HG第五章自動(dòng)控制儀表-位圖

1、1第五章 自動(dòng)控制儀表基本要求基本要求：掌握各種基本控制規(guī)律及其特點(diǎn)。掌握各種基本控制規(guī)律及其特點(diǎn)。熟悉比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間對控制系熟悉比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間對控制系統(tǒng)的影響。統(tǒng)的影響。了解了解DDZ-DDZ-型控制器的特點(diǎn)和基本組成。型控制器的特點(diǎn)和基本組成。2第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述1.作用：回憶回憶控制器作用 被控對象被控對象 測量變送測量變送控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控變量被控變量設(shè)定值設(shè)定值擾動(dòng)擾動(dòng)32. 2. 發(fā)展發(fā)展基地式儀表基地式儀表一般與檢測裝置、顯示裝置一起一般與檢測裝置、顯示裝置一起組裝在一個(gè)整體之內(nèi)組裝在一個(gè)整體之內(nèi)；同時(shí)同時(shí)具有檢測、控制與顯示的功能；結(jié)構(gòu)簡

2、單、價(jià)格低具有檢測、控制與顯示的功能；結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便，通用性差，信號不易傳遞；一般應(yīng)用于廉、使用方便，通用性差，信號不易傳遞；一般應(yīng)用于簡單控制系統(tǒng)中。簡單控制系統(tǒng)中。單元組合式儀表中控制單元單元組合式儀表中控制單元按各組成按各組成環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表的不同功能和使用要求，將整套儀表分為分為若若干干單元單元，各單元能，各單元能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能，使用時(shí)可以按生產(chǎn)，使用時(shí)可以按生產(chǎn)工藝的工藝的不同要求不同要求挑選需要的單元挑選需要的單元加以組合加以組合，其，其特點(diǎn)特點(diǎn)是應(yīng)用是應(yīng)用靈活，通用性強(qiáng)，使用維護(hù)方便，特別適用于中、小企業(yè)靈活，通用性強(qiáng)，使用

3、維護(hù)方便，特別適用于中、小企業(yè)的過程控制系統(tǒng)；的過程控制系統(tǒng)；l計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為中心控制單元，以測試儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等單元為外圍設(shè)備的系統(tǒng)。4基本控制規(guī)律及其對控制過程的影響基本控制規(guī)律及其對控制過程的影響q控制規(guī)律控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入信號之是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系，即輸出間的關(guān)系，即輸出p p與輸入與輸入e e之間的函數(shù)關(guān)系。之間的函數(shù)關(guān)系。 p p= =f f( (e e)=)=f f( (z z - - x x ) )q基本控制規(guī)律：基本控制規(guī)律： 位式、位式、P P、I I、D D或或PIDPID的組合的組合5一、一、位式控制位式控制62、具有中間區(qū)

4、的雙位控制過程ptytyHyL73 3、品質(zhì)指標(biāo)：、品質(zhì)指標(biāo)：振幅：振幅：y yH H- -y yL L周期：周期：T T4 4、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用普遍。易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用普遍。5 5、適用場合、適用場合 控制質(zhì)量不高、適于位式控制?？刂瀑|(zhì)量不高、適于位式控制。8二、二、比例控制比例控制Pp定義：輸出p與輸入e成比例關(guān)系，即： p=Kpe Kp-比例增益例：例：eabppeba/p特點(diǎn)：pKp可調(diào)；p無時(shí)間因子，變化迅速、及時(shí)；p存在余差（e0）。93、比例度（帶）定義：控制器輸入的變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比之比的百分?jǐn)?shù)。公式：%100

5、1%100minmaxminmaxminmaxminmaxxxppKpppxxep具體意義：使控制器的輸出變化滿刻度時(shí)(也就是控制閥從全關(guān)到全開或相反)，相應(yīng)的儀表測量值變化占儀表測量范圍的百分?jǐn)?shù)。10比例度2minmaxpp%minmaxxxe11練習(xí)例：例：某DDZ-型比例作用控制器，溫度刻度范圍為400800、控制器輸出工作范圍是010mA。當(dāng)指示指針從600 移到700 ，此時(shí)控制器相應(yīng)的輸出從4mA變?yōu)?mA，其比例度的值為多少？%1001%100minmaxminmaxminmaxminmaxxxppKpppxxep12越大，比例控制作用越弱，越大，比例控制作用越弱，越小，比例控制

6、作用越強(qiáng)越小，比例控制作用越強(qiáng)。v比例度的選擇原則比例度的選擇原則: : 若對象的若對象的滯后較小滯后較小，時(shí)間常數(shù)較大時(shí)間常數(shù)較大以及以及放大倍放大倍數(shù)較小數(shù)較小，那么可以選擇，那么可以選擇小小的比例度的比例度來提高系統(tǒng)的靈來提高系統(tǒng)的靈敏度，從而使過渡過程曲敏度，從而使過渡過程曲線的形狀較好。反之，為線的形狀較好。反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要選擇大的比例度來保證穩(wěn)選擇大的比例度來保證穩(wěn)定定。 13三、三、積分控制積分控制 I1、定義：積分控制作用的輸出變化量p與輸入偏差e的積分成正比。edtKpIp比例積分比例積分控制控制edtTeKedtKeKpIpIp1T TI

7、 I積積分時(shí)間；分時(shí)間；KI:積分速度積分速度143、積分時(shí)間積分時(shí)間對對過渡過程的影響過渡過程的影響左圖左圖表示在表示在同樣比例度同樣比例度下下積分積分時(shí)間對過渡過程的影響時(shí)間對過渡過程的影響。由圖。由圖中曲線可以看出，中曲線可以看出，TITI過大時(shí)過大時(shí)積分作用不明顯，余差消除地積分作用不明顯，余差消除地也慢，從圖中曲線、可以也慢，從圖中曲線、可以看出，看出，TITI較小時(shí)易于消除余差，較小時(shí)易于消除余差，但系統(tǒng)的振蕩加劇。相比之下，但系統(tǒng)的振蕩加劇。相比之下，曲線就比較理想。曲線就比較理想。積分作用可以積分作用可以消除消除余差余差。15四、四、微分控制微分控制 D1.定義：輸出信號與偏差

8、信號的變化速度成正比，即：dtdeTpDet0tt0tPq在階躍信號輸入的瞬間，控制器的輸出為無窮大，其余時(shí)間輸出為零。TD控制器的微分時(shí)間；162.比例微分控制 PDdtdeTeKpDp tetp理想PD控制器的階躍響應(yīng)曲線實(shí)際的PD控制器的階躍響應(yīng)曲線et tp173、微分時(shí)間對過渡過程的影響PD控制優(yōu)點(diǎn)：能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)改善過程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，抑制過渡過程的最大動(dòng)態(tài)偏差，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PD控制不足之處：一般只適應(yīng)于時(shí)間常數(shù)較大或多容過程的調(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。PD控制一般總

9、是以比例動(dòng)作為主，微分動(dòng)作為輔。18五、比例積分微分控制規(guī)律 PIDdtdeTedtTeKpDIp1PID階躍響應(yīng)特性曲線 PID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分控制的預(yù)測功能，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。 PID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PID三作用控制器。因?yàn)镻ID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。19幾種調(diào)節(jié)方法的比較I調(diào)節(jié)P調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)PD調(diào)節(jié)XX020例：例： 一臺具

10、有比例積分控制規(guī)律的DDZ-型控制器，其比例度為80，積分時(shí)間TI為1min。穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出為6mA。某瞬間，輸入偏差突然增加了0.3mA，問其輸出為多少?經(jīng)過3min后，其輸出將為多少?解：解： 比例度為80，故比例放大系數(shù)Kp1/1.25, 輸入變化了0.3mA，輸出在比例作用下將變化0.31.250.375mA, 假定控制器為正作用式的，輸出將在6mA的基礎(chǔ)上增加0.375mA、故為6.375mA。 由于積分時(shí)間為1min，故在積分作用下，每經(jīng)過1min，輸出將增加0.375mA。經(jīng)過了3min后，在積分作用下，輸出將增加的數(shù)值為30.3751.125mA。所以，在經(jīng)過3min后，由于比例

11、作用與積分作用共同作用的結(jié)果，使輸出共增加了0.375+1.1251.5mA。由于穩(wěn)態(tài)時(shí)為6mA，故經(jīng)過3min后，輸出將變?yōu)?.5mA(如果是反作用式控制器，輸出將變?yōu)?.5mA)。21第三節(jié)第三節(jié) 模擬式控制器模擬式控制器一、基本構(gòu)成 比較環(huán)節(jié) 將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較（電流、電壓、氣壓相減），產(chǎn)生偏差信號。 放大器 將偏差信號、反饋信號、載波信號疊加后進(jìn)行放大。 反饋環(huán)節(jié) 將輸出信號通過一定的運(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。22一、基本構(gòu)成給定信號比較環(huán)節(jié)測量信號偏差放大器輸出信號反饋環(huán)節(jié)-23二、氣動(dòng)控制器二、氣動(dòng)控制器QDZ20100KPa工作原理：力

12、平衡和力矩平衡特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜缺點(diǎn)：信號傳送慢、滯后大，不易與計(jì)算機(jī)聯(lián)用是以 0.14MPa壓縮空氣為能源,各單元之間以統(tǒng)一的 0.020.1MPa氣壓標(biāo)準(zhǔn)信號相聯(lián)系,整套儀表的精度一般為1.0級。24三、DDZ電動(dòng)控制器1. 儀表的特點(diǎn)l采用國際電工委員會(huì)（IEC）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號：420mA DC 或 15V DC，信號電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250。電氣零點(diǎn)不是從零開始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，容易識別斷電、斷線等故障。l高度集成化，可靠性高，維修量少。l全系統(tǒng)統(tǒng)一采用24V DC電源供電，單元儀表無須單獨(dú)設(shè)置電源。l功能齊全，結(jié)構(gòu)合理。l具有本安（本質(zhì)安全）性能。DDZ-型電子管器

13、件為主要器件DDZ-型晶體管等分立元件為主要器件DDZ-型線性集成電路作為核心器件252. 基本功能基本功能l控制功能自動(dòng)控制：針對偏差，按PID規(guī)律自動(dòng)調(diào)整輸出。手動(dòng)控制：由人工直接設(shè)定輸出值遙控執(zhí)行器。l軟手動(dòng)：輸出隨時(shí)間按一定的速度增加或減小。l硬手動(dòng)：瞬間直接改變輸出值。l顯示功能輸入顯示、設(shè)定值顯示、手動(dòng)給定顯示、輸出顯示、（輸出）限位報(bào)警。l調(diào)整功能給定輸入調(diào)整：控制參數(shù)整定：26無干擾切換無干擾切換l在不同的控制方式相互切換過程中，輸出輸出參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)不發(fā)生不發(fā)生突變突變。l無干擾切換的實(shí)現(xiàn)：在切換前，調(diào)節(jié)手動(dòng)輸出參數(shù)或設(shè)定值，使輸出值與自動(dòng)輸出值保持一致。273. 結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理284. 外形結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)爐溫控制 儀表整體為長方體，伸入控制箱（盤）內(nèi)部 PID參數(shù)設(shè)定位于儀表內(nèi)部，拉開整個(gè)儀表，可用螺絲刀調(diào)整變阻器。294. 外形結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)圖5-18 DTL-3110型調(diào)節(jié)器正面圖1自動(dòng)-軟手動(dòng)-硬手動(dòng)切換開關(guān)；2雙針垂直指示器；3內(nèi)給定設(shè)定輪；4輸出指示器；5硬手動(dòng)操作桿；6軟手動(dòng)操作板鍵；7外給定指示燈；8閥位指示器；9輸出記錄指示；10位號牌；11輸入檢測插孔；12手動(dòng)輸出插孔30四、數(shù)字式控制器 通過A/D，D/A轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的相互