第五章控制規(guī)律和控制器

1、控制規(guī)律和控制器控制規(guī)律和控制器第五章第五章 本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容位置控制位置控制第二節(jié)第二節(jié) 比例控制比例控制第三節(jié)第三節(jié) 比例積分控制比例積分控制第四節(jié)第四節(jié) 比例積分微分控制比例積分微分控制第五節(jié)第五節(jié) 控制器簡(jiǎn)介控制器簡(jiǎn)介概概 論論3 基地式控制儀表 單元組合式儀表中的控制單元 以微處理器為基元的控制裝置信號(hào)制信號(hào)制-指在成套儀表系列中，各個(gè)儀表的輸入指在成套儀表系列中，各個(gè)儀表的輸入輸出間采用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號(hào)來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)膯?wèn)題。輸出間采用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號(hào)來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)膯?wèn)題。氣動(dòng)控制儀表：氣動(dòng)控制儀表：0.020.1MPa 電動(dòng)控制儀表，電動(dòng)控制儀表，0 010mA 10mA 電

2、流信號(hào)作為電動(dòng)電流信號(hào)作為電動(dòng)型儀表型儀表 4 420mA 20mA 電流信號(hào)電流信號(hào) 1 15V 5V 電壓信號(hào)電壓信號(hào) 電動(dòng)電動(dòng)型儀表型儀表傳輸方式傳輸方式 進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用電流信號(hào)，控制室內(nèi)部各儀進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用電流信號(hào)，控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用電壓信號(hào)表間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用電壓信號(hào) 概概 論論3控制器的控制規(guī)律是指 控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系。xzeefp即 經(jīng)常是假定控制器的輸入信號(hào)e是一個(gè)階躍信號(hào)，然后來(lái)研究控制器的輸出信號(hào)p隨時(shí)間的變化規(guī)律。 p = f(e) = f(z-x) 在控制系統(tǒng)中，由于擾動(dòng)作用的存在，會(huì)使被在控制系統(tǒng)中，由于擾動(dòng)作用的存在，會(huì)

3、使被控變量對(duì)給定值產(chǎn)生偏差，此偏差數(shù)值上等于被控控變量對(duì)給定值產(chǎn)生偏差，此偏差數(shù)值上等于被控變量測(cè)量值與給定值之差。即：變量測(cè)量值與給定值之差。即：ezx 控制器的控制規(guī)律就是指控制器的輸出信號(hào)控制器的控制規(guī)律就是指控制器的輸出信號(hào)p p與與e e之間的函數(shù)關(guān)系。之間的函數(shù)關(guān)系。 p = f(e) = f(z-x) 不同的控制規(guī)律適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求，必須根不同的控制規(guī)律適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求，必須根據(jù)生產(chǎn)要求來(lái)選用適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律，要選用合適的據(jù)生產(chǎn)要求來(lái)選用適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律，要選用合適的控制器，首先必須了解常用的幾種常用控制規(guī)律的控制器，首先必須了解常用的幾種常用控制規(guī)律的特點(diǎn)與使用條件，然后，根據(jù)

4、過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)要特點(diǎn)與使用條件，然后，根據(jù)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)要求，結(jié)合具體對(duì)象特性，才能做出正確的選擇。求，結(jié)合具體對(duì)象特性，才能做出正確的選擇。概概 論論位式控制（其中以雙位控制比較常用）比例控制比例積分控制比例微分控制4比例積分微分控制v一、雙位式一、雙位式-1 .0-0 .50 .00 .51 .0-1 .0-0 .50 .00 .51 .0tPm a xm in, 0 (0, 0 (0 )p eepp ee或 )或第一節(jié)第一節(jié) 位式控制位式控制雙位控制器雙位控制器 雙位控制系統(tǒng)的規(guī)律是當(dāng)測(cè)量值大于給定值時(shí)，雙位控制系統(tǒng)的規(guī)律是當(dāng)測(cè)量值大于給定值時(shí)，控制器輸出為最大（或最小），而當(dāng)測(cè)量值

5、小于給控制器輸出為最大（或最?。?，而當(dāng)測(cè)量值小于給定值時(shí)，則輸出為最?。ɑ蜃畲螅?，即控制器只有定值時(shí)，則輸出為最小（或最大），即控制器只有兩個(gè)輸出值。兩個(gè)輸出值。第一節(jié)第一節(jié) 位式控制位式控制ep 實(shí)際應(yīng)用的雙位控制器具有一個(gè)中間區(qū)，被控參實(shí)際應(yīng)用的雙位控制器具有一個(gè)中間區(qū)，被控參數(shù)在中間區(qū)時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不工作，當(dāng)參數(shù)上升至測(cè)數(shù)在中間區(qū)時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不工作，當(dāng)參數(shù)上升至測(cè)量值高于給定值某一數(shù)值后，控制機(jī)構(gòu)才關(guān)；當(dāng)參量值高于給定值某一數(shù)值后，控制機(jī)構(gòu)才關(guān)；當(dāng)參數(shù)下降至測(cè)量值低于給定值某一數(shù)值后，控制機(jī)構(gòu)數(shù)下降至測(cè)量值低于給定值某一數(shù)值后，控制機(jī)構(gòu)才開，這樣，控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻率程度大為降低，才開，這樣

6、，控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻率程度大為降低，從而起到保護(hù)的作用。從而起到保護(hù)的作用。v控制規(guī)律控制規(guī)律AB斷開，低位，開啟閥門；斷開，低位，開啟閥門；AC導(dǎo)通，高位，關(guān)閉閥門。導(dǎo)通，高位，關(guān)閉閥門。控控導(dǎo)通導(dǎo)通ACpABppminmaxl控制結(jié)果：控制結(jié)果：將液位限制在將液位限制在BC之間。之間。ABC斷開斷開雙位控制的過(guò)渡曲線雙位控制的過(guò)渡曲線ptytyHyL雙位控制器電路舉例雙位控制器電路舉例24V DC0ABC控控ABCAB斷開斷開閥門開啟閥門開啟 ； AC接通接通閥門關(guān)閉閥門關(guān)閉CB電磁閥電磁閥第一節(jié)第一節(jié) 位式控制位式控制6 將上圖中的測(cè)量裝置及繼電器線路稍加改變，便可成為一個(gè)具有中間區(qū)的雙位

7、控制器，見下圖。由于設(shè)置了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作，因此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長(zhǎng)了控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。 圖5-3 實(shí)際的雙位控制規(guī)律二、具有中間區(qū)的雙位控制二、具有中間區(qū)的雙位控制圖5-4 具有中間區(qū)的雙位控制過(guò)程第一節(jié)第一節(jié) 位式控制位式控制雙位控制過(guò)程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo) 結(jié)論結(jié)論被控變量波動(dòng)的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長(zhǎng)些比較有利。 雙位控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。7第一節(jié)第一節(jié) 位式控制位式控制三、多位控制三、多位控制 對(duì)系統(tǒng)的控制效果較好，但會(huì)使控制裝置的復(fù)雜程度增加。圖5-5 三位控制器特性圖8

8、 以電爐加熱為例。三位式調(diào)節(jié)可以用兩個(gè)繼電器在的觸點(diǎn)組成“升溫加熱”、“恒溫調(diào)節(jié)”及“停止加熱”三種輸出狀態(tài)。具體實(shí)現(xiàn)方法為采用輔助加熱器A和主加熱器B兩組加熱器: 當(dāng)測(cè)量值低于下限設(shè)定值時(shí)，上、下限繼電器均吸合，系統(tǒng)進(jìn)入“升溫加熱”狀態(tài)，此時(shí)A、B二組加熱器同時(shí)加熱，因此升溫速度較快。 當(dāng)測(cè)量值到達(dá)下限設(shè)定值，但尚低于上限設(shè)定值時(shí)，下限繼電器釋放，斷開輔助加熱器A的能源供給，升溫速率隨之下降，系統(tǒng)進(jìn)入“恒溫加熱”狀態(tài)。 當(dāng)測(cè)量值到達(dá)上限設(shè)定值時(shí)，下限繼電器仍保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，上限繼電器開始釋放，斷開主加熱器B 能源供給。此時(shí)由于主輔加熱器均失去能源供給，故溫度逐漸下降，直至降到上限設(shè)定回差的下限

9、時(shí)，上限繼電器又吸合，接通主加熱器B的能源供給，溫度又逐漸上升，周而復(fù)始。 由此可見三位式調(diào)節(jié)比二位式調(diào)節(jié)升溫的速度快，進(jìn)入恒溫調(diào)節(jié)狀態(tài)后溫度的波動(dòng)小，精度高。復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)v1、雙位控制系統(tǒng)規(guī)律？、雙位控制系統(tǒng)規(guī)律？v2、具有一個(gè)中間區(qū)雙位控制特點(diǎn)？具有一個(gè)中間區(qū)雙位控制特點(diǎn)？v3、雙位控制系統(tǒng)特點(diǎn)？、雙位控制系統(tǒng)特點(diǎn)？v4、多位控制的特點(diǎn)、多位控制的特點(diǎn)？復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)v1、雙位控制系統(tǒng)規(guī)律？、雙位控制系統(tǒng)規(guī)律？v 雙位控制系統(tǒng)的規(guī)律是當(dāng)測(cè)量值大于給定值時(shí)，控制器輸出為最大（或最?。?，而當(dāng)測(cè)量值小于給定值時(shí)，則輸出為最小（或最大），即控制器只有兩個(gè)輸出值。v2、具有一個(gè)中間區(qū)雙位控制特點(diǎn)？具有一個(gè)

10、中間區(qū)雙位控制特點(diǎn)？v雙位控制器具有一個(gè)中間區(qū)，被控參數(shù)在中間區(qū)時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不工作，當(dāng)參數(shù)上升至測(cè)量值高于給定值某一數(shù)值后，控制機(jī)構(gòu)才關(guān)；當(dāng)參數(shù)下降至測(cè)量值低于給定值某一數(shù)值后，控制機(jī)構(gòu)才開，這樣，控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻率程度大為降低，從而起到保護(hù)的作用。由于設(shè)置了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作，因此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長(zhǎng)了控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。 復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)v3、雙位控制系統(tǒng)特點(diǎn)？、雙位控制系統(tǒng)特點(diǎn)？v 雙位控制過(guò)程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo)被控變量波動(dòng)的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長(zhǎng)些比較有利。雙位控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍

11、。v4、多位控制的特點(diǎn)、多位控制的特點(diǎn)？v對(duì)系統(tǒng)的控制效果較好，但會(huì)使控制裝置的復(fù)雜程度增加。pepbaebap 在該控制系統(tǒng)中，閥門開度的改變量與被控變?cè)谠摽刂葡到y(tǒng)中，閥門開度的改變量與被控變量的偏差值成比例。量的偏差值成比例。即：即：第二節(jié)第二節(jié) 比例控制比例控制P(t)=Kce(t) 具有比例控制規(guī)律的控制具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器，其輸出信器稱為比例控制器，其輸出信號(hào)變化量號(hào)變化量 P 與偏差信號(hào)與偏差信號(hào) e 之間之間成比率關(guān)系。成比率關(guān)系。即： Kc為放大倍數(shù)為放大倍數(shù)工業(yè)上常用比例度工業(yè)上常用比例度代替代替 P=Kce 儀表量程儀表量程 控制器的輸出范圍控制器的輸出范

12、圍 比例度比例度-指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)。變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)。即：即：minmaxminmaxminmaxminmax1xxppKxxpppec若輸出與輸入都為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，則若輸出與輸入都為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，則 %1001cKtQ2t0tt0htt0ptt0Q1tt0e 比例控制的特點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時(shí)，比例控制的特點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時(shí)，控制結(jié)果有余差。有偏差信號(hào)輸入時(shí)，輸出控制結(jié)果有余差。有偏差信號(hào)輸入時(shí)，輸出立刻與它成比例地變化，偏差越大，輸出的立刻與它成比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)?？刂谱饔迷綇?qiáng)。比比例例度度對(duì)

13、對(duì)控控制制過(guò)過(guò)程程的的影影響響比例度的選擇原則比例度的選擇原則 若對(duì)象的滯后較小，若對(duì)象的滯后較小，時(shí)間常數(shù)較大以及放大時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小，那么可以選倍數(shù)較小，那么可以選擇小的比例度來(lái)提高系擇小的比例度來(lái)提高系統(tǒng)的靈敏度，從而使過(guò)統(tǒng)的靈敏度，從而使過(guò)渡過(guò)程曲線的形狀較好。渡過(guò)程曲線的形狀較好。反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要選擇大的比定性，就要選擇大的比例度來(lái)保證穩(wěn)定。例度來(lái)保證穩(wěn)定。 Kc（ ）值的影響）值的影響vKc值過(guò)大（值過(guò)大（ 值過(guò)小）值過(guò)?。┫到y(tǒng)反應(yīng)過(guò)于靈敏，容系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)于靈敏，容易造成過(guò)度控制，產(chǎn)生易造成過(guò)度控制，產(chǎn)生大幅振蕩。大幅振蕩。vKc值過(guò)?。?/p>

14、值過(guò)小（ 值過(guò)大）值過(guò)大）系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)于遲鈍，控系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)于遲鈍，控制時(shí)間長(zhǎng)，余差大。制時(shí)間長(zhǎng)，余差大。vKc值（值（ 值）適中值）適中經(jīng)過(guò)少數(shù)幾個(gè)減幅振蕩經(jīng)過(guò)少數(shù)幾個(gè)減幅振蕩后，逐漸趨于穩(wěn)定，有后，逐漸趨于穩(wěn)定，有一定的余差。一定的余差。minmaxminmaxminmaxminmax1xxppKxxpppep小結(jié)：小結(jié)：v1、比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)。v2、比力度及其對(duì)控制過(guò)程的影響。復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：v1、比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)、比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)?v2、比例度及其對(duì)控制過(guò)程的影響、比例度及其對(duì)控制過(guò)程的影響?v3、比例控制作用特點(diǎn)比例控制作用特點(diǎn)?v4、比例度的選擇原則?復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：v1、比例控制

15、規(guī)律及其特點(diǎn)、比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)?vP(t)=Kce(t),該控制系統(tǒng)中，閥門開度的改變量與被控變量的偏差值成比例。v其輸出信號(hào)變化量 P 與偏差信號(hào) e 之間成比率關(guān)系。 v2、比例度及其對(duì)控制過(guò)程的影響、比例度及其對(duì)控制過(guò)程的影響?v比例度-指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)。vKP值過(guò)大（ 值過(guò)小）系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)于靈敏，容易造成過(guò)度控制，產(chǎn)生大幅振蕩。vKc值過(guò)?。?值過(guò)大）系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)于遲鈍，控制時(shí)間長(zhǎng)，余差大。vKP值（ 值）適中經(jīng)過(guò)少數(shù)幾個(gè)減幅振蕩后，逐漸趨于穩(wěn)定，有一定的余差。復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：v3、比例控制作用特點(diǎn)、比例控制作用特點(diǎn)?v反應(yīng)快，控制及時(shí)，控制結(jié)果有

16、余差。有偏差信號(hào)輸入時(shí)，輸出立刻與它成比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)。v4 4、比例度的選擇原則、比例度的選擇原則? ?v若對(duì)象的滯后較小，時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小，那么可以選擇小的比例度來(lái)提高系統(tǒng)的靈敏度，從而使過(guò)渡過(guò)程曲線的形狀較好。反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要選擇大的比例度來(lái)保證穩(wěn)定。 IpKedt 積分控制作用的輸出變量積分控制作用的輸出變量p與與輸入偏差輸入偏差e的積分成正比。的積分成正比。第三節(jié)第三節(jié) 積分控制（積分控制（I）t te P P式中式中K KI I是積分速度，表示積分速度的大小和積分作用的是積分速度，表示積分速度的大小和積分作用的強(qiáng)弱強(qiáng)弱。當(dāng)輸入偏差是

17、常數(shù)當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A時(shí)，則時(shí)，則 積分作用能夠消除余差，積分作用能夠消除余差，與比例控制相比，積分與比例控制相比，積分控制過(guò)渡過(guò)程比較緩慢?？刂七^(guò)渡過(guò)程比較緩慢。IIpKAdtKAt 在階躍信號(hào)作用下（幅值為在階躍信號(hào)作用下（幅值為A)A)1PPIpK AKAtTPI輸出響應(yīng)由比例和積分兩部分組成輸出響應(yīng)由比例和積分兩部分組成 當(dāng)當(dāng) t=TI + p= 2KPAP1K ( e)IpedtTPI控制器的輸出隨時(shí)間變化的表達(dá)式為控制器的輸出隨時(shí)間變化的表達(dá)式為t te pTI由此可確定積分速度。由此可確定積分速度。KpA2KpA 積分時(shí)間積分時(shí)間T TI I的物理意義：的物理意義：在階躍信號(hào)作用

18、下，在階躍信號(hào)作用下，控制器積分作用的輸出等于比例作用的輸出所經(jīng)控制器積分作用的輸出等于比例作用的輸出所經(jīng)歷的時(shí)間。歷的時(shí)間。 積分時(shí)間越大，積分作用越小，反之，積分積分時(shí)間越大，積分作用越小，反之，積分作用越大。作用越大。積積分分時(shí)時(shí)間間對(duì)對(duì)過(guò)過(guò)渡渡過(guò)過(guò)程程的的影影響響 左圖表示在同樣比例度下左圖表示在同樣比例度下積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。由圖中曲線可以看出，由圖中曲線可以看出，T TI I過(guò)過(guò)大時(shí)積分作用不明顯，余差消大時(shí)積分作用不明顯，余差消除地也慢，從圖中曲線、除地也慢，從圖中曲線、可以看出，可以看出，T TI I較小時(shí)易于消除較小時(shí)易于消除余差，但系統(tǒng)的振蕩

19、加劇。相余差，但系統(tǒng)的振蕩加劇。相比之下，曲線就比較理想。比之下，曲線就比較理想。 理想微分控制器的輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系為：理想微分控制器的輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系為： 在階躍信號(hào)輸入的瞬間，控制器的在階躍信號(hào)輸入的瞬間，控制器的輸出為無(wú)窮大，其余時(shí)間輸出為零。輸出為無(wú)窮大，其余時(shí)間輸出為零。et0t0ttDdepTdt 微分控制器輸出的大小與偏差變化微分控制器輸出的大小與偏差變化速度及微分時(shí)間速度及微分時(shí)間成正比。微分時(shí)間越成正比。微分時(shí)間越長(zhǎng)，微分作用越強(qiáng)。長(zhǎng)，微分作用越強(qiáng)。 微分時(shí)間微分時(shí)間第四節(jié)第四節(jié) 比例積分比例積分 微分控制微分控制 對(duì)對(duì)PID控制器而言，當(dāng)積控制器而言，當(dāng)積分時(shí)間分時(shí)

20、間TI時(shí)，控制器呈時(shí)，控制器呈PD控制特性。此時(shí)輸出與輸入的控制特性。此時(shí)輸出與輸入的關(guān)系如式所示。關(guān)系如式所示。 tetp理想理想PDPD控制器的階躍響應(yīng)曲線控制器的階躍響應(yīng)曲線()PDdep K e Tdt 比例微分控制規(guī)律比例微分控制規(guī)律微微分分時(shí)時(shí)間間對(duì)對(duì)過(guò)過(guò)渡渡過(guò)過(guò)程程的的影影響響能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，同時(shí)改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，抑制過(guò)渡過(guò)程的最大動(dòng)態(tài)抑制過(guò)渡過(guò)程的最大動(dòng)態(tài)偏差，有助于提高系統(tǒng)的偏差，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 PD控制優(yōu)點(diǎn)控制優(yōu)點(diǎn) 一般只適應(yīng)于時(shí)間常數(shù)較大的調(diào)節(jié)控制，而不一般只適應(yīng)于時(shí)間常數(shù)較大的調(diào)節(jié)控制，而不適用于流

21、量、壓力等一些變化劇烈的過(guò)程。其次，適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過(guò)程。其次，當(dāng)微分作用太強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，當(dāng)微分作用太強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。容易造成系統(tǒng)振蕩。 PD控制一般總是以比例動(dòng)作為主，微分動(dòng)作控制一般總是以比例動(dòng)作為主，微分動(dòng)作為輔。為輔。 PD控制不足之處控制不足之處 PID控制規(guī)律吸取了比例控制的快速反控制規(guī)律吸取了比例控制的快速反應(yīng)功能、積分控制的消除余差功能和微應(yīng)功能、積分控制的消除余差功能和微分控制的預(yù)測(cè)功能，從控制效果看，是分控制的預(yù)測(cè)功能，從控制效果看，是比較理想的一種控制規(guī)律。階躍響應(yīng)特比較理想的一種控制規(guī)律。階躍響應(yīng)特

22、性可以看作是性可以看作是PI階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)曲線PD階躍響階躍響應(yīng)曲線的疊加。應(yīng)曲線的疊加。 PID三作用控制器雖然性能效果比較理三作用控制器雖然性能效果比較理想，但并非任何情況下都可采用想，但并非任何情況下都可采用PID三三作用控制器。因?yàn)樽饔每刂破鳌Ｒ驗(yàn)镻ID三作用控制器需三作用控制器需要整定比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間三要整定比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間三個(gè)變量，而在實(shí)際工程上是很難將這三個(gè)變量，而在實(shí)際工程上是很難將這三個(gè)變量都整定到最佳值。個(gè)變量都整定到最佳值。PIDPID階躍響應(yīng)特性曲線階躍響應(yīng)特性曲線 比例積分微分控制規(guī)律比例積分微分控制規(guī)律dtdeTedtT1eKpDIP小結(jié)：

23、小結(jié)：1、積分控制作用：輸出變量p與輸入偏差e的積分成正比。2、積分作用：能夠消除余差，與比例控制相比，積分控制過(guò)渡過(guò)程比較緩慢。3、積分時(shí)間TI的物理意義：在階躍信號(hào)作用下，控制器積分作用的輸出等于比例作用的輸出所經(jīng)歷的時(shí)間。積分時(shí)間越大，積分作用越小，反之，積分作用越大。4、比例微分控制規(guī)律5、PD控制缺點(diǎn)：控制缺點(diǎn)：適應(yīng)于時(shí)間常數(shù)較大的調(diào)節(jié)控制，而不適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過(guò)程。其次，當(dāng)微分作用太強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。一般總是以比例動(dòng)作為主，微分動(dòng)作為輔。 6、比例積分微分控制規(guī)律比例積分微分控制規(guī)律()PDd epKeTd t 復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：v1、積

24、分控制作用是什么？v答：輸出變量p與輸入偏差e的積分成正比。v2、積分作用是什么？v答：能夠消除余差，與比例控制相比，積分控制過(guò)渡過(guò)程比較緩慢。v3、積分時(shí)間TI的物理意義是什么？ v答：在階躍信號(hào)作用下，控制器積分作用的輸出等于比例作用的輸出所經(jīng)歷的時(shí)間。積分時(shí)間越大，積分作用越小，反之，積分作用越大。v復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：v4、比例微分控制規(guī)律是什么？v答：當(dāng)積分時(shí)間TI時(shí)，控制器呈PD控制特性。v5、PD控制缺點(diǎn)是什么？控制缺點(diǎn)是什么？v答：答：適應(yīng)于時(shí)間常數(shù)較大的調(diào)節(jié)控制，而不適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過(guò)程。其次，當(dāng)微分作用太強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。一般總是以

25、比例動(dòng)作為主，微分動(dòng)作為輔。 v6、比例積分微分控制規(guī)律是什么？比例積分微分控制規(guī)律是什么？v答：答：吸取了比例控制的快速反應(yīng)功能、積分控制的消除余差功能和微分控制的預(yù)測(cè)功能。階躍響應(yīng)特性可以看作是PI階躍響應(yīng)曲線PD階躍響應(yīng)曲線的疊加。 回憶回憶 控制器作用控制器作用 第五節(jié)第五節(jié) 控制器簡(jiǎn)介控制器簡(jiǎn)介 模擬式控制器中，模擬式控制器中， 所傳送的信號(hào)形式為連續(xù)所傳送的信號(hào)形式為連續(xù)的模擬信號(hào)。目前應(yīng)用的模擬式控制器主要是電動(dòng)的模擬信號(hào)。目前應(yīng)用的模擬式控制器主要是電動(dòng)控制器?？刂破?。一、控制系統(tǒng)按被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律分類：一、控制系統(tǒng)按被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律分類：v定值控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；定值

26、控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；v隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化；隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化；v程序控制控制系統(tǒng)：按預(yù)定時(shí)間順序控制參數(shù)程序控制控制系統(tǒng)：按預(yù)定時(shí)間順序控制參數(shù)。二、控制目的的實(shí)現(xiàn)：二、控制目的的實(shí)現(xiàn)：v通過(guò)人為設(shè)定或計(jì)算機(jī)程序直接給出一定的輸出通過(guò)人為設(shè)定或計(jì)算機(jī)程序直接給出一定的輸出簡(jiǎn)簡(jiǎn)單；單；v將設(shè)定值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，以其差值大小控制控制器將設(shè)定值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，以其差值大小控制控制器動(dòng)作，直至差值達(dá)到允許的誤差范圍。動(dòng)作，直至差值達(dá)到允許的誤差范圍。一）氣動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)一）氣動(dòng)控制儀表的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，價(jià)

27、格便宜，靠，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，并且具有本質(zhì)安全防爆性能，并且具有本質(zhì)安全防爆性能，特別適用于石油、化工等有特別適用于石油、化工等有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所。三、控制儀表的分類三、控制儀表的分類按使用的能源不同分為氣動(dòng)控制儀表和電動(dòng)控制按使用的能源不同分為氣動(dòng)控制儀表和電動(dòng)控制儀表。儀表。二）電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)二）電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn) 可以實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的遠(yuǎn)距離傳送，同時(shí)又具有可以實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的遠(yuǎn)距離傳送，同時(shí)又具有能源簡(jiǎn)單、便于和計(jì)算機(jī)配合的特點(diǎn)。由于采取能源簡(jiǎn)單、便于和計(jì)算機(jī)配合的特點(diǎn)。由于采取安全火花防爆措施解決了防爆問(wèn)題，電動(dòng)儀表同安全火花防爆措施解決了防爆問(wèn)題，電動(dòng)儀表同樣也能應(yīng)用于易燃

28、易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所，因此在工業(yè)樣也能應(yīng)用于易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所，因此在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。v一般與檢測(cè)裝置、顯示裝置一起組裝在一般與檢測(cè)裝置、顯示裝置一起組裝在一個(gè)整體之內(nèi)一個(gè)整體之內(nèi)v同時(shí)具有檢測(cè)、控制與顯示的功能同時(shí)具有檢測(cè)、控制與顯示的功能v結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便v通用性差，信號(hào)不易傳遞通用性差，信號(hào)不易傳遞v一般應(yīng)用于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中。一般應(yīng)用于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中。 基地式儀表基地式儀表 從控制儀表的發(fā)展來(lái)看，大體經(jīng)歷了從控制儀表的發(fā)展來(lái)看，大體經(jīng)歷了基地式基地式控制儀表、單元組合式儀表的控制單元和以微處控制儀表、單

29、元組合式儀表的控制單元和以微處理器為基元的控制系統(tǒng)理器為基元的控制系統(tǒng) 單元組合式儀表的控制單元單元組合式儀表的控制單元 按各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將按各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表分為若干單元，各單元能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某整套儀表分為若干單元，各單元能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能，使用時(shí)可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑種功能，使用時(shí)可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑選需要的單元加以組合，其特點(diǎn)是應(yīng)用靈活，選需要的單元加以組合，其特點(diǎn)是應(yīng)用靈活，通用性強(qiáng)，使用維護(hù)方便，特別適用于中、小通用性強(qiáng)，使用維護(hù)方便，特別適用于中、小企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)；企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)； 單元組合儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一單元組合儀表

30、的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種成套儀表裝置，結(jié)構(gòu)上包括控制機(jī)柜和種成套儀表裝置，結(jié)構(gòu)上包括控制機(jī)柜和顯示操作盤兩部分，它的主要特點(diǎn)是功能顯示操作盤兩部分，它的主要特點(diǎn)是功能分離，結(jié)構(gòu)組件化，特別適用于要求組成分離，結(jié)構(gòu)組件化，特別適用于要求組成各種復(fù)雜控制和集中顯示操作的大、中型各種復(fù)雜控制和集中顯示操作的大、中型企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)。企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)。組件組裝式儀表組件組裝式儀表 它以微型計(jì)算機(jī)為核心，功能它以微型計(jì)算機(jī)為核心，功能完善，性能優(yōu)越，能解決模擬式完善，性能優(yōu)越，能解決模擬式儀表難以解決的問(wèn)題，滿足現(xiàn)代儀表難以解決的問(wèn)題，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程的高質(zhì)量控制要求。它生產(chǎn)過(guò)程的高質(zhì)量控制要求。它可

31、實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程、斷續(xù)生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程、斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的控制，也可以通過(guò)在過(guò)程的控制，也可以通過(guò)在PLCPLC中加入中加入PIDPID等控制功能，實(shí)現(xiàn)批等控制功能，實(shí)現(xiàn)批量控制。量控制。 微處理器為基元的控制裝置微處理器為基元的控制裝置一、電動(dòng)控制儀表基本構(gòu)成一、電動(dòng)控制儀表基本構(gòu)成v比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié) 將被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差。電動(dòng)控制將被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差。電動(dòng)控制器是在輸入電路中進(jìn)行電壓或電流信號(hào)的比較。器是在輸入電路中進(jìn)行電壓或電流信號(hào)的比較。v放大器放大器將偏差信號(hào)、反饋信號(hào)、載波信號(hào)疊加后進(jìn)行放大。將偏差信號(hào)、反饋信號(hào)、載波信號(hào)疊加后進(jìn)行放大

32、。放放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。在電動(dòng)控大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。在電動(dòng)控制器中可采用高增益的集成運(yùn)算放大器制器中可采用高增益的集成運(yùn)算放大器v反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)將輸出信號(hào)通過(guò)一定的運(yùn)算關(guān)系反饋到放大器的輸入端，將輸出信號(hào)通過(guò)一定的運(yùn)算關(guān)系反饋到放大器的輸入端，以實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律。以實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律?？刂破鞯目刂破鞯腜IDPID控制控制規(guī)律是通過(guò)反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行的。輸出的電信號(hào)通過(guò)電阻和規(guī)律是通過(guò)反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行的。輸出的電信號(hào)通過(guò)電阻和電容構(gòu)成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端。電容構(gòu)成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端。給定信號(hào)給定信號(hào)比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào)

33、偏差偏差放大器放大器輸出信號(hào)輸出信號(hào)反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)- 二、二、DDZ-DDZ-型電動(dòng)單元控制器型電動(dòng)單元控制器 是模擬式控制器中較為常見的一種，它以來(lái)是模擬式控制器中較為常見的一種，它以來(lái)自變送器或傳感器的自變送器或傳感器的1 15V5V直流測(cè)量信號(hào)作為輸入直流測(cè)量信號(hào)作為輸入信號(hào)，與信號(hào)，與1 15V5V直流設(shè)定信號(hào)相比較得到偏差信號(hào)，直流設(shè)定信號(hào)相比較得到偏差信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行PIDPID運(yùn)算后，輸出運(yùn)算后，輸出1 15V5V或或4 420mA20mA直流控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的控制。直流控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的控制。 整套儀表可以構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，而整

34、套儀表可以構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，而且增加了安全柵，實(shí)現(xiàn)控制室與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的且增加了安全柵，實(shí)現(xiàn)控制室與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的能量限制和隔離。能量限制和隔離。 有軟、硬兩種手動(dòng)操作方式，軟手動(dòng)與自動(dòng)有軟、硬兩種手動(dòng)操作方式，軟手動(dòng)與自動(dòng)之間相互切換具有雙向無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)特性，提高之間相互切換具有雙向無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)特性，提高了控制器的操作性能。這是因?yàn)樵谧詣?dòng)與軟手動(dòng)了控制器的操作性能。這是因?yàn)樵谧詣?dòng)與軟手動(dòng)之間有保持狀態(tài)，此時(shí)控制器輸出可長(zhǎng)期保持不之間有保持狀態(tài)，此時(shí)控制器輸出可長(zhǎng)期保持不變，所以即使有偏差存在，也能實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。變，所以即使有偏差存在，也能實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。 采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，現(xiàn)場(chǎng)傳輸

35、信號(hào)為采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)為4 420mA20mA直流電流，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為直流電流，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為1 15V5V直流電壓，直流電壓，信號(hào)電流和電壓的轉(zhuǎn)換電阻為信號(hào)電流和電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250250。由于電氣零。由于電氣零點(diǎn)不是從零開始，因此容易識(shí)別斷電、斷線等故點(diǎn)不是從零開始，因此容易識(shí)別斷電、斷線等故障。信號(hào)傳輸采用電流傳送障。信號(hào)傳輸采用電流傳送- -電壓接受的并聯(lián)方式，電壓接受的并聯(lián)方式，即進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)為直流電流信號(hào)（即進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)為直流電流信號(hào)（4 420mA20mA），將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)后，），將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)后，以并聯(lián)形式傳

36、輸給控制室各儀表。以并聯(lián)形式傳輸給控制室各儀表。 1. 結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理輸入輸入電路電路 PD電路電路 PI 電路電路輸出輸出電路電路軟手動(dòng)電路軟手動(dòng)電路硬手動(dòng)電路硬手動(dòng)電路顯示顯示電路電路內(nèi)給定內(nèi)給定 電路電路給定顯示給定顯示外給定值外給定值測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào) 控制器的工作狀態(tài)有控制器的工作狀態(tài)有“自動(dòng)自動(dòng)”、“軟手動(dòng)軟手動(dòng)”、“硬手動(dòng)硬手動(dòng)”及及“保持保持”四種。四種。 當(dāng)控制器處于當(dāng)控制器處于“自動(dòng)自動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，測(cè)量信號(hào)與狀態(tài)時(shí)，測(cè)量信號(hào)與設(shè)定信號(hào)通過(guò)輸入電路進(jìn)行比較，由比例微分電設(shè)定信號(hào)通過(guò)輸入電路進(jìn)行比較，由比例微分電路、比例積分電路對(duì)其偏差進(jìn)行路、比例積分電路對(duì)其偏差

37、進(jìn)行PDPD和和PIPI運(yùn)算后，運(yùn)算后，再經(jīng)過(guò)電路轉(zhuǎn)換為再經(jīng)過(guò)電路轉(zhuǎn)換為4 420mA20mA直流電流，作為控制器直流電流，作為控制器的輸出信號(hào)，去控制執(zhí)行器。的輸出信號(hào)，去控制執(zhí)行器。 當(dāng)控制器處于當(dāng)控制器處于“保持保持”狀態(tài)（即它的輸出保狀態(tài)（即它的輸出保持切換前瞬間的數(shù)值）時(shí)，若同時(shí)將控制器切換持切換前瞬間的數(shù)值）時(shí)，若同時(shí)將控制器切換到到“軟手動(dòng)軟手動(dòng)”狀態(tài)，輸出可按快或慢兩種速度線狀態(tài)，輸出可按快或慢兩種速度線性地增加或減小，以對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)控制。性地增加或減小，以對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)控制。 當(dāng)控當(dāng)控制器處于制器處于“硬手動(dòng)硬手動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，控制器的輸出與手操電壓狀態(tài)時(shí)，控制器的輸出與手操電壓成比例，即輸出值與硬手動(dòng)操作桿的位置一一對(duì)應(yīng)。成比例，即輸出值與硬手動(dòng)操作桿的位置一一對(duì)應(yīng)。 控制器還設(shè)有控制器還設(shè)有“正正”、“反反”作用開關(guān)供選擇，以滿足控制作用開關(guān)供選擇