串级控制算法的研究

北华航天工业学院题目：串级控制算法的研究学生姓名：王鋆鑫专业：测控技术与仪器班级：B13241指导教师：李晓颖完成日期：2016/6/03实验五串级控制算法的研究一．实验目的1．熟悉并掌握串级控制系统的结构、特点及其混合仿真研究方法。2．熟悉并掌握串级控制系统的控制器参数整定方法。二．实验内容1．设计一已知三阶被控对象的串级控制系统，并完成它的混合仿真。2．学习用逐步逼近方法整定串级控制所包含的内、外两环PI控制器参数。三．实验步骤1．设计并连接模拟三阶被控对象的电路，并利用C8051F060构成的数据采集系统完成计算机控制系统的两路模拟量输入、一路模拟量输出通道的设计和连接。利用上位机的虚拟仪器功能对此模拟三阶被控对象的电路进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求。2．在上位机完成内、外两环的常规数字PI控制器的算法编程、调试。特别注意内、外两环的采样控制周期是不同的。通常外环的采样控制周期是内环的3－10倍。3．将外环断开，先整定内环的常规数字PI控制器参数，在整定过程中注意观察参数变化对系统动态性能的影响。4．将内环的常规数字PI控制器参数按整定好的值固定下来，再整定外环的常规数字PI控制器参数，在整定过程中注意观察参数变化对系统动态性能的影响。5．如果对上两步参数整定的结果不满意，可以将外环的常规数字PI控制器参数固定下来，重新整定内环的常规数字PI控制器参数。如果仍不能得到满意的结果，可再重复步骤4，直至满意为止。6．对实验结果进行分析，并完成实验报告。四．附录1．被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成实验系统被控对象的传递函数为201()(0.051)(21)Gssss它可以用图5.1所示电路来模拟y(k)+C2C1D1(z)e(k)OmR0R(t)-R3++R1-R2++R4C3-+D2(z)u(k)图5.1Z.0.H0.05s+15+RR-+I1I2s12s+14I2I1y(t)图5.2计算机串级控制系统的方框图如图5.2所示，该图中，除了虚线框内部分用电路模拟外，其余部分由上位机和数据处理系统完成。2．常规数字PI控制算法常规的PI控制律为01()[()()]tpiutKetetdtT采用一阶差分法离散化后，可以得到常规数字PI控制算法简记为1()()()]kppiiKTukKekeiT或者()(1)[()(1)]()ukukPekekIek这里P、I参数分别为pPK，piTIKT3．逐步逼近整定法的整定步骤：（1）外环断开，把内环当作一个单闭环控制系统，并按单闭环控制系统的PID控制器参数整定方法（如实验四介绍的扩充响应曲线法），求取内环PID控制器参数。（2）将内环PID控制器参数置于整定值上，闭合外环。把内环当作外环的一个等效环节，外环又成为一个单闭环控制系统，再按单闭环控制系统的PID控制器参数整定方法（如扩充响应曲线法），求取外环PID控制器参数。（3）将外环PID控制器参数置于整定值上，闭合外环。再按上述方法求取内环PID控制器参数。至此，完成了一次逼近循环。如控制系统性能已满足要求，参数整定即告结束。否则，就回到步骤（2）。如此循环下去，逐步逼近，直到控制系统性能满足要求为止实验设计：1．模拟电路如图5.1所示。2．实验接线，O1接Om，I1、I2分别接A/D采样通道I1、I2。3．常规数字算法运行LabVIEW软件参考程序实验五；逐步整定法。具体参见实验指导书。4．锁零接-15V。5．R0=R1=R2=R3=100K，R4=200K，C1=3UF，C2=C3=1UF，R=15K。实验结论：截图：总结：这一次试验中我们不仅加强了动手能力，而且还对所学知识很深刻的认识。一定程度上的熟悉并掌握串级控制系统的结构、特点及其混合仿真研究方法。掌握了串级控制系统的控制器参数整定方法。也很感谢老师的悉心指导。