串级控制系统仿真实验
水箱水位串级控制系统建模与仿真
水箱水位串级控制系统建模与仿真摘要：本设计充分利用自动化仪表技术，计算机技术和自动控制技术，来对水箱水位的串级控制系统进行建模与仿真。
首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。
其次，根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系统，在MATLAB中对其进行性能进行分析。
然后设计PID控制算法，完成控制系统实验和结果分析。
关键词：实验建模；串级控制系统； PID控制；MATLAB 仿真The Modeling and Simulation of Tank level Cascade Control SystemAbstract: In order to make the modeling and simulation of water tank level cascade control system, this design takes advantage of automated instrumentation technology, computer technology and automatic control technology. First, make analysis for the controlled object model and strike the transfer function by using the experimental modeling method. Secondly, according to the controlled object model and the characteristics of the controlled process, design cascade control system in MATLAB to analyze its performance. Then design the PID control algorithm, complete control system experiments and analysis of results.Keywords：Experimental modeling; Cascade control system; PID control; MATLAB simulation1.设计目的和意义随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高，因此，复杂过程控制系统应用越来越广泛，另一方面，自动控制理论的发展，一些新型的先进的控制方法在工业生产过程控制中得到了逐步应用，但是这些先进控制方法需要比较复杂的运算，往往需要借助计算机数字控制来实现。
基于串级pid闭环控制的飞行控制原理仿真实验
图 8 角度 / 角速度 - 串级 PID 原理图
干扰性。
将 Ki 、Kd 置 0，并将 K p 的值置设为 1，仿真运行完毕， 得到图 3 所示。
将 K p 的值置为 0.5，并连上反馈线，仿真运行完毕， 得到图 4 所示。
图 6 Kp 为 0.2、Ki 为 1 的阶跃响应 1.3.3 PID 控制整定
积分时间常数 Td 一般为 0 即可。若要设定，与确定 K p 和 Ti 的方法相同，取不振荡时的 30%。在系统空载与负载 状态下联调，再对 PID 参数进行微调，直至满足在理想时 间两个波的前高后低 4 比 1[6]。
1 PID 控制算法
■■1.2 Simulink 模型建立 本文采用位置式 PID 控制算法 [4][5]，下式为离散式算式：
k
P(k) = K pe(t) + Ki ∑e( j) + Kd[e(k) − e(k −1)] (1) j=0
P(t) : 调节器输出 e(t) : 当前角度误差
K p ：比例系数 Ki ：积分系数 Kd ：微分系数 根据式（1）列出常规 PID 的算法传递函数：
0 引言
飞机控制主要是以反馈的方式对飞机的角运动（俯仰、 偏航、滚转）和重心运动（前进、左右、升降 ) 进行稳定和 控制。在本文中，PID 控制控制系统是控制器，三轴转台是 被控对象，来实现飞机控制仿真。
PID 控制算法是目前最常用的控制算法，但常规的 PID 算法抗干扰能力较差。本文采用基于常规 PID 改进的串级 PID 控制系统，并通过 Matlab/Simulink 仿真环境，整定 参数对飞机姿态角控制仿真模拟。
而对于飞机的滚转和偏航姿态角控制，即 Y 轴和 Z轴 的控制，这两个姿态角的角度测定和误差计算与俯仰角一 致，故 PID 控制算法同样适用于滚转和偏航姿态角控制。
毕业设计论文温度流量串级控制系统仿真设计详解
毕业设计报告（论文）(2012届)题目：温度流量串级控制系统仿真设计所属系：班级：学生姓名：学号：同组成员：指导教师：摘要串级控制是改善和提高控制品质的一种有效方案，以锅炉为目标，冷却管出口水温为主控参数，出口流量为副控参数，利用PLC模拟量控制与组态王画面做出系统仿真。
以温度影响来改变流量的大小，再而以流量大小的冷却速度去影响水温的变化。
从而达到一个串级控制。
本设计中正是运用串级控制来实现对锅炉内醋酸发酵需要一个外部与内部环境为目的设计的，使用到PLC采集数据，之后同时输出模拟量对主调节阀实现一个控制，再以主调节阀去控制负调节阀，达到一个主副相互引导的理论。
关键词：PLC、组态王、串级控制。
目录第一章绪论1.1课题背景目前，可编程控制器在国内已经广泛应用于机械制造、钢铁冶炼，石油化工，煤炭电力建筑建材、轻工纺织、交通运输、食品加工医疗保健、环保和娱乐等众多行业应用领域及其广泛。
因此我们作为在校的学生更要等多的了解PLC与其应用。
我们在学习的过程中，也做了很多的PLC的应用，例如跑马灯、灯光喷泉、交通指示灯，等等。
组态软件大约在20世纪80年代中期在国外出现，在中国也有将近20年的历史。
但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及随着工业控制系统应用的深入，随着计算机硬件和软件技术的发展，工业控制系统应用规模逐步扩大，控制更为复杂，原有的上位机编程的开发方式费时费力，而且网络及数据库技术的发展，似的工业现场可以为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。
因此，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。
组态监控系统有所突破的在配置系统功能方面，它将现场监控、远方监控、保护、自动化以及一次设备有机地配合到一起。
有待创新的是向计算机化、网络化、智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的方向发展，最大限度地发挥它资源共享、信息共享、数字通信的优势。
、通过PLC的模拟量控制，与组态王的模拟建面。
无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现
无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现【摘要】本文主要介绍了无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现。
首先从研究背景和研究意义入手，解释了该技术在无人直升机控制领域的重要性。
接着对无人直升机控制技术进行了概述，介绍了串级LADRC控制器的设计原理和实现流程。
然后详细介绍了视景仿真系统的设计，以及无人直升机串级LADRC控制器的设计过程。
最后总结了研究成果并展望了未来研究方向。
通过本文的研究，可以为无人直升机控制技术的进一步发展提供参考，为无人直升机的飞行控制和仿真提供了新的思路和方法。
【关键词】无人直升机、串级LADRC控制器、视景仿真、控制技术、设计原理、系统设计、流程、成果总结、未来研究方向1. 引言1.1 研究背景研究无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现具有重要的理论意义和实际应用价值。
通过本研究，可以深入探讨无人直升机控制技术的发展趋势，为相关领域的研究和应用提供参考。
1.2 研究意义串级LADRC控制器是一种具有较强鲁棒性和性能的控制器，在控制系统中得到广泛应用。
将其应用于无人直升机的控制中，可以提高其飞行性能和稳定性，同时降低操作难度和飞行风险。
研究无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现具有重要的意义。
通过本研究，不仅可以提升无人直升机在各类任务中的执行效率和精度，也可以为无人直升机的自动化控制提供新的思路和方法。
对于无人直升机行业的发展和应用具有积极的推动作用。
本文所涉及的研究内容具有重要的应用和推广价值。
2. 正文2.1 无人直升机控制技术概述无人直升机的自主飞行能力是其最核心的控制技术之一。
通过搭载先进的传感器和飞行控制系统，无人直升机可以实现自主起飞、飞行、降落等操作，实现无需人工操控即可完成飞行任务。
无人直升机的自动导航技术也是其重要的控制技术之一。
通过搭载全球卫星定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）等设备，无人直升机可以实现精准的航线规划和自动导航，大大提高了飞行的精准度和安全性。
实验三 串级控制实验2016
实验三串级控制实验一、实验目的1．熟悉串级控制系统的结构与特点。
2．掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主变量的影响。
二、实验设备1．PCS-C型过程控制综合实验装置(DDC控制单元、信号及控制板)。
2．计算机及MCGS组态软件(PCS-C-DDC.MCG)。
3．实验专用线若干及九芯通讯线两根。
三、实验原理本实验采用计算机控制,将下水箱液位控制在设定高度。
串级回路是由内反馈组成的双环控制系统，属于复杂控制范畴。
在计算机中设置了两个虚拟控制器作为主副控制器。
将上水箱的液位信号输出作为主控制器输入，主控制器的输出作为副控制器的输入，在串级控制系统中，两个控制器任务不同，因此要选择控制器的不同调节规律进行控制，副控制器主要任务是快速动作，迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定是无静差。
主控制器的任务是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主控制器采用PI控制器也可考虑采用PID控制器。
上下水箱液位串级控制系统的方块原理图如图4.2所示。
图4.1 液位串级控制系统块原理图串级控制系统的参数整定参考本章概述部分内容。
四、实验步骤与内容1．了解实验装置中的对象，流程图如图4.2所示。
图4.2 上下水箱液位串级控制系统流程图2．按图4.3接好实验导线和通讯线。
图4.3上下水箱双容串级控制实验接线图（高联实验台）上下水箱双容串级控制实验接线图（云创实验台）3．将控制台背面的通讯口与上位机连接。
4．将手动阀门1V1、V4、V6打开，将手动阀门1V6、1V7、LV关闭。
5．先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开直流电压和DDC控制单元电源。
6．打开计算机上的MCGS运行环境，选择“系统管理”下拉菜单中的“用户登录”，出现如下界面。
图4.4 用户登录界面7．点击“确认”，用户登录完毕。
选择“串级控制实验”下拉菜单中的“上下水箱双容控制实验”。
CS4000双容水箱液位串级PID控制实验(1~6号实验装置)
双容水箱液位串级PID控制实验一、实验目的1、进一步熟悉PID调节规律2、学习串级PID控制系统的组成和原理3、学习串级PID控制系统投运和参数整定二、实验设备1、四水箱实验系统DDC实验软件2、PC机（Window 2000 Professional 操作系统）三、实验原理1、控制系统的组成及原理一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。
两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。
本仿真系统的双容水箱串级控制系统如下图所示：图17－1 本仿真系统的双容水箱串级控制系统框图串级控制器术语说明主变量：y1称主变量。
使它保持平稳使控制的主要目的副变量：y2称副变量。
它是被控制过程中引出的中间变量副对象：上水箱主对象：下水箱主控制器：PID控制器1，它接受的是主变量的偏差e1，其输出是去改变副控制器的设定值副控制器：PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门副回路：处于串级控制系统内部的，由PID控制器2和上水箱组成的回路主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为一个单回路，即主回路。
串级控制系统从总体上看，仍然是一个定值控制系统，因此，主变量在干扰作用下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。
但是串级控制系统和单回路系统相比，在结构上从对象中引入一个中间变量（副变量）构成了一个回路，因此具有一系列的特点。
串级控制系统的主要优点有：1）副回路的干扰抑制作用发生在副回路的干扰，在影响主回路之前即可由副控制器加以校正2）主回路响应速度的改善副回路的存在，使副对象的相位滞后对控制系统的影响减小，从而改善了主回路的相应速度3）鲁棒性的增强串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性4）副回路控制的作用副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的方法，因此得到了广泛的应用。
双容水箱串级控制系统实验报告
双容水箱串级控制系统实验报告双容水箱串级控制系统实验报告所属课程：《集散控制系统》院（部）：电子信息与电气工程学院学生姓名：安永军学号：201002040062专业班级：电气工程及其自动化2010级指导教师：邢春芳双容水箱串级控制系统的设计一、实训目的（1）熟悉集散控制系统（DCS）的组成。
（2）掌握MACS组态软件的使用方法。
（3）培养灵活组态的能力。
（4）掌握系统组态与装置调试的技能。
二、实训内容针对实验室内THSA-1型生产过程自动化技术综合实训设置，以双容水箱为对象设计液位串级控制系统, 用和利时的MACS进行组态实训，内容包括：（1）数据库组态。
（2）设备组态。
（3）算法组态。
（4）画面组态。
（5）系统组态。
三、实训设备和器材（1）THSA-1型生产过程自动化技术综合实训装置。
（2）和利时DCS控制系统。
四、实训步骤1、工程分析双容水箱液位串级控制系统需要两个输入测量信号，一个输出控制信号。
因此需要一个模拟输出模块FM148A和一个模拟输出模块FM151.采集下水箱液位信号（LT1）控制电动控制发的开度。
2、工程建立（1）打开：开始→程序→macsv组态软件→数据库总控。
（2）点击按钮或选择工程/新建工程，新建工程，输入工程名字：surunmin。
（3）点击“确定”按钮，然后在空白处选择这个工程，此时会显示当前域号为65535等信息。
（4）选择“编辑>域组号组态”，选择组号为1，将刚创建的工程从“未分组的域”移动到右边“该组所包括的域”里，点“确定”按钮。
出现当前域号：0等信息。
（5）在数据库总控组态中添加变量。
选择菜单栏，编辑→编辑数据库，弹出窗口，输入用户名和口令bjhc/3dlcz。
点击“确定”按钮,进入数据库组态编辑窗口。
（6）选择系统→数据操作，出现一个对话框，点击“确定”。
（7）因为双容水箱定制控制系统用到一个模块，两个通道，所以需要编辑两个点号。
点击“AI模拟量输入”选项出现图1。
水箱液位串级控制系统
水箱液位串级控制系统一、实验目的1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。
2．掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4．掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备三、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。
主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。
副调节器的的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。
由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。
本实验系统结构图和方框图如图2所示。
图2 水箱液位串级控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象（也可选择上水箱和中水箱）。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。
（一）、智能仪表控制1．将两个SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“OFF”的位置，将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
【精品】基于MATLAB的液位与流量串级控制系统设计与仿真毕业论文设计
北方民族大学学士学位论文论文题目:基于MATLAB的液位与流量串级控制系统设计与仿真院(部)名称: 电气信息工程学院专业: 电气工程及其自动化论文提交时间: 2011年5月20日论文答辩时间: 2011年5月28日学位授予时间:北方民族大学教务处制毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要随着科学技术的不断进步，在现代各种复杂控制系统中，串级控制系统占有较大比重；串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。
串级控制系统实训
二.串级控制系统2.1系统控制要求选择控制系统的方案，选择好主副调节器，在恒压供水条件下，将中水箱液位和下水箱液位按系统框图接好实验导线，组成串级实验所用设备。
先整定副回路参数，稳定后在整定主回路参数，最后穿在一起整定，等待系统稳定后，中水箱液位给定值加个阶跃（幅度不要太大），观察参数的变化，并记录。
2.2系统方案本设计为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。
主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。
副调节器的的输出直接驱动气动调节阀，从而达到控制中水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PID控制。
由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器也可采用PID调节器。
图一.中水箱液位和下水箱液位串级控制结构图2.3系统的组成及主要设备介绍组成：水泵Ⅰ、变频器、调节器（708型）、中水箱、下水箱、中下水箱液位变送器、调节器（818型）、主回路液位变送器、主回路调节阀、副回路液位变送器、副回路调节阀、液位传感器主要设备介绍1.液位传感器该实验装置液位传感器采用的是扩散硅压力式传感器，直流24V供电，测量精度0.25%。
这种传感器是根据压阻效应工作的半导体压力测量元件，其结构示意图如下图所示：在杯状单晶硅膜片的表面上，沿一定的晶轴方向扩散着一些长条形电阻。
当硅膜片上下两侧出现压差时，膜片内部产生应力，使扩散电阻的阻值发生变化。
需要说明，这里扩散电阻的变化，在机理上和普通的金属应变电阻不同，普通的金属电阻丝受力变形时，其电阻的变化是由几何尺寸变化引起的，而半导体扩散电阻在受到一定方向的应力作用时，材料内部晶格之间的距离发生变化，禁带宽度以及载流子之间的相互作用都发生变化，使载流子浓度和迁移率改变，导致半导体材料的电阻率ρ发生强烈变化，其灵敏度约比金属应变电阻高100倍左右。
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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)(1sssGo，)110()1(1)(22sssGo
调节器：， )11()(11sTKsGicc，22)(ccKsG
调节阀： 1)(vvKsG
变送器： 121mmGG
（1）先用稳定边界法对副调节器进行整定，求出2cK；然后对主调节器整定，求出主
调节器的参数1cK、iT。
（2）如果主调也用比例作用，求二类扰动D2和一类扰动D1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4.5cK，再分别求出二类扰动
D2和一类扰动D1在单位阶跃时的静差，且与（2）比较分析。
)(1sGc )(2sGc )(sG
v
)(2sGo )(1sG
o
)(2sG
m
)(1sG
m
+ +
—
—
D2 D1
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2cK=1/P2=12.1
①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1cK=1/P1=9.9、iT=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,iT=0.85Tm=9.86。
（2）如果主调也用比例作用，则P1=2Pm=0.0918,求二类扰动D2和一类扰动D1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4.5cK，再分别求出二类扰动D2和
一类扰动D1在单位阶跃时的静差，且与（2）比较分析。
三、实验记录
（稳定边界法对副调节器进行整定）图1
（稳定边界法对副调节器进行整定）图2
（稳定边界法对主调节器进行整定）图3
（稳定边界法对主调节器进行整定）图4
（整定后）图5
（整定后）图6
（主调也用比例作用且无扰）图7
（主调也用比例作用且无扰）图8
（一类扰动D1）图9
（一类扰动D1）图10
（二类扰动D2 ）图11
（二类扰动D2 ）图12
（采用简单控制系统且无扰）图13
（采用简单控制系统且无扰）图14
（一类扰动D1）图15
（一类扰动D1）图16
（二类扰动D2 ）图17
（二类扰动D2 ）图18
四、结果分析
（2）如果主调也用比例作用，则P1=2Pm=0.0918：
扰动 在单位阶跃时主被控量的静差C
无扰动 0.0904
一类扰动D1 0.0904
二类扰动D2 0.0069
可得串级控制系统对进入副回路的干扰有很强的克服能力。
（3）若采用简单控制系统，已得调节器的比例增益4.5cK：
扰动 在单位阶跃时主被控量的静差C
无扰动 0.156
一类扰动D1 0.15625
二类扰动D2 0.15625
超调量 调整时间(s) 最大动态偏差 衰减比
简单控制D1 96% 145 0.3063 3.142:1
简单控制D2 53.4% 155 0.15625 3.147:1
串级控制D1 30.7% 37 0.0904 13.09:1
串级控制D2 42.8% 37 0.0069 14.13:1
可得串级控制系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。
五、思考题
1. 说明两步法整定串级控制系统的具体步骤。
答：①在生产工艺稳定，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Pm2和临界振荡周期Tm2；
②根据所记录的Pm，用195页的经验公式计算副调节器的整定参数:P2=2*Pm2；
③在副调节器的比例度等于2*Pm2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Pm1和临界振荡周期Tm1；
④根据所记录的Pm1和Tm1，用195页的经验公式计算主调节器的整定参数。
⑤做一些扰动试验，观察过渡过程曲线，作适当的参数调整，直到控制品质质量佳为止。
2. 说明串级控制系统在对象动态特性和克服扰动能力上交单回路控
制系统的优点。
答：1）对进入副回路的干扰有很强的克服能力；
2）改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；
3）对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。
3. 串级控制系统如何选择合理的副参数。
答：1）主，副参数有对应关系，即通过调整副参数能有效地影响主参数；
2）副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰，并尽可能多包涵一些干扰，
且应在副回路反应灵敏与包含较多干扰之间进行合理的平衡；
3）副参数的选择应考虑主，副回路中控制过程的时间常数的匹配，以防‘共振’的发
生，即主，副回路控制过程时间常数不能太接近；
4）应注意工艺上的合理性和经济性。
4. 你认为在实际生产过程中何种场合下需要采用串级控制系统，如
何设计。
答：串级控制系统主要用于对象容量滞后较大，纯滞后时间较长，内扰动幅值大，负荷变化
频繁，剧烈，采用简单控制系统控制品质较差，满足不了工艺控制精度要求，非线性的被控
过程。
串级控制系统设计：
1）主回路设计：确定被控参数；
2）副回路选择：第三问四点；
3）主，副调节器调节规律的选择：主调节器起定制控制作用，副调节器起随动控制作用；
副调节器一般不引入微分调节，允许有残差；主调节器一般不允许有残差；
4）主，副调节器正，反作用方式的确定：首先根据工艺的要求确定调节阀的气开，气关形
式；然后再按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正，反作用；最再依据主，副参数
的关系和主回路构成负馈的原则，确定主调节器的正，反作用。
六、心得体会
写这次报告中主要学会了串级控制系统的组成和原理；串级控制系统两步法PID参数
整定过程；串级控制系统的动态特性和克服扰动能力。
时课本上用了响应曲线法，但我用的是临界比例度法，所以自己也不大确定做的是否正
确。真希望实验报告也像作业本一样老师改完了后发给我们或者把错误指给我们看，这样就
知道自己错在哪里了，老师辛苦了。