自動(dòng)化專業(yè)英語(yǔ)(翻譯)P4U3教學(xué)課件

1、自動(dòng)化專業(yè)英語(yǔ)教程,教學(xué)課件,July 28, 2007,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,A P控制器和PI控制器 1.課文內(nèi)容簡(jiǎn)介：主要介紹過(guò)程控制系統(tǒng)中比例控制器和比例-積分控制器的工作原理、作用、傳遞函數(shù)和各自的優(yōu)、缺點(diǎn)。并以圖解的方式形象地說(shuō)明比例系數(shù)和積分常數(shù)發(fā)生變化時(shí)對(duì)控制輸出的影響。 2.溫習(xí)過(guò)程控制系統(tǒng)中有關(guān)比例積分控制的內(nèi)容。 3. 生詞與短語(yǔ),P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,calibrati

2、on n. 校準(zhǔn)，檢查 fraction n. 分?jǐn)?shù)，小數(shù) offset n. 靜差 ultimate adj. 臨界的 weight n. 權(quán) reset time 復(fù)位時(shí)間 reset rate 復(fù)位速率,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,4. 難句翻譯 1 Proportional only controllers have the advantage of only one tuning parameter, Kc. 純比例控制器的優(yōu)點(diǎn)是只需整定一個(gè)參數(shù)Kc。 2 Also, from Eq.(5

3、-3A-6) we note that as long as the error term is present, the controller will keep changing its output, thereby integrating the error, to remove the error. 從式(5-3A-6)中，我們注意到只要誤差項(xiàng)存在，控制器就會(huì)不斷改變其輸出，從而通過(guò)對(duì)誤差積分來(lái)消除誤差。 5. 參考譯文,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,A P 控制器和 PI 控制器 為了維持

4、參考點(diǎn)，反饋控制器做出決定的方法是通過(guò)在被控量與參考點(diǎn)差別的基礎(chǔ)上，計(jì)算輸出。在本單元中，我們將通過(guò)描述其操作的公式著眼于最普通的控制器。 比例控制器(P) 除了在這里不考慮的開-斷控制器，比例控制器是最簡(jiǎn)單的控制器，描述其操作的方程式如下： (4-3A-1) 或 (4-3A-2,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,式中 控制器的輸出，psig或mA 參考點(diǎn)，psig或mA 被控量，psig或mA，這是熱敏電阻的信號(hào)。 誤差信號(hào)，psig或mA，參考點(diǎn)與被控量的差別。 控制器增益， 或 偏差值，psig或m

5、A，此值的意義在于它是誤差為零時(shí)的輸出，在中比例的刻度控制器中，此值通常被設(shè)定為9 psig或12 mA。因?yàn)檩斎肱c輸出范圍是相同的（315 psig 或420mA），輸入信號(hào)和輸出信號(hào)以及參考點(diǎn)有時(shí)候也可用分?jǐn)?shù)或百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。 可以有趣的看到等式（4-3A-1）描述的是一個(gè)反作用控制器。如果控制器變量 c(t)，超過(guò)參考點(diǎn)r(t)，誤差變負(fù)，并且,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,等式表明控制器的輸出 m(t)，下降。在數(shù)學(xué)上顯示正作用控制器的一般方法是使控制器的增益Kc為負(fù)。然而，必須牢記，在工業(yè)控制

6、器中沒有負(fù)增益，只有正增益。反/正開關(guān)可以做到這一點(diǎn)。當(dāng)做正作用控制器的控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析時(shí)，負(fù)增益Kc被使用。 等式（4-3A-1）和等式（4-3A-2）表明控制器的輸出正比于參考點(diǎn)和被控量間的誤差。比例由控制器的增益Kc給出。此增益或控制器的靈敏度決定對(duì)于給定的誤差變化，控制器輸出的變化程度。如圖4-3A-1所示。 純比例控制器的優(yōu)點(diǎn)是只需整定一個(gè)參數(shù)Kc，然而，它有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是用偏移量或“穩(wěn)態(tài)誤差”來(lái)操作被控量。為用圖表表明此偏移量，考慮如圖4-2B-2所示的液面控制回路，假設(shè)設(shè)計(jì)條件為 和 ，再假設(shè)為了使出口閥超過(guò)150gpm，作用其上的空氣壓力為9 psig。如果入口流量增加

7、，純比例控制器的系統(tǒng)的響應(yīng)如圖4-3A-2所示?？刂破魇贡豢亓炕氐椒€(wěn)定值，但此值不是期望參考點(diǎn)。被控量的參考點(diǎn)和穩(wěn)定值間的差別就是偏差。圖4-3A-2顯示了對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不同整定,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,圖4-3A-1 控制器增益對(duì)控制器輸出的作用,圖4-3A-2 液面系統(tǒng)的響應(yīng),P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,參數(shù)Kc 的兩條響應(yīng)曲線，數(shù)據(jù)表明Kc值越大，偏差越小，但過(guò)程響應(yīng)越振蕩。然而，對(duì)于大多數(shù)過(guò)程，K

8、c有最大值，超過(guò)此最大值，過(guò)程將不穩(wěn)定。增益最大值的計(jì)算我們稱之為極限增益Kcu。 為得到純比例控制器的傳遞函數(shù)，等式（4-3A-1）寫成 定義如下的兩個(gè)偏差量： (4-3A-3) (4-3A-4) 那么 用拉普拉斯變換得到如下的傳遞函數(shù),P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,簡(jiǎn)單的說(shuō)，純比例控制器是僅有一個(gè)整定參數(shù)的最簡(jiǎn)單Kc或PB的控制器。此控制器的缺點(diǎn)是在控制器變量中用偏差操作。在象調(diào)壓槽似的一些過(guò)程中，可能不會(huì)有嚴(yán)重的后果。在過(guò)程被控制在參考點(diǎn)上下范圍內(nèi)的情況下，純比例控制器就足夠了。然而，在過(guò)程必須

9、控制在參考點(diǎn)的情況下，純比例控制器就不能提供滿意的控制。 比例-積分控制器(PI) 大多數(shù)的過(guò)程不能用偏差控制，也就是說(shuō)，它們必須被控制在參考點(diǎn)，在這些情況下，純比例控制器中必須加入額外的信息以消除偏差，新的信息或新型控制是積分或復(fù)位作用，因此，控制器成為比例-積分控制器（PI）。等式描述如下,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,或 (4-3A-6) 式中 積分或復(fù)位時(shí)間，分鐘/次 因此，PI控制器有兩個(gè)參數(shù)Kc和，這兩個(gè)參數(shù)必須被調(diào)整以獲得滿意的控制。 為了理解復(fù)位時(shí)間的物理意義，考慮如圖4-3A-3所示

10、的假設(shè)的例子,圖4-3A-3比例-積分 (PI) 控制器對(duì)階躍誤差的響應(yīng),P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,是控制器重復(fù)比例作用的時(shí)間，因此單位是分鐘/次。 值越小，響應(yīng)曲線越陡，這就意味著控制器響應(yīng)越快。解釋這一點(diǎn)的另一種方法是查看等式（4-3A-6）， 值越小，積分前的項(xiàng) 越大，因此，積分或復(fù)位作用的權(quán)越大。 從式中，我們注意到只要誤差項(xiàng)存在，控制器就會(huì)不斷改變其輸出，從而通過(guò)對(duì)誤差積分來(lái)消除誤差。記住，積分也意味著求和。 為得到PI控制器的傳遞函數(shù)，式（4-3A-6）描述如下,P4U3A P Con

11、trollers and PI Controllers 第四部分第三單元課文A P控制器和PI控制器,利用式（4-3A-3）和（4-3A-4）給出的偏差的相同的定義，采用拉普拉斯變換，重新排列得到： 總之，比例-積分控制器有兩個(gè)參數(shù)：增益或比例帶，復(fù)位時(shí)間或復(fù)位速率。此類控制器的優(yōu)點(diǎn)是積分或復(fù)位作用消除偏差,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,B PID控制器和其它控制器 1.課文內(nèi)容簡(jiǎn)介：主要介紹過(guò)程控制系統(tǒng)中比例-積分-微分控制器的工作原理、作用、傳遞函數(shù)和控制特點(diǎn)。并以“預(yù)測(cè)誤差變化”的

12、說(shuō)法形象地揭示了微分控制器的作用，特別說(shuō)明了比例-微分控制器有增大比例系數(shù)的作用。最后特別指出比例系數(shù)、積分常數(shù)、微分常數(shù)之間是互相影響的。 2.溫習(xí)過(guò)程控制系統(tǒng)中有關(guān)比例積分微分控制的內(nèi)容。 3. 生詞與短語(yǔ),P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,preact v.; n. 超前；提前修正量 susceptive adj. 對(duì)敏感的；易受影響的 lead n. 超前 lag n. 滯后 discrete adj. 離散的；分離的 get around 回避，躲開 detrimental adj

13、. 不利的,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,4. 難句翻譯 1 PID controllers are recommended for long time constant loops which are free of noise. PID控制器適用于不易受噪聲干擾的具有長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的環(huán)路系統(tǒng)。 2 A few other comments on controllers are in order before closing this section. 在結(jié)束這節(jié)之前，有必要再對(duì)控制器作一

14、些說(shuō)明。 be in order 完備的，適用的，適宜的，必要的 3 The slope of the ramp is predetermined by the operating personnel. 斜坡函數(shù)的斜率要由操作人員預(yù)先設(shè)定,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,5. 參考譯文 B PID控制器和其它控制器 比例-積分-微分控制器 (PID) 有時(shí)候另一種控制加在了PI控制器上，這種新的控制是微分作用，也稱為比率作用或超前。它的目的是預(yù)料過(guò)程率先查看誤差變化的時(shí)間速率，即微分。描述

15、等式如下： (4-3B-1) 式中 微分或比率，時(shí)間單位為分鐘 因此，PID控制器有三個(gè)參數(shù)Kc 或PB, 或 和 ，必須整定這三個(gè)參數(shù)來(lái)達(dá)到滿意的控制。注意：只有一個(gè)微分,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,整定參數(shù) ，對(duì)于生產(chǎn)者，它有相同的單位：分鐘。 如上所述，微分作用是通過(guò)誤差求導(dǎo)，使控制器具有預(yù)料過(guò)程變化，也就是說(shuō)，“預(yù)測(cè)未來(lái)”的能力?！邦A(yù)料”的程度由整定值 決定。 考慮如圖4-2B-1所示的熱交換器，并利用它通過(guò)“預(yù)料過(guò)程變化的地方”來(lái)闡明其意思。假設(shè)入口過(guò)程溫度下降了一些，出口溫

16、度會(huì)如圖4-3B-1所示的那樣相應(yīng)的下降。在時(shí)間ta，誤差量是正值且可能很小，因此，由PI 提供的控制修正量很小。然而，誤差的微分、誤差曲線的斜度是大的和正的，使得微分提供的控制修正量很大。通過(guò)查看誤差微分，控制器就可知被控量率,圖4-3B-1 熱交換器控制,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,先相當(dāng)快的遠(yuǎn)離參考點(diǎn)。因此可利用這個(gè)事實(shí)來(lái)幫助控制。在時(shí)間tb誤差依然是正的且必以前更大，由比例積分提供的控制更正量的大小也比以前的大，且仍然加到控制器的輸出來(lái)更大的打開蒸汽閥門，然而，在這個(gè)時(shí)刻的是誤

17、差微分是負(fù)的，表明誤差正在減小，也就是說(shuō)，被控量開始下降到參考點(diǎn)。再次利用這個(gè)事實(shí)可知，自從誤差開始下降后，微分的作用開始從其他兩種形式中下降，通過(guò)這一點(diǎn)，過(guò)程將花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間返回到參考點(diǎn)，然而，在參考點(diǎn)上下的超調(diào)和振蕩下降。 PID控制器應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的系統(tǒng)中，典型的例子是溫度濃縮回路，短時(shí)間常數(shù)（小電容）的過(guò)程很快且易受噪聲干擾。此過(guò)程的典型例子是流量回路和控制液體流壓力的回路?？紤]如圖4-3B-2所示的流量記錄,圖4-3B-2 流量回路記錄,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,由于快速

18、變換的噪聲的微分?jǐn)?shù)值很大，因此微分形式的應(yīng)用僅僅造成了噪聲的放大。長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的過(guò)程（大電容）通常是衰減的，因此不易受噪聲的干擾。然而，注意：你可能有一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的過(guò)程，例如帶有噪聲熱敏電阻的溫度回路，在這種情況下，應(yīng)用PID控制器前必須安裝熱敏電阻。 式（4-3B-1）整理后得到“理想” PID控制器的傳遞函數(shù)如下： 利用式（4-3A-3）和式（4-3A-4）給出的微分變量的相同的定義，采用拉普拉斯變換，整理得到： 傳遞函數(shù)被稱為“理想的”是因?yàn)樵趯?shí)際中此微分計(jì)算不可能獲得的。用超前/滯后近似微分得到“實(shí)際的”傳遞函數(shù)為,P4U3B PID Controllers and Other Con

19、trollers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,4-3B-2) 典型值范圍是0.05 到0.1。 總之，PID控制器有三個(gè)整定參數(shù)：增益或比例帶、復(fù)位時(shí)間或復(fù)位速率和速率時(shí)間。額定時(shí)間或微分時(shí)間總以分鐘為單位。PID控制器適用于不易受噪聲干擾的具有長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的環(huán)路系統(tǒng)。微分形式的優(yōu)點(diǎn)是可以提供“查看過(guò)程快速變化的地方”的能力。 比例-微分控制器 (PD) 此類控制器用于純比例控制器被應(yīng)用但一定程度的“預(yù)料”被需要的過(guò)程中。描述公式如下,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三單元課文B PID控制器和其它控制器,理

20、想的”傳遞函數(shù)是： PD控制器的缺點(diǎn)是用被控量偏差來(lái)操作，只有積分作用能夠消除偏差。然而，在相同的回路中，PD控制器能夠獲得比純比例控制器更高的增益，從而可造成更小的偏差。 數(shù)字控制器和其它說(shuō)明 如前所述，式（4-3B-2）是工業(yè)模擬控制器的傳遞函數(shù)，然而，數(shù)字控制器是式（4-3B-1）的離散形式。整定數(shù)字控制器的方法與整定模擬控制器的方法差別不大。在結(jié)束這節(jié)之前，有必要再對(duì)控制器作一些說(shuō)明。式（4-3B-1）表明在任何時(shí)候，增益 都是變化的，這將影響積分和微分作用，因?yàn)?和 必須變換以適應(yīng)Kc的變換。所有的模擬控制器都是這種類型，有時(shí)候其被指定為“相互作用控制器”。大部分基于微處理器的控制器也是這種類型。然而也有一些控制器用一個(gè)術(shù)語(yǔ)KI來(lái)替代Kc / ，用 KD替代 Kc 以避免這個(gè)問(wèn)題，這就意味著三個(gè)整定參數(shù)是,P4U3B PID Controllers and Other Contr