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图4.1 单回路阶跃响应建模
首先仿真不加入副回路，图中PID参数已经整定，响应曲线是在阶跃信号初值0，终值20，阶跃时刻为0；主调节器参数为 ；仿真时间2000s时得到的。Saturation和Coulomb&Viscous friction两个环节组合形成阀的流量特性。Saturation为限幅环节，上限幅值为100，下限幅值为0，Coulomb&Viscous friction为擦环节，函数设为y=0.30x+2.9。
图4.2 单回路温度阶跃响应曲线
下图为加入副回路SIMULINK仿真，其中副调节器参数为 ，仿真时间为1000s
图4.3 串级阶跃响应建模
得到如下阶跃响应
图4.4 串级温度阶跃响应曲线
结果分析
衰减率Ψ ：是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。可定义为 ，系统只有一个波峰，不存在震荡，因而可认为衰减比为0，Ψ=1。
最大偏差A （超调量σ）：对于定值系统来说，最大偏差是指被控参数第一个波的峰值与给定值的差，随动系统通常采用超调量指标，即 ，由图知最大偏差约为0.6，超调量为3%。
余差（静态偏差）C： 是系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳态值之差。由于仿真环境为理想状态，未考虑实际运行时可能出现的各种情况，余差为零。
过渡过程时间 ： 是指系统从受扰动作用时起，到被控参数进入新的稳定值±5%的范围内所经历的时间，是衡量控制快速性的指标。由图知， ≈220s时对应值20.6，即进入稳定值±5%的范围内，可认为过渡完成。
阶跃响应曲线比较理想，但由于是仿真结果，未考虑模型精确度，测量精度，以及真实系统中所存在的未知干扰等问题，只可作为设计参考，调节器参数、实际响应曲线未必与仿真一致，实际控制中可能达不到这么好的控制效果。
4.2.3抗干扰仿真
不加副回路抗干扰性能仿真
图4.5 单回路抗干扰仿真建模
图4.6 串级抗干扰仿真建模
文持初始阶跃信号不变，在1000秒的时候加入阶跃为14的阶跃干扰信号。仿真结果如下
图4.7 单回路抗干扰仿真曲线
图4.8 串级抗干扰仿真曲线
引入副回路组成锅炉水温循环水串级控制系统后能够很好的克服进入副回路的扰动,及时消除扰动对主参数的影响.在克服二次扰动方面串级控制比不加副回路的非串级控制好。
通过仿真分析，串级回路在阶跃响应速度上有优势，施加相同阶跃信号单回路控制系统在1500s时候达到稳定，而串级控制系统在700s时基本趋于稳定，同样的，在系统抗干扰仿真上，串级回路波动较小，在施加干扰信号时单回路控制系统温度波动接近4度，而串级控制系统波动不到1度，并且很快的回复到稳定状态。
综上所述,选择串级PID控制的设计方案完成对锅炉水温的控制调节应当是可行的，而且在改善系统的动态特性、抗扰动能力等方面与非串级控制系统是较为有效的。但是仿真曲线只是在计算机上通过对实际系统仿真得到的较理想的模拟曲线，实际系统设计现场必须综合考虑各方面的因素，不可能得到与计算机仿真一致的理想曲线和控制性能。
5 组态软件设计
5.1 计算机模拟软件MCGS
计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断等先进技术，使系统更加安全可靠，在这方面MCGS工控组态软件发挥着重要的作用.
MCGS (Monitor and Control Generated System) 软件是一套几基于Windows平台的32位工控组态软件，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备,广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、冶金、纺织、航天、建筑、材料、制冷、通讯、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种行业。
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