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太原理工大学过程控制实验之串级控制系统的参数整定 过控Matlab-串级控制系统的参数整定 实验内容1.根据动态特性参数法对简单控制系统的控制器参数整定2.根据稳定边界方法对简单控制系统的控制器参数整定利用稳定边界法,分别计算系统采用P、PI、PID调节规律时的PID控制器参数,并保存3.利用Simulink对简单控制系统PID控制器参数自整定4.利用MATLAB/Simulink 对串级控制系统进行参数整定5.利用MATLAB/Simulink分析串级控制系统的抗干扰能力6. 双容水箱液位串级控制系统实验 思考题 实验内容构成以锅炉温度为主变量,锅炉夹套温度为副变量的串级控制系统,假设主、副对象传递函数分别为 1)建立被控系统的Simulink结构图,或利用程序建模。 根据Z-N工程整定方法,可得 ①P控制时:Kc=1/δ=T/(τK); ②PI控制时:Kc=1/δ=T/(1.1τK);Ti=3.3τ; ③PID控制时:Kc=1/δ=T/(0.85τK); Ti=2τ;Td=0.5τ;Z 利用系统的Simulink方框图,将仿真时间设置为 200,设置相应的控制器参数后,启动仿真,便可在示波器中看到系统在P、PI和PID 控制时的单位阶跃响应曲线。
整定后系统的单位阶跃响应曲线,记录单闭环控制系统单位阶跃响应的性能指标于表2.1。 (1) 建立如图3所示的 Simulink 系统仿真框图。 (2) 首先在 MATLAB 工作窗口中,利用以下命令将图 2.2 中PID 控制器的积分时间设置为无穷大、微分时间设置为零、比例增益 Kc 设置较小的值。然后在图 2.2 中,将仿真时间设置为 200,启动仿真,便可在示波器中看到系统的单位阶跃响应曲线。 >>Ti=inf;Td=0;Kc=0.1 (3)逐渐增大比例系数 Kc,直到系统出现如图10所示的等幅振荡,即所谓临界振荡过 程。此时的比例系数被称为临界比例系数Kcr,两个波峰间的时间被称为临界振荡周期Tcr。 由上可知,临界比例带δcr =1/Kcr;临界振荡周期Tcr。
①P控制时:Kc =1/(2δcr )=Kcr/2 ②PI控制时:Kc =1/(2.2δcr )=Kcr/2.2 ; Ti=0.85Tcr ③PID控制时:Kc =1/(1.67δcr )=Kc /1.67 ; Ti =0.50Tcr ;Td =0.125*Tcr;
(1) 利用NCD Outport 模块(适用于 MATLAB6.5)或 Signal Constraint 模块(适用于MATLAB7.5),建立如图14所示 PID 控制系统Simulink参数优化模型。
(7)优化结束后,再次启动仿真,在示波器中便可得到如图17所示的单位阶跃响应曲线 (1)设定控制系统所用主、副控制器的传递函数分别为: 对于串级控制系统,对于进入副回路的扰动,串级控制系统具有很强的抗干扰能力。并与单闭环控制系统对比。 本实验以水箱1的液位为副调节器调节对象,水箱2的液位为主调节器调节对象,构成水箱液位串级控制系统,系统框图如图29所示。 1. 对比 Z-N 整定和 C-C 整定的控制器的控制效果。 由所得曲线知,Z-N 整定和 C-C 整定的P控制器的效果都较好,两三次振荡后就趋于稳定了,C-C整定的PI控制器的输出效果不佳,有频繁的振荡,两者整定的PID控制器都是一次振荡后就趋于稳定了,效果都十分好。 2. 比较等效简单控制系统和串级控制系统的抗干扰能力,并分析对一次和二次干扰的克服能力。 等效简单控制系统和串级控制系统的对一次干扰的抗干扰能力差不多,但串级控制系统对二次干扰的抗干扰能力比等效简单控制系统强很多。 |
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