：换热器温度控制系统在这个项目中，我们以换热器温度控制系统为研究对象，根据自动控制系统的原理，利用降阶法确定对象的传递函数。
在Simulink中，我们搭建了单回路、串级和前馈-反馈控制系统模型，并采用常规PID、实际PID和Smith预测器对系统进行仿真。
通过对比不同控制策略的仿真曲线，我们分析了各种控制策略的优缺点。
(3) 第三个仿真项目：基于模糊PID的控制系统在这个项目中，我们以工业锅炉燃烧过程控制系统为研究对象，利用模糊PID控制器优化锅炉燃烧过程控制系统的主要三个子系统：蒸汽压力控制系统、炉膛负压控制系统、燃料与空气比值系统的被控对象的函数。
通过仿真，我们优化了控制器的参数，使得系统在加入扰动后能够快速恢复稳定的状态。
三、实习收获与体会通过本次实习，我对MATLAB/Simulink仿真工具有了更深入的了解，掌握了其在过程控制系统仿真中的应用。
过程控制实验指导书
过程控制实验指导书THKGK-1过程控制实验装置的组成和各部分使用说明THKGK-1型过程控制实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，向广大师生推出一套全新的实验设备。
该设备可以满足《过程控制》、《自动化仪表》、《工程检测》、《计算机控制系统》等课程的教学实验、课程设计等。
整个系统结构紧凑、功能多样、使用方便，既能进行验证性、研究性实验，又能提供综合性实验。
本实验装置可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求，还可为科学研究的开发提供实验手段。
本实验装置的控制信号及被控信号均采用IEC标准，即电压0～5V或1～5V，电流0～10mA或4～20mA。
实验系统供电要求为单相交流220V±10%，10A；外型尺寸为：182×160×70，重量：380Kg。
装置特点本实验装置具有以下特点：1、多种被控参数：液位、压力、流量、温度。
2、多种控制方式：位式控制、PID控制、智能仪表控制、单片机控制、PLC控制、计算机控制等。
3、多种计算机控制软件：西门子PROTOOL-CS组态软件、北京昆仑公司的MCGS组态软件以及本公司开发的上位机监控软件，另外还可以用台湾HITECH公司的ADP6.0软件与PLC 相连进行控制。
4、丰富的计算机控制算法：P、PI、PID、死区PID、积分分离、不完全积分、模糊控制、神精元控制、基于SIMULINK的动态参数自适应补偿控制等。
5、开放的软件平台：在我们提供的软件平台上，学生既可以利用我们所提供的算法程序进行实验，又可以用自己编写的PLC程序、MATLAB`程序等进行实验，还可以利用人机界面（触摸屏）的组态再结合PLC的编程来进行控制实验。
6、灵活多样的实验组合：可以很方便地对控制方式与被控参数进行不同组合，得到自己需要的单回路、多回路等多种控制系统。
系统组成被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。
A3000高级过程控制系统实验指导书V
.HUATEC A3000过程控制实验系统实验指导书V3.0北京华晟高科教学仪器有限公司编制目录第一章安全注意事项与设备使用 ........................................................................ - 1 -1.1防止触电........................................................................................................................ - 1 -1.2防止烫伤........................................................................................................................ - 2 -1.3防止损坏........................................................................................................................ - 2 -1.4现场系统组成................................................................................................................ - 2 -1.5控制系统组成................................................................................................................ - 2 - 第二章计算机测控系统实验 ................................................................................ - 5 -实验1 实验系统认知......................................................................................................... - 5 - 实验2 ADAM4000模块的通讯和使用........................................................................... - 10 - 实验3 组态软件编程和数据获取................................................................................... - 18 - 实验4 PLC系统通讯和使用 ........................................................................................... - 21 - 实验5 PLC Step7编程 .................................................................................................. - 28 - 实验6 现场总线技术与DCS实验 ................................................................................. - 33 - 第三章工艺设备和仪器仪表实验 ...................................................................... - 41 -实验1 温度、压力、液位和流量测量实验................................................................... - 41 - 实验2 水泵负载特性测量实验....................................................................................... - 45 - 实验3 管道压力和流量耦合特性测量实验................................................................... - 47 - 实验4 电动调节阀特性测量实验................................................................................... - 50 - 实验5 调压器特性测量实验........................................................................................... - 53 - 实验6 变频器水泵控制特性测量实验........................................................................... - 55 - 第四章工业系统对象特性的测定研究 .............................................................. - 59 -实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 59 - 实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 62 - 实验3 非线性容积水箱液位数学模型的测定实验....................................................... - 64 - 实验4 测定不同阻力下单容水箱液位数学模型实验................................................... - 67 - 实验5 锅炉与加热器对象数学模型实验....................................................................... - 69 - 实验6 滞后管数学模型实验........................................................................................... - 72 - 实验7 换热机组数学模型实验....................................................................................... - 75 - 第五章简单设计型控制实验 .............................................................................. - 79 -实验1 单闭环流量控制实验........................................................................................... - 79 - 实验2 单容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 82 - 实验3 双容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 88 - 实验4 三容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 91 - 实验5 锅炉水温定值位式控制实验............................................................................... - 94 - 实验6 锅炉水温定值控制实验....................................................................................... - 98 - 实验7 换热器水温单回路控制实验............................................................................. - 101 - 实验8 联锁控制系统实验............................................................................................. - 104 - 实验9 单闭环压力控制实验......................................................................................... - 107 - 第六章复杂设计型控制系统 ............................................................................ - 110 -实验1下水箱液位和进口流量串级控制实验.............................................................. - 110 - 实验2 闭环双水箱液位串级控制实验......................................................................... - 119 - 实验3 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制实验............................................. - 123 - 实验4 单闭环流量比值控制系统实验......................................................................... - 127 - 实验5 下水箱液位前馈反馈控制系统实验................................................................. - 129 - 实验6 锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统实验..................................................... - 133 - 实验7 管道压力和流量解耦控制系统实验................................................................. - 136 - 实验8 换热器出口温度与流量解耦控制系统实验..................................................... - 140 -第七章创新型设计与研究 ................................................................................ - 144 -实验1 大延迟系统补偿控制的研究............................................................................. - 144 - 实验2 单神经元自适应PID算法的研究 .................................................................... - 147 - 实验3 模糊控制算法的研究......................................................................................... - 154 - 实验4 现场总线系统控制研究..................................................................................... - 156 - 第八章工程应用型设计 .................................................................................... - 164 -实验1 工业项目设计..................................................................................................... - 164 - 实验2 报警系统设计..................................................................................................... - 168 - 实验3 关键事件处理和记录设计................................................................................. - 175 - 实验4 系统趋势和历史存储设计................................................................................. - 178 - 实验5 系统登录和安全性设计..................................................................................... - 180 - 实验6 网络化控制系统的研究..................................................................................... - 185 -第一章安全注意事项与设备使用安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项。
过控实验指导书(USB-4711A)
实验一过程控制系统简介及过程控制演示一、组合式过程控制系统介绍结合过程计算机控制系统理论的学习，我们研制了一套组合式过程控制系统，这套系统可以通过灵活、方便的管路组合，实现过程控制中的五种典型控制方式—单回路控制，串级控制、前馈控制、均匀控制和比值控制。
二、主要仪器与设备1、计算机2、接口板卡USB-4711AUSB-4711A系列板卡是即插即用数据采集模块，它通过USB端口与计算机相连，为数据测量与系统控制提供了便利。
USB-4711A通过USB端口获得所需电源，在该板卡上包含了所有的数据采集功能，如：16路AI，2路AO，8路DI，8路DO，1路32位计数器，其中A/D数据采集为12位。
USB-4711A 板卡如图1-1所示。
图1-2为USB-4711A 上五个10针I/O 接口的针脚定义。
图1-1 USB-4711A板卡DO0DO1DO2DO3DGNDDO4DO5DO6DO7DGNDDI0DI1DI2DI3DGNDAI0GATE DGND EXTTRG DGND EVTINPOut AGND AO1AGNDDI4DI5DI6DI7 DGNDAI1AI2AI3AGNDAI4AI5AI6AI7AGNDAI8AI9AI10AI11AGNDAI12AI13AI14AI15AGNDAO0USBLED8-TTL DO Port8-TTL DI Port16-SE/8-Diff AIExternal Control2-AO Port图1-2I/O 接口针脚定义3、水箱：水箱如图1-3所示，技术参数见表1-1。
表1-1 水箱参数工作温度最大：+65CO外部尺寸宽度深度高度240 mm 190 mm 385 mm材质塑料图1-3 水箱4、流量传感器流量传感器如图1-4所示，主要技术参数见表1-2。
表1-2 流量传感器技术参数工作电压 5 to 12 V DC工作电流 6 to 33 mA输出信号方波信号，5…12 V频率范围13 to 1200 HZ测量范围0.5 to 15.0 l/min工作压力80°C max。
过程控制大实验
过程控制大实验实验指导书东北林业大学自动化实验室一、实验装置说明 (3)第一节系统概述 (3)第二节THSA-1型过控综合自动化控制系统对象 (5)第三节THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台 (9)第四节软件介绍 (12)第五节实验要求及安全操作规程 (13)二、实验内容 (15)实验一单容自衡水箱液位特性测试实验 (15)实验二锅炉内胆温度特性的测试 (21)实验三单容水箱液位定值控制系统 (25)实验四锅炉内胆水温定值控制系统 (29)实验五水箱液位串级控制系统 (34)一、实验装置说明第一节系统概述一、概述“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。
它是根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。
本装置结合了当今工业现场过程控制的实际，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。
该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。
本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表，DDC远程数据采集，DCS分布式控制，PLC可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统，它既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台。
学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容：1．传感器特性的认识和零点迁移；2．自动化仪表的初步使用；3．变频器的基本原理和初步使用；4．电动调节阀的调节特性和原理；5．测定被控对象特性的方法；6．单回路控制系统的参数整定；7．串级控制系统的参数整定；8．复杂控制回路系统的参数整定；9．控制参数对控制系统的品质指标的要求；10．控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养；11．各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。
控制系统仿真与工具(matlab)实验指导书
控制系统仿真与工具实验指导书目录实验一熟悉MATLAB语言工作环境和特点 (1)实验二图形绘制与修饰 (4)实验三系统的时间响应分析 (8)实验四系统的时间响应分析 (12)实验五SIMULINK仿真基础 (14)实验一熟悉MATLAB语言工作环境和特点一、实验目的通过实验使学生熟悉MA TLAB语言的工作环境，并了解MATLAB语言的特点，掌握其基本语法。
二、实验设备PC机MATLAB应用软件三、实验内容本实验从入门开始，使学生熟悉MA TLAB的工作环境，包括命令窗、图形窗和文字编辑器、工作空间的使用等。
1、命令窗（1）数据的输入打开MATLAB后进入的是MA TLAB的命令窗，命令窗是用户与MATLAB做人机对话的主要环境。
其操作提示符为“》”。
在此提示下可输入各种命令并显示出相应的结果，如键入：x1=sqrt(5),x2=1.35,y=3/x2显示结果为:x1=2.2361x2=1.3500y=2.2222上命令行中两式之间用逗号表示显示结果，若用分号，则只运行而不用显示运行结果。
如键入A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]，则显示为说明：●直接输入矩阵时，矩阵元素用空格或逗号分隔，矩阵行用分号相隔，整个矩阵放在方括号中。
注意：标点符号一定要在英文状态下输入。
●在MA TLAB中，不必事先对矩阵维数做任何说明，存储时自动配置。
●指令执行后，A被保存在工作空间中，以备后用。
除非用户用clear指令清除它，或对它重新赋值。
●MATLAB对大小写敏感。
（2）数据的显示在MA TLAB工作空间中显示数值结果时，遵循一定的规则，在缺省的情况下，当结果是整数，MATLAB将它作为整数显示；当结果是实数，MATLAB以小数点后4位的精度近似显示。
如果结果中的有效数字超出了这一范围，MATLAB以类似于计算器的计算方法来显示结果。
也可通过键入适当的MA TLAB命令来选择数值格式来取代缺省格式。
如键入format bank命令（数据格式显示命令，数据小数部分以两个十进制小数表示），若在前面键入的三个表达式前键入上述格式命令，则显示结果为：x1=2.24x2=1.35y=2.22前面显示的结果为默认显示结果，它的小数部分为四位数，还有format compact 它以紧凑格式显示结果，默认显示方式为稀疏格式。
过程控制系统实验指导书第二版
过程控制系统实验指导书
引言
浙江求是科教设备有限公司生产的 PCT 系列过程控制实验系统装置，可以非常好地满足过程控制 课程实验的要求。在这套设备由被控对象和控制台组成，通过手动或计算机控制，可以将被控对象 转变成不同特性的过控对象，因此，在此基础上可以进行简单的温度、压力、流量、液位的单回路 控制，而且也可以进行一系例复杂控制系统实验如：变比值控制、Simth 预估控制、解耦控制、三容 液位控制、换热器温度控制等。 一、PCT 系列过程控制实验装置特点:
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验实验一 过程控制系统建模 (1)实验二 PID 控制 (2)实验三 串级控制 (6)实验四 比值控制 (13)实验五 解耦控制系统 (19)实验一 过程控制系统建模指导内容：（略）作业题目一：常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。
作业题目二： 某二阶系统的模型为2() 222n G s s s n n ϖζϖϖ=++，二阶系统的性能主要取决于ζ，nϖ两个参数。
试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解，分别进行下列仿真：（1）2n ϖ=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线；（2）0.8ζ=不变时，n ϖ分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。
实验二 PID 控制指导内容：PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它根据被控过程的特征确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间。
PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：（1） 理论计算整定法主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。
（2） 工程整定方法主要有Ziegler-Nichols 整定法、临界比例度法、衰减曲线法。
这三种方法各有特点，其共同点都是通过实验，然后按照工程实验公式对控制器参数进行整定。
但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
工程整定法的基本特点是：不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定；方法简单，计算简便，易于掌握。
a ． Ziegler-Nichols 整定法Ziegler-Nichols 整定法是一种基于频域设计PID 控制器的方法。
基于频域的参数整定是需要考虑模型的，首先需要辨识出一个能较好反映被控对象频域特性的二阶模型。
根据这样的模型，结合给定的性能指标可推导出公式，而后用于PID 参数的整定。
基于频域的设计方法在一定程度上回避了精确的系统建模，而且有较为明确的物理意义，比常规的PID 控制可适应的场合更多。
目前已经有一些基于频域设计PID 控制器的方法，如Ziegler-Nichols 法、Cohen-Coon 法等。
Ziegler-Nichols 法是最常用的整定PID 参数的方法。
如果单位阶跃响应曲线看起来是一条S 形的曲线，则可用此法，否则不能用。
S 形曲线用延时时间L 和时间常数T 来描述，则对象的传递函数可以近似为：()()1LsC s Ke R s Ts -=+ 利用延时时间L 、放大系数K 和时间常数T ，根据表一中的公式确定p K ，i T 和τ的值。
表一 Ziegler-Nichols 整定法b ． 临界比例度法临界比例度法适用于已知对象传递函数的场合，在闭环的控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从大到小逐渐改变调节器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。
此时的比例度称为临界比例度k δ，两个相邻波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期k T 。
采用临界比例度法时，系统产生临界振荡的条件是系统的阶数是3阶或3阶以上。
临界比例度法的步骤如下：（1）将调节器的积分时间i T 置于最大（i T =∞），微分时间置零，比例度δ适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行；（2）将比例度δ逐渐减小，得到等幅振荡过程，记下临界比例度k δ和临界震荡周期k T 的值；（3）根据k δ和k T 值，采用表二的经验公式，计算出调节器的各个参数，即δ、i T 和τ的值。
表二 临界比例度法整定控制器参数按“先P 后I 最后D ”的操作程序将调节器整定参数调到计算数值上。
若还不够满意，可再作一步调整。
临界比例度法注意事项：（1）有的过程控制系统，临界比例度很小，调节阀不是全关就是全开，对工业生产不利；（2）有的过程控制系统，当调节器比例度δ调到最小刻度值时，系统仍然不产生等幅振荡，对此，将最小刻度的比例度作为临界比例度k δ进行调节器参数整定。
c ． 曲线衰减法衰减曲线法根据衰减频率特性整定控制器参数。
先把控制系统中调节器参数置成纯比例作用（,0i T τ=∞=），使系统投入运行，再把比例度从大到小逐渐调小，直到出现4:1衰减过程曲线。
此时比例度为4:1，衰减比例度为s δ，上升时间为r t ，两个相邻波峰间的时间间隔为s T ，称为4:1衰减振荡周期。
根据s δ，r t ，s T ，使用表三的经验公式可以计算出调节器的各个整定参数值。
表三临界比例度法整定控制器参数按“先P后I最后D”的操作程序将调节器整定参数调到计算数值上。
若还不够满意，可再作一步调整。
衰减曲线法的注意事项：T比较困难，此时，可以认为（1）对于反应较快的系统，要认定4:1衰减曲线和读出s记录指针来回摆动两次就达到稳定是4:1衰减过程。
（2）在生产过程中，负荷变化会影响过程特性。
当负荷变化较大时，必须重新整定调节器参数。
（3）若认为4:1衰减太慢，可采用10:1衰减过程。
对于10:1衰减曲线整定调节器参数的步骤与上述完全相同，仅仅是计算公式不同。
作业题目：建立如下所示Simulink仿真系统图。
利用Simulink仿真软件进行如下实验：1.建立如图所示的实验Simulink原理图。
2.双击原理图中的PID模块，出现参数设定对话框，将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。
3.进行仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；然后调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。
4.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分的作用。
5.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分的作用。
6.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分的作用。
7.将PID控制器的积分微分增益改为0，对系统进行纯比例控制。
不断修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=4，记下此时的比例增益值。
8.修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=2，记下此时的比例增益值。
9.修改比例增益，使系统输出呈现临界振荡波形，记下此时的比例增益。
10.将PID控制器的比例、积分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。
不断修改比例、积分增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=2,4,10，记下此时比例和积分增益。
11.将PID控制器的比例、积分、微分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。
不断修改比例、积分、微分增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=2,4,10，记下此时比例、积分、微分增益。
实验三 串级控制指导内容；例一：串级与单回路控制对比仿真某隧道窑炉系统，考虑烧成带温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统，其主副对象的传递函数G o1，G o2分别为：11()(301)(31)o G s s s =++， 221()(101)(1)o G s s s =++ 主副控制器的传递函数G c1，G c2分别为：1111()(1)c c G s K T s=+，22()c c G s K =。
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的特性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。
解：串级控制设计是一个反复调整测试的过程，使用Simulink 能大大简化这一过程。
根据题意，首先建立如图的Simulink 模型。
图中采用单回路控制的Simulink 图，其中，q1为一次扰动，取阶跃信号；q2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；c 为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。
图中的PID C1为单回路PID 控制器，它是按照PID 原理建立的Simulink 中的子模块，其内部结构如下图所示：PID控制器模块子系统的参数设置如下图：经过不断的试验，当输入比例系数为3.7，积分系数为38，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：采用这套PID参数时，二次扰动作用下，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，系统输出响应如下图：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，二次扰动的抑制效果不是很好。
下面考虑采用串级控制时的情况，下图为串级控制时的Simulink模型图：图中，q1为一次扰动，取阶跃信号；q2为二次扰动，取阶跃信号；PID C1为主控制器，采用PID控制，PID C2为副控制器，采用PID控制；G o2为副对象；G o1为主对象；r为系统输入，取阶跃信号；c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8.4，积分系数为12.8，微分系数为0时；当PID C2为主控制器输入比例系数为10，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，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，系统的输出响应如下图：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。
综合单回路控制和串级控制的情况，系统的控制性能对比如下表所示。
表一 系统采用单回路控制和串级控制的对比小约20倍，对一次扰动的最大动态偏差也可以减小约2.6倍，系统的调节时间提高了3倍。
PID 参数的整定例二：串级控制的参数整定仿真某隧道窑炉系统，考虑烧成带温度为主变量，燃烧室温度为副变量所构成的串级控制系统中，其主副对象的传递函数G o1，G o2分别为：11()(301)(31)o G s s s =++，221()(101)(1)o G s s s =++ 试采用逐次逼近法整定PID 控制器的参数，并给出整定后系统的阶跃响应曲线。
解：按照逐次逼近法的步骤1先主回路开环，按单回路方法整定副控制器，建立的Simulink 框图如下图：不断地实验，当K c2=10时，副回路阶跃响应如下图：从图中可以大致地看出，此衰减比约为4:1，因此此时可进入步骤2，即主回路闭环，取Kc2=10整定主控制器，此时的Simulink框图如下：不断地实验，调节主调节器，当K c1=12，主回路的阶跃响应如下图所示：由图可知此时的T s1=16，按步骤3，将主回路闭环的条件下，重新整定副控制器参数，根据衰减曲线法，取K c1=10，K i=8，此时系统主回路阶跃响应曲线如下图所示：由图可知系统的阶跃响应效果不理想，超调太大，需要进行精调。