簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-文檔資料

1、1 第第5 5章章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21 1）了解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)及開發(fā)步驟；）了解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)及開發(fā)步驟； 2 2）熟悉被控過(guò)程特性對(duì)控制質(zhì)量的影響，掌握）熟悉被控過(guò)程特性對(duì)控制質(zhì)量的影響，掌握被控參數(shù)、控制參數(shù)的設(shè)計(jì)原則；被控參數(shù)、控制參數(shù)的設(shè)計(jì)原則； 3 3）了解調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制質(zhì)量的影響，熟悉調(diào)節(jié)）了解調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制質(zhì)量的影響，熟悉調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇方法；規(guī)律的選擇方法； 4 4）掌握調(diào)節(jié)器作用方式的選擇）掌握調(diào)節(jié)器作用方式的選擇 5 5）熟悉執(zhí)行器的選擇方法及注意的問(wèn)題；熟悉執(zhí)行器的選擇方法及注意的問(wèn)題； 6 6）掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法與實(shí)驗(yàn)技能，重）

2、掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法與實(shí)驗(yàn)技能，重點(diǎn)掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。點(diǎn)掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。3圖1 水箱液位控制系統(tǒng)流程圖1 1 水箱水箱2 2 壓力變送器壓力變送器3 3 液位調(diào)節(jié)器液位調(diào)節(jié)器4 4 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥5.1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述4 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是只對(duì)一個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行控制的單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。是最基簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是只對(duì)一個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行控制的單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。是最基本的過(guò)程控制系統(tǒng)。是構(gòu)成復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本的過(guò)程控制系統(tǒng)。是構(gòu)成復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。典型結(jié)構(gòu)框圖典型結(jié)構(gòu)框圖如下：如下：5.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)及其開發(fā)步驟控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)及其開發(fā)

3、步驟如上圖所示，簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)主要由如上圖所示，簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)主要由被控過(guò)程、過(guò)程檢測(cè)和控制儀表被控過(guò)程、過(guò)程檢測(cè)和控制儀表組成組成 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)主要任務(wù)就在于如何確定合理的控制方案、選擇正確的就在于如何確定合理的控制方案、選擇正確的參數(shù)檢測(cè)方法與檢測(cè)儀表以及過(guò)程控制儀表的選型和調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定等等參數(shù)檢測(cè)方法與檢測(cè)儀表以及過(guò)程控制儀表的選型和調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定等等 其中，其中，控制方案的確定控制方案的確定、儀表的選型儀表的選型和和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定是過(guò)程控制系統(tǒng)的參數(shù)整定是過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。 5過(guò)程控制系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟敘述如下

4、：過(guò)程控制系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟敘述如下： 1 1熟悉控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)熟悉控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)是由用戶或被控過(guò)程的設(shè)計(jì)制造單位提出的。控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)是由用戶或被控過(guò)程的設(shè)計(jì)制造單位提出的。是控制方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一。是控制方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一。2建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)理論分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)理論分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)控制方案確定的合理與否在很大程度上取決于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的精度。系統(tǒng)控制方案確定的合理與否在很大程度上取決于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的精度。 3 3確定控制方案

5、確定控制方案 系統(tǒng)的控制方案包括系統(tǒng)的控制方案包括系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成、控制方式控制方式和和控制規(guī)律控制規(guī)律的確定，是控制系統(tǒng)的確定，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。控制方案的確定要依據(jù)控制方案的確定要依據(jù)被控過(guò)程的特性被控過(guò)程的特性、技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)和控制任務(wù)和控制任務(wù)的要求，還要考慮的要求，還要考慮方案的簡(jiǎn)單性方案的簡(jiǎn)單性、經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性及及技術(shù)實(shí)施技術(shù)實(shí)施的可行性等，并且要進(jìn)的可行性等，并且要進(jìn)行反復(fù)研究與比較行反復(fù)研究與比較 ，方可確定。，方可確定。4根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性進(jìn)行分析與綜合根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性進(jìn)行分析與綜合 在確定了系統(tǒng)控制方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)在確定了系統(tǒng)控制方案的基

6、礎(chǔ)上，根據(jù)要求的技術(shù)指標(biāo)要求的技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)的和系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性動(dòng)、靜態(tài)特性進(jìn)行分析與綜合，以確定各組成環(huán)節(jié)的有關(guān)參數(shù)。進(jìn)行分析與綜合，以確定各組成環(huán)節(jié)的有關(guān)參數(shù)。 65系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究是檢驗(yàn)系統(tǒng)理論分析與系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究是檢驗(yàn)系統(tǒng)理論分析與綜合正確與否的重要步驟。綜合正確與否的重要步驟。 其中其中Matlab語(yǔ)言語(yǔ)言是進(jìn)行系統(tǒng)仿真的有效工具。是進(jìn)行系統(tǒng)仿真的有效工具。6工程化設(shè)計(jì)工程化設(shè)計(jì) 工程化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括工程化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括測(cè)量方式與測(cè)量點(diǎn)測(cè)量方式與測(cè)量點(diǎn)的確定的確定、儀器儀表的選型與定購(gòu)儀器儀表的選型與定購(gòu)、控制室及儀控制室及儀表盤

7、的設(shè)計(jì)表盤的設(shè)計(jì)、儀表供電與供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)儀表供電與供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、信信號(hào)連鎖與安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)號(hào)連鎖與安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電纜的敷設(shè)電纜的敷設(shè)以以及及保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的有關(guān)軟件的設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的有關(guān)軟件的設(shè)計(jì)等。等。 7工程安裝工程安裝 工程安裝是依據(jù)施工圖對(duì)控制系統(tǒng)的具體實(shí)施。工程安裝是依據(jù)施工圖對(duì)控制系統(tǒng)的具體實(shí)施。 8控制器的參數(shù)調(diào)整控制器的參數(shù)調(diào)整 控制器的參數(shù)調(diào)整是在控制方案設(shè)計(jì)合理、儀控制器的參數(shù)調(diào)整是在控制方案設(shè)計(jì)合理、儀器儀表工作正常、系統(tǒng)安裝正確無(wú)誤的前提下器儀表工作正常、系統(tǒng)安裝正確無(wú)誤的前提下，使系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)的重要步驟。，使系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)的重要步驟。

8、一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的全過(guò)程如右圖所示一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的全過(guò)程如右圖所示 75.1.2 5.1.2 設(shè)計(jì)中需要注意的有關(guān)問(wèn)題設(shè)計(jì)中需要注意的有關(guān)問(wèn)題 1認(rèn)真熟悉過(guò)程特性認(rèn)真熟悉過(guò)程特性 深入了解被控過(guò)程的工藝特點(diǎn)及其要求是控制方案確定的基本依據(jù)之一深入了解被控過(guò)程的工藝特點(diǎn)及其要求是控制方案確定的基本依據(jù)之一 。2明確各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的約束關(guān)系明確各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的約束關(guān)系 生產(chǎn)過(guò)程是由各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝設(shè)備構(gòu)成的，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程是由各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝設(shè)備構(gòu)成的，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝設(shè)備之間通常都存在相互制約、相互影響的關(guān)系。之間通常都存在相互制約、相互影響的關(guān)系。 3重

9、視對(duì)測(cè)量信號(hào)的預(yù)處理重視對(duì)測(cè)量信號(hào)的預(yù)處理 在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，測(cè)量信號(hào)的正確與否直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。盡量在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，測(cè)量信號(hào)的正確與否直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。盡量減少由不可避免的隨即干擾而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差減少由不可避免的隨即干擾而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差 4注意系統(tǒng)的安全保護(hù)注意系統(tǒng)的安全保護(hù) 一個(gè)好的過(guò)程控制系統(tǒng)首先必須保證安全可靠地運(yùn)行，尤其當(dāng)系統(tǒng)處在高一個(gè)好的過(guò)程控制系統(tǒng)首先必須保證安全可靠地運(yùn)行，尤其當(dāng)系統(tǒng)處在高危險(xiǎn)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)多層次、多級(jí)別的安全保護(hù)系統(tǒng)。危險(xiǎn)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)多層次、多級(jí)別的安全保護(hù)系統(tǒng)。 總之，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一件細(xì)致而又復(fù)雜的工作，對(duì)具體的過(guò)程控制系統(tǒng)總

10、之，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一件細(xì)致而又復(fù)雜的工作，對(duì)具體的過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)者而言，只有通過(guò)認(rèn)真調(diào)查研究，熟悉各個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程，具體問(wèn)題具設(shè)計(jì)者而言，只有通過(guò)認(rèn)真調(diào)查研究，熟悉各個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程，具體問(wèn)題具體分析，才能獲得預(yù)期的效果。體分析，才能獲得預(yù)期的效果。 85.2 控制方案的確定控制方案的確定控制方案的確定主要包括控制方案的確定主要包括系統(tǒng)被控參數(shù)的選擇、測(cè)量信息的獲取及變送、系統(tǒng)被控參數(shù)的選擇、測(cè)量信息的獲取及變送、控制參數(shù)的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律的選取、調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）的選擇和調(diào)節(jié)器正控制參數(shù)的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律的選取、調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）的選擇和調(diào)節(jié)器正、反作用的確定等內(nèi)容。、反作用的確定等內(nèi)容。 5.2

11、.1 5.2.1 被控參數(shù)的選取被控參數(shù)的選取 被控參數(shù)的選取對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等都被控參數(shù)的選取對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等都具有決定性的意義。這里給出被控參數(shù)選取的一般性原則：具有決定性的意義。這里給出被控參數(shù)選取的一般性原則： 1）對(duì)于具體的生產(chǎn)過(guò)程，應(yīng)盡可能選取對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)）對(duì)于具體的生產(chǎn)過(guò)程，應(yīng)盡可能選取對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及環(huán)境保護(hù)等具有決定性作用的、可直接參數(shù)作為被控參數(shù)運(yùn)行以及環(huán)境保護(hù)等具有決定性作用的、可直接參數(shù)作為被控參數(shù) 。2）當(dāng)難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)選取與直接參數(shù)有單值函

12、數(shù)關(guān)系的）當(dāng)難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)選取與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的所謂間接參數(shù)作為被控參數(shù)。所謂間接參數(shù)作為被控參數(shù)。 3）當(dāng)采用間接參數(shù)時(shí)，該參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)具有足夠高的控制靈敏度，否則）當(dāng)采用間接參數(shù)時(shí)，該參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)具有足夠高的控制靈敏度，否則難以保證對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制效果。難以保證對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制效果。 4）被控參數(shù)的選取還應(yīng)考慮工藝上的合理性和所用測(cè)量?jī)x表的性能、價(jià)格、）被控參數(shù)的選取還應(yīng)考慮工藝上的合理性和所用測(cè)量?jī)x表的性能、價(jià)格、售后服務(wù)等因素售后服務(wù)等因素 。對(duì)于一個(gè)已經(jīng)運(yùn)行的生產(chǎn)過(guò)程，被控參數(shù)往往是由工藝要求事先確定的。對(duì)于一個(gè)已經(jīng)運(yùn)行的生產(chǎn)過(guò)程，被控參數(shù)往往是由工

13、藝要求事先確定的。95.2.2 5.2.2 控制參數(shù)的選擇控制參數(shù)的選擇 5.2.2.1 過(guò)程特性對(duì)控制質(zhì)量的影響過(guò)程特性對(duì)控制質(zhì)量的影響 1. 干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響對(duì)于簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)，可求得系統(tǒng)輸出與干擾之間的傳遞函數(shù)為對(duì)于簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)，可求得系統(tǒng)輸出與干擾之間的傳遞函數(shù)為 )()()()(1)()()(sHsGsGsGsGsFsCpvcf假設(shè)假設(shè))(sGf為一單容過(guò)程，其傳遞函數(shù)為為一單容過(guò)程，其傳遞函數(shù)為 1)(sTKsGfff若單容過(guò)程具有純時(shí)延時(shí)間若單容過(guò)程具有純時(shí)延時(shí)間f則：則：spvcffesHsGsGsGsGsFsC)()()()(1)

14、()()(則：則：1)()()()(11)()(sTKsHsGsGsGsFsCffpvc分析干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響如下分析干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響如下:(式式1)(式式2)(式式3)fK(1)干擾通道干擾通道 的影響：的影響：由式由式2可知當(dāng)可知當(dāng)fK越大，由干擾引起的輸出也越大，被控參數(shù)偏離給定值就越多。越大，由干擾引起的輸出也越大，被控參數(shù)偏離給定值就越多。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能選擇靜態(tài)增益在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能選擇靜態(tài)增益 fK小的干擾通道，以減小干擾對(duì)被控參數(shù)小的干擾通道，以減小干擾對(duì)被控參數(shù)的影響。當(dāng)?shù)挠绊?。?dāng) 無(wú)法被改變時(shí)，應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)控制作用或采用干擾補(bǔ)償?shù)姆椒?。無(wú)法被改變時(shí)，

15、應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)控制作用或采用干擾補(bǔ)償?shù)姆椒āK10(2) (2) 干擾通道干擾通道 的影響的影響fT由式由式2可知，可知， )(sGf為慣性環(huán)節(jié)，對(duì)干擾為慣性環(huán)節(jié)，對(duì)干擾 )(sF具有具有“濾波濾波”作用，作用， fT越大，越大，“濾波濾波” 效果越明顯，因此干擾通道的時(shí)間常數(shù)越大，干擾對(duì)被控參數(shù)的動(dòng)態(tài)影響就越效果越明顯，因此干擾通道的時(shí)間常數(shù)越大，干擾對(duì)被控參數(shù)的動(dòng)態(tài)影響就越小，因而越有利于系統(tǒng)控制質(zhì)量的提高。小，因而越有利于系統(tǒng)控制質(zhì)量的提高。 f(3) (3) 干擾通道干擾通道 的影響的影響f由式由式3可知，可知， 的存在，僅僅使干擾引起的輸出推遲了一段時(shí)間的存在，僅僅使干擾引起的輸出推遲了

16、一段時(shí)間 f因此，因此，f的存在并不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。的存在并不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。(4) (4) 干擾進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響干擾進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響 )(sF假定假定不是在不是在 )(sGP之后，而是在之后，而是在 之前進(jìn)入系統(tǒng)，則有之前進(jìn)入系統(tǒng)，則有)(sGP11)()()()(11)()(sTKsTKsHsGsGsGsFsCPpffpvc(式式4)將式將式4與式與式2相比，多了一個(gè)濾波項(xiàng)。這表明干擾多經(jīng)過(guò)一次濾波才對(duì)被控參數(shù)相比，多了一個(gè)濾波項(xiàng)。這表明干擾多經(jīng)過(guò)一次濾波才對(duì)被控參數(shù)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)影響。從動(dòng)態(tài)看，這對(duì)提高系統(tǒng)的抗干擾性能是有利的。因此干擾進(jìn)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)影響。從動(dòng)態(tài)看，這對(duì)提高系統(tǒng)的抗干擾

17、性能是有利的。因此干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制質(zhì)量越有利。但從靜態(tài)看，入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制質(zhì)量越有利。但從靜態(tài)看，這會(huì)使干擾引起被控參數(shù)偏離給定值的偏差相對(duì)增大，這對(duì)系統(tǒng)的控制品質(zhì)又這會(huì)使干擾引起被控參數(shù)偏離給定值的偏差相對(duì)增大，這對(duì)系統(tǒng)的控制品質(zhì)又是不利的。因此需要權(quán)衡它們的利弊。是不利的。因此需要權(quán)衡它們的利弊。 112. 控制通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響控制通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響 0K(1) 控制通道控制通道 的影響的影響 在調(diào)節(jié)器增益在調(diào)節(jié)器增益 cK一定的條件下，當(dāng)控制通道靜態(tài)增益一定的條件下，當(dāng)控制通道靜態(tài)增益 0K越大時(shí)，則控制作用越大

18、時(shí)，則控制作用越強(qiáng)，克服干擾的能力也越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越小；與此同時(shí)，當(dāng)越強(qiáng)，克服干擾的能力也越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越?。慌c此同時(shí)，當(dāng) 0K，被控參數(shù)對(duì)控制作用的反應(yīng)就越靈敏，響應(yīng)越迅速。但是，當(dāng)調(diào)節(jié)器靜態(tài)增，被控參數(shù)對(duì)控制作用的反應(yīng)就越靈敏，響應(yīng)越迅速。但是，當(dāng)調(diào)節(jié)器靜態(tài)增越大越大益益 cK一定一定0K越大時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)增益也越大，這對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性是不利越大時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)增益也越大，這對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性是不利的。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的的。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)態(tài)誤差三方三方面的要求。面的要求。(2) 控制通道控制通

19、道 0T的影響的影響 如果控制通道的時(shí)間常數(shù)如果控制通道的時(shí)間常數(shù) 太大，則調(diào)節(jié)器對(duì)被控參數(shù)變化的調(diào)節(jié)作用就不夠及太大，則調(diào)節(jié)器對(duì)被控參數(shù)變化的調(diào)節(jié)作用就不夠及時(shí)，系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，最終導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；但當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，最終導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；但當(dāng) 太小，則調(diào)太小，則調(diào)節(jié)過(guò)程又過(guò)于靈敏，容易引起振蕩，同樣難以保證控制質(zhì)量。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)節(jié)過(guò)程又過(guò)于靈敏，容易引起振蕩，同樣難以保證控制質(zhì)量。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使控制通道的時(shí)間常數(shù)使控制通道的時(shí)間常數(shù) 既不能太大也不能太小。既不能太大也不能太小。0T0T0T0(3) 控制通道控制通道 的影響的影響 控制通道純滯后時(shí)間控制

20、通道純滯后時(shí)間 0產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因： 一是由信號(hào)傳輸滯后所致；一是由信號(hào)傳輸滯后所致； 12二是由信號(hào)的測(cè)量變送滯后所致；二是由信號(hào)的測(cè)量變送滯后所致； 三是執(zhí)行器的動(dòng)作滯后所致。三是執(zhí)行器的動(dòng)作滯后所致。 控制通道的純滯后，都會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差增大，超調(diào)量增加，最終導(dǎo)致控制控制通道的純滯后，都會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差增大，超調(diào)量增加，最終導(dǎo)致控制質(zhì)量下降。從系統(tǒng)的質(zhì)量下降。從系統(tǒng)的頻率特性頻率特性分析可知，控制通道純滯后的存在，會(huì)增加開環(huán)分析可知，控制通道純滯后的存在，會(huì)增加開環(huán)頻率特性的相角滯后，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。因此，無(wú)論如何，應(yīng)減小控制頻率特性的相角滯后，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。因此

21、，無(wú)論如何，應(yīng)減小控制通道的純滯后，以利于提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。通道的純滯后，以利于提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。 (4) 控制通道時(shí)間常數(shù)匹配的影響控制通道時(shí)間常數(shù)匹配的影響 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，廣義被控過(guò)程可近似看成由幾個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，廣義被控過(guò)程可近似看成由幾個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。以三階為例以三階為例 ) 1)(1)(1()(32100sTsTsTKsG相應(yīng)的臨界穩(wěn)定增益相應(yīng)的臨界穩(wěn)定增益 KK為為3113122332212TTTTTTTTTTTTKK的大小完全取決于的大小完全取決于 KK1T2T3T三個(gè)時(shí)間常數(shù)的相對(duì)比值三個(gè)時(shí)間常數(shù)的相對(duì)比值 可以證明：可以證明：時(shí)間常數(shù)相差

22、越大，臨界穩(wěn)定的增益則越大，這對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是時(shí)間常數(shù)相差越大，臨界穩(wěn)定的增益則越大，這對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是 有利的。有利的。 也就是說(shuō)：也就是說(shuō)：在保持穩(wěn)定性相同的情況下，時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開得越多，系統(tǒng)開環(huán)增益在保持穩(wěn)定性相同的情況下，時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開得越多，系統(tǒng)開環(huán)增益 就允許增大得越多，因而對(duì)系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越有利。就允許增大得越多，因而對(duì)系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越有利。系統(tǒng)傳函為：系統(tǒng)傳函為：135.2.2.2 控制參數(shù)的確定控制參數(shù)的確定 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制參數(shù)選擇的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制參數(shù)選擇的一般性原則一般性原則如下：如下： 1) 選擇結(jié)果應(yīng)使控制通道的靜態(tài)增益選擇結(jié)果應(yīng)使控制通道的靜態(tài)增益 0K盡可能大，

23、時(shí)間常數(shù)盡可能大，時(shí)間常數(shù) 0T選擇適當(dāng)。選擇適當(dāng)。 2) 控制通道的純時(shí)延時(shí)間控制通道的純時(shí)延時(shí)間 0應(yīng)盡可能小應(yīng)盡可能小, 0T0和和的比值一般應(yīng)小于的比值一般應(yīng)小于0.3。 3) 干擾通道的靜態(tài)增益干擾通道的靜態(tài)增益 fK應(yīng)盡可能??；時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能?。粫r(shí)間常數(shù) fT應(yīng)盡可能大，其個(gè)數(shù)應(yīng)盡可能大，其個(gè)數(shù)盡可能多；擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。盡可能多；擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。這樣選擇對(duì)抑制擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響均有利。這樣選擇對(duì)抑制擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響均有利。 4) 當(dāng)廣義被控過(guò)程由幾個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法使幾個(gè)時(shí)間當(dāng)廣義被控

24、過(guò)程由幾個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法使幾個(gè)時(shí)間常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性。常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性。5) 在確定控制參數(shù)時(shí)，還應(yīng)考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟(jì)性等因素在確定控制參數(shù)時(shí)，還應(yīng)考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟(jì)性等因素 145.2.3 5.2.3 被控參數(shù)的測(cè)量與變送被控參數(shù)的測(cè)量與變送 在控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送環(huán)節(jié)的作用是將被控參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)在控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送環(huán)節(jié)的作用是將被控參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)反饋給調(diào)節(jié)器。該環(huán)節(jié)的特性可近似表示為反饋給調(diào)節(jié)器。該環(huán)節(jié)的特性可近似表示為smesTK

25、sXsYmm1)()(其中其中)(sY為測(cè)量及變送環(huán)節(jié)的輸出，為測(cè)量及變送環(huán)節(jié)的輸出， )(sX為被控參數(shù)信號(hào)為被控參數(shù)信號(hào) 分別為測(cè)量及變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益、時(shí)間常數(shù)和純時(shí)延時(shí)間。分別為測(cè)量及變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益、時(shí)間常數(shù)和純時(shí)延時(shí)間。 mKmTm測(cè)量及變送環(huán)節(jié)是一個(gè)帶有純時(shí)延的慣性環(huán)節(jié)，因而當(dāng)測(cè)量及變送環(huán)節(jié)是一個(gè)帶有純時(shí)延的慣性環(huán)節(jié)，因而當(dāng) mTm不為零時(shí)不為零時(shí)它的輸出不能及時(shí)地反映被測(cè)信號(hào)的變化，二者之間必然存在動(dòng)態(tài)偏差。它的輸出不能及時(shí)地反映被測(cè)信號(hào)的變化，二者之間必然存在動(dòng)態(tài)偏差。 而且這種動(dòng)態(tài)偏差并不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)儀表的精度等級(jí)的提高而減小或消除。而且這種動(dòng)態(tài)偏差并不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)儀表的精度

26、等級(jí)的提高而減小或消除。 下圖是測(cè)量變送環(huán)節(jié)在階躍信號(hào)作用和速度信號(hào)作用時(shí)的響應(yīng)曲線下圖是測(cè)量變送環(huán)節(jié)在階躍信號(hào)作用和速度信號(hào)作用時(shí)的響應(yīng)曲線: 從圖中可以看到只要從圖中可以看到只要 mTm存在，存在，動(dòng)態(tài)偏差就會(huì)必然存在。動(dòng)態(tài)偏差就會(huì)必然存在。 15為了減小測(cè)量信號(hào)與被控參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)偏差，應(yīng)盡可能選擇快速測(cè)量?jī)x表，為了減小測(cè)量信號(hào)與被控參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)偏差，應(yīng)盡可能選擇快速測(cè)量?jī)x表，并且注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：并且注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：1) 應(yīng)盡可能做到對(duì)測(cè)量?jī)x表的正確安裝，這是因?yàn)榘惭b不當(dāng)會(huì)引起不必要的應(yīng)盡可能做到對(duì)測(cè)量?jī)x表的正確安裝，這是因?yàn)榘惭b不當(dāng)會(huì)引起不必要的測(cè)量誤差，降低儀表的測(cè)量精度；測(cè)量

27、誤差，降低儀表的測(cè)量精度；2) 對(duì)測(cè)量信號(hào)應(yīng)進(jìn)行濾波和線性化處理；對(duì)測(cè)量信號(hào)應(yīng)進(jìn)行濾波和線性化處理；3) 對(duì)純滯后要盡可能進(jìn)行補(bǔ)償；對(duì)純滯后要盡可能進(jìn)行補(bǔ)償； 4) 對(duì)時(shí)間常數(shù)對(duì)時(shí)間常數(shù) mT的影響要盡可能消除。為了克服其影響，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，的影響要盡可能消除。為了克服其影響，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以盡量選用快速測(cè)量?jī)x表，也可以在測(cè)量變送環(huán)節(jié)的輸出端串聯(lián)微分環(huán)節(jié)可以盡量選用快速測(cè)量?jī)x表，也可以在測(cè)量變送環(huán)節(jié)的輸出端串聯(lián)微分環(huán)節(jié) 測(cè)量變送環(huán)節(jié)輸出端串聯(lián)微分環(huán)節(jié)的示意圖：測(cè)量變送環(huán)節(jié)輸出端串聯(lián)微分環(huán)節(jié)的示意圖： 輸出與輸入關(guān)系輸出與輸入關(guān)系 1) 1()()(sTsTKsxsymDm若選擇若選擇 DmT

28、T，則在理論上可以完全消除，則在理論上可以完全消除 mT的影響。的影響。 在工程上，常將微分環(huán)節(jié)置于調(diào)節(jié)器之后。一方面，這對(duì)于克服在工程上，常將微分環(huán)節(jié)置于調(diào)節(jié)器之后。一方面，這對(duì)于克服 mT的影響，的影響，與串聯(lián)在測(cè)量變送環(huán)節(jié)之后是等效的；另一方面，還可以加快系統(tǒng)對(duì)給定值與串聯(lián)在測(cè)量變送環(huán)節(jié)之后是等效的；另一方面，還可以加快系統(tǒng)對(duì)給定值變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。165.2.4 5.2.4 調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及其選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及其選擇 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)規(guī)律為比例、積分和微分調(diào)節(jié)規(guī)律，在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)規(guī)律為比例、積分和微分調(diào)節(jié)規(guī)律，簡(jiǎn)

29、稱簡(jiǎn)稱PID。 它具有原理簡(jiǎn)單、使用方便、魯棒性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等許多優(yōu)點(diǎn)。它具有原理簡(jiǎn)單、使用方便、魯棒性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等許多優(yōu)點(diǎn)。 5.2.4.1 調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 1比例（比例（P）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與輸入偏差信號(hào)與輸入偏差信號(hào)e成比例關(guān)系：成比例關(guān)系： eKuC其中，其中，u為調(diào)節(jié)器的輸出，為調(diào)節(jié)器的輸出，e為調(diào)節(jié)器的輸入，為調(diào)節(jié)器的輸入， CK為比例增益。為比例增益。 在電動(dòng)單元組合儀表中，習(xí)慣用比例增益的倒數(shù)表示調(diào)節(jié)器輸入與輸出之間在電動(dòng)單元組合儀表中，習(xí)慣用比例增益的倒數(shù)表示調(diào)節(jié)器輸入與輸出之間的比例關(guān)系的

30、比例關(guān)系eu1其中，其中，1100%CK，稱為比例帶，稱為比例帶 當(dāng)被控對(duì)象為慣性特性時(shí)，單純比例調(diào)節(jié)有如下結(jié)論：當(dāng)被控對(duì)象為慣性特性時(shí)，單純比例調(diào)節(jié)有如下結(jié)論： 1) 比例調(diào)節(jié)是一種有差調(diào)節(jié)，即當(dāng)調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，不可避免地比例調(diào)節(jié)是一種有差調(diào)節(jié)，即當(dāng)調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，不可避免地會(huì)使系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。這是因?yàn)楸壤{(diào)節(jié)器是利用偏差實(shí)現(xiàn)控制的，它會(huì)使系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。這是因?yàn)楸壤{(diào)節(jié)器是利用偏差實(shí)現(xiàn)控制的，它只能使系統(tǒng)輸出近似跟蹤給定值。只能使系統(tǒng)輸出近似跟蹤給定值。2) 比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差隨比例帶的增大而增大，若要減小誤差，則要減比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差隨比例帶的增大而增大，

31、若要減小誤差，則要減小比例帶，即需要增大調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)小比例帶，即需要增大調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)CK這樣往往會(huì)降低系統(tǒng)穩(wěn)定性這樣往往會(huì)降低系統(tǒng)穩(wěn)定性 17其控制效果圖如下：其控制效果圖如下：3) 對(duì)于慣性過(guò)程，當(dāng)給定值不變時(shí)，采用比例調(diào)節(jié)，對(duì)于慣性過(guò)程，當(dāng)給定值不變時(shí)，采用比例調(diào)節(jié)，只能使被控參數(shù)對(duì)給定值實(shí)現(xiàn)有差跟蹤；當(dāng)給定只能使被控參數(shù)對(duì)給定值實(shí)現(xiàn)有差跟蹤；當(dāng)給定值隨時(shí)間變化時(shí)，其跟誤差將會(huì)隨時(shí)間的增大值隨時(shí)間變化時(shí)，其跟誤差將會(huì)隨時(shí)間的增大而增大。因此，比例調(diào)節(jié)不適用于給定值隨時(shí)間而增大。因此，比例調(diào)節(jié)不適用于給定值隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。變化的系統(tǒng)。 4) 增大比例調(diào)節(jié)的增益增大比例調(diào)節(jié)的增益 C

32、K不僅可以減小系統(tǒng)的不僅可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，而且還可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。穩(wěn)態(tài)誤差，而且還可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。對(duì)下圖的比例調(diào)節(jié)作用于一階慣性過(guò)程進(jìn)行分析：對(duì)下圖的比例調(diào)節(jié)作用于一階慣性過(guò)程進(jìn)行分析：111)1 ()()(0000TsKsKKTKKKKsRsCCCC系統(tǒng)傳函系統(tǒng)傳函CCCKKTTKKKKK00001,1這里這里T與與0T相比，減小了相比，減小了 0(1)CK K倍，倍， CK越大，越大，減小得越多，說(shuō)明過(guò)程的慣性越小，因而響應(yīng)速度加快。但減小得越多，說(shuō)明過(guò)程的慣性越小，因而響應(yīng)速度加快。但 的增大則的增大則CK會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。182.積分（積分

33、（I）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響在積分調(diào)節(jié)（簡(jiǎn)稱在積分調(diào)節(jié)（簡(jiǎn)稱I調(diào)節(jié)）中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)）中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與輸入偏差信號(hào)與輸入偏差信號(hào)e的積分成的積分成正比關(guān)系正比關(guān)系:tIedtSu0當(dāng)被控系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)的靜差雖然已不存在，當(dāng)被控系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)的靜差雖然已不存在，但調(diào)節(jié)閥卻會(huì)停留在新的開度上不變。但調(diào)節(jié)閥卻會(huì)停留在新的開度上不變。 積分調(diào)節(jié)是積分調(diào)節(jié)是犧牲了動(dòng)態(tài)品質(zhì)而使穩(wěn)態(tài)性能得到改善的。犧牲了動(dòng)態(tài)品質(zhì)而使穩(wěn)態(tài)性能得到改善的。 積分調(diào)節(jié)可得如下結(jié)論：積分調(diào)節(jié)可得如下結(jié)論： 1) 采用積分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的無(wú)差度，也即提高系統(tǒng)的

34、穩(wěn)態(tài)控制精度。采用積分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的無(wú)差度，也即提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。 2) 與比例調(diào)節(jié)相比，積分調(diào)節(jié)的過(guò)渡過(guò)程變化相對(duì)緩慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。與比例調(diào)節(jié)相比，積分調(diào)節(jié)的過(guò)渡過(guò)程變化相對(duì)緩慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。實(shí)際應(yīng)用中，通常將積分調(diào)節(jié)和比例調(diào)節(jié)二者結(jié)合起來(lái)，實(shí)際應(yīng)用中，通常將積分調(diào)節(jié)和比例調(diào)節(jié)二者結(jié)合起來(lái)，組成所謂的組成所謂的PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸入調(diào)節(jié)器的輸入/輸出關(guān)系為：輸出關(guān)系為： )1(100tItICCedtTeedtTKeKu其中其中CK1IT為積分時(shí)間。為積分時(shí)間。 PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 )11 (1)()()(sTsEsUsGICPI調(diào)節(jié)

35、器的階躍響應(yīng)曲線如右圖調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如右圖19從上頁(yè)圖可以看出：從上頁(yè)圖可以看出：PI調(diào)節(jié)是將比例調(diào)節(jié)的快速反應(yīng)與積分調(diào)節(jié)的消除穩(wěn)態(tài)誤調(diào)節(jié)是將比例調(diào)節(jié)的快速反應(yīng)與積分調(diào)節(jié)的消除穩(wěn)態(tài)誤差功能相結(jié)合，從而能收到比較好的控制效果。但是，由于差功能相結(jié)合，從而能收到比較好的控制效果。但是，由于PI調(diào)節(jié)給系統(tǒng)增加調(diào)節(jié)給系統(tǒng)增加了相位滯后，與單純比例調(diào)節(jié)相比，了相位滯后，與單純比例調(diào)節(jié)相比，PI調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性相對(duì)變差。此外，積分調(diào)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性相對(duì)變差。此外，積分調(diào)節(jié)還有另外一個(gè)缺點(diǎn)，即只要偏差不為零，調(diào)節(jié)器就會(huì)不停地積分使輸出增加節(jié)還有另外一個(gè)缺點(diǎn)，即只要偏差不為零，調(diào)節(jié)器就會(huì)不停地積分使輸出增加（或

36、減小），從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)入深度飽和，調(diào)節(jié)器失去調(diào)節(jié)作用。因此（或減?。?，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)入深度飽和，調(diào)節(jié)器失去調(diào)節(jié)作用。因此，采用積分規(guī)律的調(diào)節(jié)器一定要防止積分飽和。，采用積分規(guī)律的調(diào)節(jié)器一定要防止積分飽和。 3.微分（微分（D）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響微分調(diào)節(jié)可以預(yù)測(cè)偏差的變化趨勢(shì)，微分調(diào)節(jié)器的輸入微分調(diào)節(jié)可以預(yù)測(cè)偏差的變化趨勢(shì)，微分調(diào)節(jié)器的輸入/輸出關(guān)系為輸出關(guān)系為 dtdeSuD微分調(diào)節(jié)器的輸出與系統(tǒng)被調(diào)量偏差的變化率成正比。由于變化率能反映系統(tǒng)微分調(diào)節(jié)器的輸出與系統(tǒng)被調(diào)量偏差的變化率成正比。由于變化率能反映系統(tǒng)被調(diào)量的變化趨勢(shì)，因此，微分調(diào)節(jié)不是等被調(diào)量出現(xiàn)偏差之后才動(dòng)作

37、，而是被調(diào)量的變化趨勢(shì)，因此，微分調(diào)節(jié)不是等被調(diào)量出現(xiàn)偏差之后才動(dòng)作，而是根據(jù)變化趨勢(shì)提前動(dòng)作。根據(jù)變化趨勢(shì)提前動(dòng)作。 但微分時(shí)間的選擇，對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量的影響具有但微分時(shí)間的選擇，對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量的影響具有兩面性。兩面性。 當(dāng)當(dāng)微分時(shí)間較小微分時(shí)間較小時(shí)，增加微分時(shí)間可以減小偏差，縮短響應(yīng)時(shí)間，減小振蕩時(shí)，增加微分時(shí)間可以減小偏差，縮短響應(yīng)時(shí)間，減小振蕩程度，從而能改善系統(tǒng)的質(zhì)量；程度，從而能改善系統(tǒng)的質(zhì)量； 當(dāng)當(dāng)微分時(shí)間較大微分時(shí)間較大時(shí)，一方面有可能將測(cè)量噪聲放大，另一方面也可能使系統(tǒng)時(shí)，一方面有可能將測(cè)量噪聲放大，另一方面也可能使系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生振蕩。響應(yīng)產(chǎn)生振蕩。 還要說(shuō)明的是：還要說(shuō)明的是：?jiǎn)渭兊?/p>

38、微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。單純的微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。 204. PD調(diào)節(jié)規(guī)律的影響調(diào)節(jié)規(guī)律的影響 PD調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律為調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律為: )1 (1dtdeTuD其中其中CK1DT為微分時(shí)間為微分時(shí)間運(yùn)用控制理論的知識(shí)分析運(yùn)用控制理論的知識(shí)分析PD調(diào)節(jié)規(guī)律，可以得出以下結(jié)論：調(diào)節(jié)規(guī)律，可以得出以下結(jié)論： 1） PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)。這是因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)情況下，調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)。這是因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)情況下， dtde為零，微分部分不為零，微分部分不起作用，起作用，PD調(diào)節(jié)變成了調(diào)節(jié)變成了P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。2） PD調(diào)節(jié)能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抑制過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)偏差（或超調(diào)）。調(diào)節(jié)能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抑制過(guò)渡過(guò)

39、程的動(dòng)態(tài)偏差（或超調(diào)）。 3） PD調(diào)節(jié)有利于減小系統(tǒng)靜差（穩(wěn)態(tài)誤差）、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。調(diào)節(jié)有利于減小系統(tǒng)靜差（穩(wěn)態(tài)誤差）、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 4） PD調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)的不足不足：首先，：首先，PD調(diào)節(jié)一般只適用于時(shí)間常數(shù)較大或多容過(guò)調(diào)節(jié)一般只適用于時(shí)間常數(shù)較大或多容過(guò)程；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)程；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)較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。 5. PID調(diào)節(jié)規(guī)律的影響調(diào)節(jié)規(guī)律的影響 PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律為調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律為:

40、011()tDIdeueedt TTdt其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為:)11 (1)(sTsTsGDICITDT的意義分別的意義分別與與PI、PD調(diào)節(jié)器相同調(diào)節(jié)器相同21由傳遞函數(shù)可知，由傳遞函數(shù)可知，PID是比例、積分、微分調(diào)節(jié)規(guī)律的線性組合是比例、積分、微分調(diào)節(jié)規(guī)律的線性組合，它吸取了，它吸取了比例調(diào)節(jié)的快速反應(yīng)功能、積分調(diào)節(jié)的消除誤差功能以及微分調(diào)節(jié)的預(yù)測(cè)功比例調(diào)節(jié)的快速反應(yīng)功能、積分調(diào)節(jié)的消除誤差功能以及微分調(diào)節(jié)的預(yù)測(cè)功能等優(yōu)點(diǎn)而彌補(bǔ)了三者的不足，是一種比較理想的復(fù)合調(diào)節(jié)規(guī)律。從控制理能等優(yōu)點(diǎn)而彌補(bǔ)了三者的不足，是一種比較理想的復(fù)合調(diào)節(jié)規(guī)律。從控制理論的觀點(diǎn)分析可知，與論的觀點(diǎn)

41、分析可知，與PD相比，相比，PID提高了系統(tǒng)的無(wú)差度；與提高了系統(tǒng)的無(wú)差度；與PI相比，相比，PID多了一個(gè)零點(diǎn)，為動(dòng)態(tài)性能的改善提供了可能。因此，多了一個(gè)零點(diǎn)，為動(dòng)態(tài)性能的改善提供了可能。因此，PID兼顧了靜態(tài)和動(dòng)兼顧了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面的控制要求，因而能取得較為滿意的調(diào)節(jié)效果。態(tài)兩方面的控制要求，因而能取得較為滿意的調(diào)節(jié)效果。 控制系統(tǒng)在不同調(diào)節(jié)作用下的典型響應(yīng)如下：控制系統(tǒng)在不同調(diào)節(jié)作用下的典型響應(yīng)如下： 可以看到，可以看到，如果不加控制，過(guò)程將緩慢地到達(dá)如果不加控制，過(guò)程將緩慢地到達(dá)一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)值；當(dāng)采用比例控制后，則加快一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)值；當(dāng)采用比例控制后，則加快了過(guò)程的響應(yīng)，并減小了穩(wěn)態(tài)

42、誤差；當(dāng)加入積了過(guò)程的響應(yīng)，并減小了穩(wěn)態(tài)誤差；當(dāng)加入積分控制作用后，則消除了穩(wěn)態(tài)誤差，但卻容易分控制作用后，則消除了穩(wěn)態(tài)誤差，但卻容易使過(guò)程產(chǎn)生振蕩；在增加微分作用以后則可以使過(guò)程產(chǎn)生振蕩；在增加微分作用以后則可以減小振蕩的程度和響應(yīng)時(shí)間。減小振蕩的程度和響應(yīng)時(shí)間。 雖然雖然PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)效果比較理想，但是調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)效果比較理想，但是PID調(diào)節(jié)器要整定調(diào)節(jié)器要整定三個(gè)參數(shù)才能使系統(tǒng)整定得最佳。三個(gè)參數(shù)才能使系統(tǒng)整定得最佳。ITDT225.2.4.2 調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的一般性原則。選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的一般性原則。 1) 當(dāng)廣義過(guò)程控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容積遲延較大時(shí)，應(yīng)

43、引入微分調(diào)節(jié)；當(dāng)當(dāng)廣義過(guò)程控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容積遲延較大時(shí)，應(yīng)引入微分調(diào)節(jié)；當(dāng)工藝容許有靜差時(shí)，應(yīng)選用工藝容許有靜差時(shí)，應(yīng)選用PD調(diào)節(jié)；當(dāng)工藝要求無(wú)靜差時(shí)，應(yīng)選用調(diào)節(jié)；當(dāng)工藝要求無(wú)靜差時(shí)，應(yīng)選用PID調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)； 2) 當(dāng)廣義過(guò)程控制通道時(shí)間常數(shù)較小、負(fù)荷變化不大、且工藝要求允許有靜差當(dāng)廣義過(guò)程控制通道時(shí)間常數(shù)較小、負(fù)荷變化不大、且工藝要求允許有靜差時(shí)，應(yīng)選用時(shí)，應(yīng)選用P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)； 3) 當(dāng)廣義過(guò)程控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化不大，但工藝要求無(wú)靜差時(shí)，當(dāng)廣義過(guò)程控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化不大，但工藝要求無(wú)靜差時(shí)，應(yīng)選用應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)， 4) 當(dāng)廣義過(guò)程控制通道時(shí)間常數(shù)很大、且

44、純滯后也較大、負(fù)荷變化劇烈時(shí)，簡(jiǎn)當(dāng)廣義過(guò)程控制通道時(shí)間常數(shù)很大、且純滯后也較大、負(fù)荷變化劇烈時(shí)，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)則難以滿足工藝要求，應(yīng)采用其他控制方案；單控制系統(tǒng)則難以滿足工藝要求，應(yīng)采用其他控制方案； 5) 若將廣義過(guò)程的傳遞函數(shù)表示為若將廣義過(guò)程的傳遞函數(shù)表示為 1)(0000sTeKsGs時(shí)，則可根據(jù)時(shí)，則可根據(jù) 00T的比值來(lái)的比值來(lái)選擇調(diào)節(jié)規(guī)律：選擇調(diào)節(jié)規(guī)律：當(dāng)當(dāng)2 . 000T時(shí)，可選用時(shí)，可選用P或或PI調(diào)節(jié)規(guī)律；調(diào)節(jié)規(guī)律；當(dāng)當(dāng) 0 . 12 . 000T時(shí)，可選用時(shí)，可選用PID調(diào)節(jié)規(guī)律；調(diào)節(jié)規(guī)律；當(dāng)當(dāng) 0 . 100T時(shí)，應(yīng)采用其他控制方式。時(shí)，應(yīng)采用其他控制方式。 235.2.

45、4 5.2.4 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇 執(zhí)行器執(zhí)行器是過(guò)程控制系統(tǒng)的重要組成部分，其特性好壞直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量是過(guò)程控制系統(tǒng)的重要組成部分，其特性好壞直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量 1. 執(zhí)行器的選型執(zhí)行器的選型 在過(guò)程控制中，使用最多的是在過(guò)程控制中，使用最多的是氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器，其次是，其次是電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器。應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過(guò)。應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)、對(duì)執(zhí)行器推力的需求以及被控介質(zhì)的具體情況和保證安全等因素加程的特點(diǎn)、對(duì)執(zhí)行器推力的需求以及被控介質(zhì)的具體情況和保證安全等因素加以選擇并且確定。以選擇并且確定。 2. 氣動(dòng)執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇氣動(dòng)執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇 氣動(dòng)執(zhí)行器分氣氣動(dòng)執(zhí)行

46、器分氣開、氣關(guān)開、氣關(guān)兩種形式，它的選擇首先應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)為零兩種形式，它的選擇首先應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)為零時(shí)使生產(chǎn)處于安全狀態(tài)的原則確定；其次，在保證安全的前提下，還應(yīng)根據(jù)是時(shí)使生產(chǎn)處于安全狀態(tài)的原則確定；其次，在保證安全的前提下，還應(yīng)根據(jù)是否有利于節(jié)能、是否有利于開車、停車等進(jìn)行選擇。否有利于節(jié)能、是否有利于開車、停車等進(jìn)行選擇。 3. 調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇 調(diào)節(jié)閥的尺寸主要指調(diào)節(jié)閥的開度和口徑，它的選擇對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響很大調(diào)節(jié)閥的尺寸主要指調(diào)節(jié)閥的開度和口徑，它的選擇對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響很大 在正常工況下一般要求調(diào)節(jié)閥開度應(yīng)處于在正常工況下一般要求調(diào)節(jié)閥開度應(yīng)處于1

47、5%-85%之間，具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要之間，具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要的流通能力的大小進(jìn)行選擇。的流通能力的大小進(jìn)行選擇。 4. 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 通過(guò)選擇調(diào)節(jié)閥的非線性流量特性來(lái)補(bǔ)償被控過(guò)程的非線性特性，以達(dá)到系統(tǒng)通過(guò)選擇調(diào)節(jié)閥的非線性流量特性來(lái)補(bǔ)償被控過(guò)程的非線性特性，以達(dá)到系統(tǒng)總的放大倍數(shù)總的放大倍數(shù)近似線性近似線性的目的的目的 245.2.5 5.2.5 調(diào)節(jié)器正調(diào)節(jié)器正/ /反作用方式的選擇反作用方式的選擇把被控過(guò)程和調(diào)節(jié)器分為正作用與反作用兩種類型把被控過(guò)程和調(diào)節(jié)器分為正作用與反作用兩種類型 名稱名稱正負(fù)正負(fù)正作用正作用被控過(guò)程的靜態(tài)增益被控過(guò)程的靜態(tài)增益正正正作用正

48、作用調(diào)節(jié)器的靜態(tài)增益調(diào)節(jié)器的靜態(tài)增益 負(fù)負(fù)氣開式調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)增益氣開式調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)增益正正測(cè)量變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益測(cè)量變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益 正正pKCKvKmK各類增益符號(hào)的選擇：各類增益符號(hào)的選擇：確定各調(diào)節(jié)器正負(fù)的基本原則確定各調(diào)節(jié)器正負(fù)的基本原則構(gòu)成系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)靜態(tài)增構(gòu)成系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)靜態(tài)增益的乘積必須為正益的乘積必須為正 首先根據(jù)生產(chǎn)工藝要求及安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，以確定首先根據(jù)生產(chǎn)工藝要求及安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，以確定 調(diào)節(jié)器正反作用類型的確定方法：調(diào)節(jié)器正反作用類型的確定方法： vK的正負(fù)；的正負(fù)； 然后根據(jù)被控過(guò)程特性確定其屬于正、反哪一種類型，

49、以確定然后根據(jù)被控過(guò)程特性確定其屬于正、反哪一種類型，以確定 vK的正負(fù)；的正負(fù)； 最后根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)增益的乘積必須為正這一原則確定最后根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)增益的乘積必須為正這一原則確定調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 CK正負(fù)，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)器的正反作用類型。正負(fù)，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)器的正反作用類型。 255.3 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的任務(wù)是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的任務(wù)是根據(jù)被控過(guò)程的特性，確定根據(jù)被控過(guò)程的特性，確定PID調(diào)節(jié)器的比例度調(diào)節(jié)器的比例度 、積分時(shí)間、積分時(shí)間 IT以及微分時(shí)間以及微分時(shí)間 DT的大小。的大小。在簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定通常以系統(tǒng)

50、瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率在簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率 9 . 075. 0為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量。另外還應(yīng)滿足為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量。另外還應(yīng)滿足 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差、最大動(dòng)態(tài)偏差（或超調(diào)量）和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間等其它指標(biāo)。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差、最大動(dòng)態(tài)偏差（或超調(diào)量）和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間等其它指標(biāo)。 參數(shù)整定的方法可以分為三類，即理論計(jì)算整定法、工程整定法和自整定法參數(shù)整定的方法可以分為三類，即理論計(jì)算整定法、工程整定法和自整定法理論計(jì)算整定法理論計(jì)算整定法主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根軌跡法、頻主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根

51、軌跡法、頻率特性法、對(duì)數(shù)頻率特性法、擴(kuò)充頻率特性法等，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定調(diào)節(jié)器參率特性法、對(duì)數(shù)頻率特性法、擴(kuò)充頻率特性法等，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的數(shù)值。數(shù)的數(shù)值。 這種方法只有理論指導(dǎo)意義。這種方法只有理論指導(dǎo)意義。工程整定法工程整定法主要是依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行。主要是依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行。 自整定法自整定法是對(duì)一個(gè)正在運(yùn)行中的控制系統(tǒng)特別是設(shè)定值改變的控制系統(tǒng)是對(duì)一個(gè)正在運(yùn)行中的控制系統(tǒng)特別是設(shè)定值改變的控制系統(tǒng),進(jìn)行自進(jìn)行自動(dòng)整定控制回路中的動(dòng)整定控制回路中的PID參數(shù)。參數(shù)。265.3.1 5.3.1 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ)調(diào)

52、節(jié)器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ) 1. 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與衰減指數(shù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與衰減指數(shù) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，在干擾簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，在干擾 )(sF作用下，閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為作用下，閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 )(1)()()()()(1)()()(sGsGsHsGsGsGsGsFsGkfpvcf其中其中)()()()()(sHsGsGsGsGpvck為系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。為系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。 閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為 0)(1sGk一般形式為一般形式為 00111asasaSnnn各系數(shù)各系數(shù)ia由廣義對(duì)象的特性和調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)所確定。由廣義對(duì)象的特性和調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)所確定。 調(diào)

53、節(jié)器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，使其閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，使其閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征方程的每一個(gè)根都能滿足穩(wěn)定性的要求方程的每一個(gè)根都能滿足穩(wěn)定性的要求。 具體分析如下具體分析如下 如果特征方程有一個(gè)實(shí)根如果特征方程有一個(gè)實(shí)根( as )，其通解，其通解 tAe為非周期變化過(guò)程，當(dāng)為非周期變化過(guò)程，當(dāng) 0時(shí)，其幅值越來(lái)越小，最終趨于時(shí)，其幅值越來(lái)越小，最終趨于0；當(dāng)；當(dāng) 0時(shí)，其幅值越來(lái)越大時(shí)，其幅值越來(lái)越大,系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)不穩(wěn)定。 如果特征方程有一對(duì)共軛復(fù)根如果特征方程有一對(duì)共軛復(fù)根( jS2 , 1)，則通解，則通解 )cos(tAet為

54、振蕩為振蕩過(guò)程，當(dāng)過(guò)程，當(dāng)0時(shí)時(shí), 呈發(fā)散振蕩呈發(fā)散振蕩,系統(tǒng)不穩(wěn)定；當(dāng)系統(tǒng)不穩(wěn)定；當(dāng) 0時(shí)時(shí),呈等幅振蕩。呈等幅振蕩。 27對(duì)于穩(wěn)定的振蕩分量對(duì)于穩(wěn)定的振蕩分量 )0)(cos()(tAetyt，假定在，假定在 0tt 時(shí)到達(dá)時(shí)到達(dá)第一個(gè)峰值經(jīng)過(guò)一個(gè)振蕩周期，在第一個(gè)峰值經(jīng)過(guò)一個(gè)振蕩周期，在20 tt時(shí)，又到達(dá)第二個(gè)峰值。時(shí)，又到達(dá)第二個(gè)峰值。由衰減率定義可知由衰減率定義可知mtttmmmeeAeAeAeyyy22)2(13111其中衰減指數(shù)為其中衰減指數(shù)為與與之比之比 衰減指數(shù)與衰減率的關(guān)系如下表衰減指數(shù)與衰減率的關(guān)系如下表00.1500.3000.4500.6000.7500.9000.

55、95000.0260.0570.0950.1450.2210.3660.478m總之，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，就是總之，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，就是通過(guò)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)比例度通過(guò)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)比例度 、積分時(shí)間、積分時(shí)間 IT以及微分時(shí)間以及微分時(shí)間 DT的大小，使特征方程所有實(shí)根與所有復(fù)根的實(shí)數(shù)部分均為的大小，使特征方程所有實(shí)根與所有復(fù)根的實(shí)數(shù)部分均為負(fù)數(shù)，從而保證系統(tǒng)是穩(wěn)定的；另外還要滿足衰減指數(shù)負(fù)數(shù)，從而保證系統(tǒng)是穩(wěn)定的；另外還要滿足衰減指數(shù)m在在0.221-0.366之間，之間，以滿足衰減率在以滿足衰減率在0.75-0.9的要求。的要求。如圖如圖28. 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量穩(wěn)定裕

56、量可以用衰減率穩(wěn)定裕量可以用衰減率 或衰減指數(shù)或衰減指數(shù)m的大小來(lái)表征。它們和阻尼系數(shù)的大小來(lái)表征。它們和阻尼系數(shù) 有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系：有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系： 2121e21m通過(guò)上式可以得出以下結(jié)論：通過(guò)上式可以得出以下結(jié)論：為了保證系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程具有一定的穩(wěn)定裕量，就要使閉環(huán)系統(tǒng)的特征根具有為了保證系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程具有一定的穩(wěn)定裕量，就要使閉環(huán)系統(tǒng)的特征根具有一定的衰減指數(shù)一定的衰減指數(shù) 當(dāng)復(fù)根的實(shí)部當(dāng)復(fù)根的實(shí)部相同時(shí)，即系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需的過(guò)渡時(shí)間也相同。相同時(shí)，即系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需的過(guò)渡時(shí)間也相同。 系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間為系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間為 /3st系統(tǒng)的最大動(dòng)態(tài)偏差也與衰減指數(shù)系統(tǒng)的最大動(dòng)態(tài)

57、偏差也與衰減指數(shù)m有關(guān)有關(guān) 綜上所述，無(wú)論是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕量，還是控制系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)綜上所述，無(wú)論是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕量，還是控制系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性均與確性均與系統(tǒng)的衰減率或衰減指數(shù)有關(guān)系統(tǒng)的衰減率或衰減指數(shù)有關(guān)。所以，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是通。所以，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，以達(dá)到規(guī)定的衰減率或衰減指數(shù)，從而最終保證系過(guò)選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，以達(dá)到規(guī)定的衰減率或衰減指數(shù)，從而最終保證系統(tǒng)的控制質(zhì)量。統(tǒng)的控制質(zhì)量。 295.3.2 5.3.2 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定 1臨界比例度法臨界比例度法 臨界比例度法是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需要測(cè)

58、試過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性臨界比例度法是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需要測(cè)試過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性 具體步驟是：具體步驟是：1.首先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，微分時(shí)間置零，比例度置為較大的數(shù)值首先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，微分時(shí)間置零，比例度置為較大的數(shù)值 2.等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)設(shè)定值施加一個(gè)階躍變化，并減小等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)設(shè)定值施加一個(gè)階躍變化，并減小 直到出現(xiàn)下圖所直到出現(xiàn)下圖所示的等幅振蕩曲線為止。記錄下此時(shí)的臨界比例度示的等幅振蕩曲線為止。記錄下此時(shí)的臨界比例度K和等幅振蕩周期和等幅振蕩周期 KT3.按下表的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的按下表的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的 ITDT302衰減曲線法衰減曲線法

59、衰減曲線法的做法與臨界比例法類似。不同的是在改變比例度，觀察衰減比。衰減曲線法的做法與臨界比例法類似。不同的是在改變比例度，觀察衰減比。當(dāng)衰減比為當(dāng)衰減比為4:1的振蕩過(guò)程，或的振蕩過(guò)程，或10:1的振蕩過(guò)程，如下圖。記錄下此時(shí)的的振蕩過(guò)程，如下圖。記錄下此時(shí)的及衰減振蕩周期或者輸出響應(yīng)的上升時(shí)間。然后對(duì)比下表經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：及衰減振蕩周期或者輸出響應(yīng)的上升時(shí)間。然后對(duì)比下表經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：以以衰減曲線法對(duì)多數(shù)過(guò)程都適用。但衰減曲線法對(duì)多數(shù)過(guò)程都適用。但該方法的最大缺點(diǎn)是該方法的最大缺點(diǎn)是較難準(zhǔn)確確定較難準(zhǔn)確確定4:1（或（或10:1）的衰減程度）的衰減程度。尤其。尤其對(duì)于一些干擾比較頻繁、過(guò)程變

60、化對(duì)于一些干擾比較頻繁、過(guò)程變化較快的控制系統(tǒng)，如管道動(dòng)、流量較快的控制系統(tǒng)，如管道動(dòng)、流量等控制系統(tǒng)不宜采用此法。等控制系統(tǒng)不宜采用此法。 313反應(yīng)曲線法（動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法）反應(yīng)曲線法（動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法） 反應(yīng)曲線法是利用系統(tǒng)廣義過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。反應(yīng)曲線法是利用系統(tǒng)廣義過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。 具體做法是對(duì)于右圖所示的系統(tǒng)，具體做法是對(duì)于右圖所示的系統(tǒng)，先使系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，在輸入先使系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，在輸入端施加一個(gè)階躍信號(hào)，記錄端施加一個(gè)階躍信號(hào)，記錄下測(cè)量變送環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)曲線下測(cè)量變送環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)曲線 )(sGv1）對(duì)于無(wú)自衡能力的廣義被控過(guò)程