1、 课程设计报告 题 目： 单回路与串级控制仿真比较 学生姓名： 学生学号： 系 别： 电气信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 届 别： 2011 届 指导教师： 电气信息工程学院制 第 1 页 目录目录 目录目录 1 1 1.1.引言引言 2 2 2.2.PIDPID 控制控制 2 2 2.12.1 比例控制比例控制 3 3 2.22.2 积分控制积分控制 3 3 2.32.3 微分控制微分控制 3 3 3.3.串级控制系统串级控制系统 4 4 3.13.1 串级控制系统的设计步骤串级控制系统的设计步骤 4 4 3.23.2 串级控制设计串级控制设计 6 6 4.Simulink4.S
2、imulink 仿真仿真 7 7 4.1.4.1.简介简介 7 7 4.2.4.2.功能功能 7 7 4.3.4.3.特点特点 8 8 4.4.4.4.启动启动 9 9 4.5.4.5.仿真实现仿真实现 9 9 5.5.总结与体会总结与体会 1313 参考文献参考文献 1414 第 2 页 单回路与串级控制仿真比较单回路与串级控制仿真比较 摘要摘要 串级控制对进入副回路的扰动有很强的克服能力。其次，由于副回路的存在， 减小了控制对象的时间参数，从而提高了系统的响应速度。再者串级控制提高了系统 的工作频率，改善了系统的控制质量。最后，串级系统有一定的自适应能力。利用 Simulink 结合串级
3、PID 控制系统，与单回路 PID 控制系统进行仿真对比，结果表明， 串级 PID 控制系统更具有优势。 关键词：串级控制系统，PID 1.引言引言 单回路控制系统一般情况下都能满足正常生产的要求，但是当对象滞后较大，负 荷和干扰变化比较剧烈而频繁，或是工艺对产品质量提出的要求很高(如有的产品纯 度要求达到 99.99%)时，采用单回路控制方法就不太有效，于是就出现了一种所谓串 级控制系统。串级控制系统为双闭环或多闭环控制系统，控制系统内环为副控对象， 外环为主控对象。内环的作用是将外部扰动的影响在内环进行处理，而尽可能不使其 波动到外环，这就加快了系统的快速性并提高了系统的品质，因此串级控制
4、系统中选 择内环时应考虑其响应速度要比外环响应速度快得多。 2.PID 控制控制 PID 控制器表示比例-积分-微分控制规律，即控制器的输出与输入是比例-积分- 微分的关系。PID 控制器产生于20世纪30年代末，从模拟控制器到数字控制器，经过 广泛的理论研究和丰富的应用实践，取得了巨大的成功，是工业控制领域应用最广泛 也最成功的一种控制器。 PID 控制器成功的本质是因为这种控制器是这种控制器所蕴 第 3 页 含的富有哲理的深刻意义积分反映了输入信号的“历史”变化，比例反映了输入信 号的“当前”状态，微分则表征输入信号“未来”的变化趋势。PID 控制，实际中也 有 PI 和 PD 控制。PI
5、D 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控 制量进行控制的。 2.1 比例控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关 系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error） 。 2.2 积分控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控 制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称 有差系统（System with Steady-state Error） 。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入 “积分项” 。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会
6、增大。这 样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使 稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在 进入稳态后无稳态误差。 2.3 微分控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比 关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由 于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其 变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前” ，即在 误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例” 项往往是不够的， 比例项的作用仅是放大误差的幅值， 而目前需要增加的是 “微分项” ， 它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差 的控制作
