第4章自動(dòng)控制儀表教學(xué)課件

1、化工儀表及自動(dòng)化第四章 自動(dòng)控制儀表化工儀表及自動(dòng)控制Chemical Industry Instrument and Automation control化工儀表及自動(dòng)化內(nèi)容提要n 概述n 控制器的基本控制規(guī)律n雙位控制n比例控制n積分控制n微分控制n 模擬式控制器n 數(shù)字式控制器化工儀表及自動(dòng)化2.1概述一、自動(dòng)控制儀表的作用自動(dòng)控制儀表稱為控制器，又可稱為調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制儀表稱為控制器，又可稱為調(diào)節(jié)器。在自動(dòng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，控制器的作用是將被控變量的測量值與給定控制系統(tǒng)中，控制器的作用是將被控變量的測量值與給定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生一定的偏差，控制儀表根據(jù)該偏差進(jìn)行值進(jìn)行比較，產(chǎn)生一定的偏差

2、，控制儀表根據(jù)該偏差進(jìn)行一定規(guī)律的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以一定的信號(hào)形式送一定規(guī)律的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以一定的信號(hào)形式送往執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。往執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。圖圖1-4自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖化工儀表及自動(dòng)化一、控制器的發(fā)展基地式控制儀表基地式控制儀表單元組合式控制儀表單元組合式控制儀表微處理器為基元的微處理器為基元的數(shù)字智能式控制器數(shù)字智能式控制器等。等。 隨著控制儀表的發(fā)展，控制儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢隨著控制儀表的發(fā)展，控制儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測、變送、顯示等各部分的組合方式不同，主要可以分為：測、變送、顯示等各部分的組合方式不同

3、，主要可以分為：化工儀表及自動(dòng)化1.基地式控制儀表這類控制儀表的特點(diǎn)在于儀表的所有部分之間以不可分離這類控制儀表的特點(diǎn)在于儀表的所有部分之間以不可分離的機(jī)械結(jié)構(gòu)相連接，把的機(jī)械結(jié)構(gòu)相連接，把檢測、變送、控制、顯示檢測、變送、控制、顯示等部分組合等部分組合裝在一個(gè)表殼內(nèi)形成一個(gè)整體，利用一臺(tái)儀表就能完成一個(gè)裝在一個(gè)表殼內(nèi)形成一個(gè)整體，利用一臺(tái)儀表就能完成一個(gè)簡單的自動(dòng)控制系統(tǒng)的測量、記錄、控制等全部功能簡單的自動(dòng)控制系統(tǒng)的測量、記錄、控制等全部功能結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便。但由于它的通用性差，。但由于它的通用性差，信號(hào)不易傳遞，故一般只應(yīng)用于一些簡單控制系統(tǒng)。信號(hào)

4、不易傳遞，故一般只應(yīng)用于一些簡單控制系統(tǒng)。在一些在一些中、小工廠中中、小工廠中的特定生產(chǎn)崗位，這種控制裝置仍被的特定生產(chǎn)崗位，這種控制裝置仍被采用并具有一定的優(yōu)越性采用并具有一定的優(yōu)越性。化工儀表及自動(dòng)化2.單元組合式控制儀表儀表由各種獨(dú)立的，功能不同的若干單元（例如變送單元，儀表由各種獨(dú)立的，功能不同的若干單元（例如變送單元，定值單元、控制單元，顯示單元等）組合而成，每個(gè)單元只定值單元、控制單元，顯示單元等）組合而成，每個(gè)單元只完成其中的一種功能，相互之間采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系。完成其中的一種功能，相互之間采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系。使用時(shí)，針對(duì)不同的要求，將各單元以不同的形式組合，可使用時(shí)

5、，針對(duì)不同的要求，將各單元以不同的形式組合，可以組成各種各樣的自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)。以組成各種各樣的自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)?；x表及自動(dòng)化單元組合儀表一般可分為八大類單元。單元組合儀表一般可分為八大類單元。（1）變送單元（）變送單元（B） 用來檢測各種工藝參數(shù)如溫度、壓力、用來檢測各種工藝參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等，將它們轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳送給其他單元，流量、液位等，將它們轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳送給其他單元，亦稱為變送器。亦稱為變送器。（2）控制單元（）控制單元（T） 它將變送單元送來的測量信號(hào)與給定的它將變送單元送來的測量信號(hào)與給定的信號(hào)相比較，得出偏差信號(hào)，根據(jù)這個(gè)偏差的大小與正負(fù)，按

6、信號(hào)相比較，得出偏差信號(hào)，根據(jù)這個(gè)偏差的大小與正負(fù)，按一定的控制規(guī)律向執(zhí)行單元發(fā)出控制信號(hào)，亦稱為控制器。一定的控制規(guī)律向執(zhí)行單元發(fā)出控制信號(hào)，亦稱為控制器。（3）顯示單元（）顯示單元（X） 用來顯示或記錄被測量或被控參數(shù)的數(shù)用來顯示或記錄被測量或被控參數(shù)的數(shù)值，如各種指示儀、稱控制器記錄儀、記錄控制儀等。值，如各種指示儀、稱控制器記錄儀、記錄控制儀等。2.單元組合式控制儀表化工儀表及自動(dòng)化（4）計(jì)算單元（）計(jì)算單元（J） 它可以對(duì)各單元輸出的統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行各它可以對(duì)各單元輸出的統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，如加減、乘、除、開方等。種數(shù)學(xué)運(yùn)算，如加減、乘、除、開方等。（5）給定單元（）給定單元（G）

7、 它用來提供控制單元所需的給定值。如它用來提供控制單元所需的給定值。如果給定值是隨時(shí)間有規(guī)律地變化，就可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間程序控制。果給定值是隨時(shí)間有規(guī)律地變化，就可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間程序控制。（6）轉(zhuǎn)換單元（）轉(zhuǎn)換單元（Z） 它可以用來實(shí)現(xiàn)氣信號(hào)和電信號(hào)的相互它可以用來實(shí)現(xiàn)氣信號(hào)和電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。這樣就可以把氣動(dòng)儀表和電動(dòng)儀表組合起來使用，以擴(kuò)轉(zhuǎn)換。這樣就可以把氣動(dòng)儀表和電動(dòng)儀表組合起來使用，以擴(kuò)大儀表的使用范圍。大儀表的使用范圍。2.單元組合式控制儀表化工儀表及自動(dòng)化（7）輔助單元（）輔助單元（F） 它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起著各種輔助作用，它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起著各種輔助作用，完成各種輔助的工作，如發(fā)訊、切換

8、、遙控等。完成各種輔助的工作，如發(fā)訊、切換、遙控等。（8）執(zhí)行單元（）執(zhí)行單元（Z） 它可以對(duì)各單元輸出的統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行各它可以對(duì)各單元輸出的統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，如加減、乘、除、開方等。種數(shù)學(xué)運(yùn)算，如加減、乘、除、開方等。2.單元組合式控制儀表化工儀表及自動(dòng)化3.3.以微處理器為基元的數(shù)字智能式控制器以微處理器為基元的數(shù)字智能式控制器p以微處理器為基元的控制裝置是以微型計(jì)算機(jī)技以微處理器為基元的控制裝置是以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的數(shù)字調(diào)節(jié)裝置嵌入普通儀表的數(shù)字智能術(shù)為核心的數(shù)字調(diào)節(jié)裝置嵌入普通儀表的數(shù)字智能式控制器。式控制器。其控制功能完善、性能優(yōu)越、操作方便，其控制功能完善、性能優(yōu)越、操作

9、方便，很容易構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。很容易構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。p集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是在數(shù)字智能式控制器基上發(fā)展起來的分）是在數(shù)字智能式控制器基上發(fā)展起來的分布式的新型控制系統(tǒng)，因具有分散性、開放性、互布式的新型控制系統(tǒng)，因具有分散性、開放性、互操作性等突出的特點(diǎn)，在化工自動(dòng)化領(lǐng)域中得到廣操作性等突出的特點(diǎn)，在化工自動(dòng)化領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。泛的應(yīng)用?；x表及自動(dòng)化二、控制器的分類二、控制器的分類u1.按使用的的能源來分按使用的的能源來分，有氣動(dòng)控制器、電動(dòng)控制器和液，有氣動(dòng)控制器、電動(dòng)控制器和液動(dòng)控制器。動(dòng)控制器。u2.按

10、控制儀表的的信號(hào)類型來分按控制儀表的的信號(hào)類型來分，有模擬式控制器和數(shù)字，有模擬式控制器和數(shù)字式控制器。式控制器。u3.按控制規(guī)律來分，按控制規(guī)律來分，有雙位控制器、比例控制器、積分控有雙位控制器、比例控制器、積分控制器、微分控制器及它們的組合形式（比例積分控制器制器、微分控制器及它們的組合形式（比例積分控制器、比例微分控制器、比例積分微分控制器）。、比例微分控制器、比例積分微分控制器）。化工儀表及自動(dòng)化一、控制器的控制規(guī)律控制器的控制規(guī)律是指控制器的控制規(guī)律是指 控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系。即即 經(jīng)常是假定控制器的經(jīng)常是假定控制器的輸入信號(hào)輸入信

11、號(hào)e是一個(gè)階躍信號(hào)，是一個(gè)階躍信號(hào)，然后來研究控制器的輸出信然后來研究控制器的輸出信號(hào)號(hào)p隨時(shí)間的變化規(guī)律。隨時(shí)間的變化規(guī)律。 圖圖4-2控制器的信號(hào)關(guān)系控制器的信號(hào)關(guān)系化工儀表及自動(dòng)化控制器的基本控制規(guī)律控制器的基本控制規(guī)律有位式控制（其中以雙位控制器的基本控制規(guī)律有位式控制（其中以雙位控制比較常用）、比例控制（控制比較常用）、比例控制（P）、積分控制（）、積分控制（I）、）、微分控制（微分控制（D）及它們的組合形式，如比例積分控）及它們的組合形式，如比例積分控制（制（PI）、比例微分控制（）、比例微分控制（PD）和比例積分微分控）和比例積分微分控制（制（PID）。）。一、控制器的控制規(guī)律化

12、工儀表及自動(dòng)化二、雙位控制理想的雙位控制器其輸出理想的雙位控制器其輸出p與輸入與輸入偏差額偏差額e之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為圖圖4-3 理想雙位控制特性理想雙位控制特性當(dāng)測量值大于給定值時(shí)，控制器的輸出為最大（或最小）；當(dāng)測量值大于給定值時(shí)，控制器的輸出為最大（或最小）；當(dāng)測量值小于給定值時(shí)，控制器的輸出為最小（或最大）；當(dāng)測量值小于給定值時(shí)，控制器的輸出為最?。ɑ蜃畲螅?；相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)只有開和關(guān)兩個(gè)極限位置，因此又稱開關(guān)控制。相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)只有開和關(guān)兩個(gè)極限位置，因此又稱開關(guān)控制?；x表及自動(dòng)化二、雙位控制圖圖4-4 雙位控制示例雙位控制示例右圖是一個(gè)采用雙位控制的液位控制系統(tǒng)，它利用電極式

13、液位計(jì)來控制貯槽的液位，槽內(nèi)裝有一根電極作為測量液位的裝置，電極的一端與繼電器J的線圈相接，另一端調(diào)整在液位給定值的位置，導(dǎo)電的流體由裝有電磁閥V的管線進(jìn)入貯槽，經(jīng)下部出料管流出。當(dāng)液位低于給定值當(dāng)液位低于給定值H0時(shí)，流體未接觸電極，繼電器斷路，此時(shí)電磁時(shí)，流體未接觸電極，繼電器斷路，此時(shí)電磁閥閥V全開，流體流入貯槽使液位上升，當(dāng)液位上升至稍大于給定值全開，流體流入貯槽使液位上升，當(dāng)液位上升至稍大于給定值時(shí)，流體與電極接觸，于是繼電器接通，從而使電磁閥全關(guān)，流體時(shí)，流體與電極接觸，于是繼電器接通，從而使電磁閥全關(guān)，流體不再進(jìn)入貯槽。不再進(jìn)入貯槽。化工儀表及自動(dòng)化 將上圖中的測量裝置及繼電器線

14、路稍加改變，便可成將上圖中的測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)的雙位控制器，見下圖。由于設(shè)置了中為一個(gè)具有中間區(qū)的雙位控制器，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，延長了控制此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長了控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。 二、雙位控制圖圖4-6具有中間區(qū)的雙位控制過程具有中間區(qū)的雙位控制過程圖圖4-5 實(shí)際的雙位控制規(guī)律實(shí)際的雙位控制規(guī)律化工儀表及自動(dòng)化雙位控制過程中一般采用雙位控制過程中一般采用振幅振幅

15、與與周期周期作為品質(zhì)指標(biāo)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)，使被控變量波動(dòng)的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期周期長長些比較有利。些比較有利。 雙位控制器雙位控制器結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單、成本較低成本較低、易于實(shí)現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn)，因而，因而應(yīng)用很普遍。應(yīng)用很普遍。二、雙位控制化工儀表及自動(dòng)化 在雙位控制系統(tǒng)中，被控變量不可避免地會(huì)產(chǎn)生持在雙位控制系統(tǒng)中，被控變量不可避免地會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的續(xù)的等幅振蕩過程等幅振蕩過程，為了避免這種情況，應(yīng)該使控制閥的，為了避免這種情況，應(yīng)該使控制閥的開度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥開度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的

16、位置，這樣就有可能獲得與對(duì)象負(fù)荷相適可以處于不同的位置，這樣就有可能獲得與對(duì)象負(fù)荷相適應(yīng)的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。應(yīng)的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。 三、比例控制化工儀表及自動(dòng)化圖4-7簡單的比例控制系統(tǒng)示意圖（4-4）1. 比例控制規(guī)律化工儀表及自動(dòng)化Kp比例控制器實(shí)際上是一個(gè)可調(diào)的放大倍數(shù)（比例增益）2.比例度及其對(duì)控制過程的影響比例控制的放大倍數(shù)KP它定了比例控制用的強(qiáng)弱。Kp越大，比例控制作用越強(qiáng)。改變杠桿支點(diǎn)的位置，便可改變KP的數(shù)值在實(shí)際的比例控制器中，習(xí)慣上使用比例度，而不用放大倍數(shù)Kp來表示比例控制作用的強(qiáng)弱?；x表及自動(dòng)化是指控制器

17、輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸是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)出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù) （4-5）2.比例度及其對(duì)控制過程的影響比例度就是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)?；蛘哒f，使控制器輸出變化滿刻度時(shí)，輸入偏差變化對(duì)應(yīng)于指示刻度的百分?jǐn)?shù)?；x表及自動(dòng)化舉例DDZ-型比例作用溫度控制器，溫度刻度變化范圍為400800，控制器的輸出工作范圍是420mA。當(dāng)溫度指針從600變化到700，此時(shí)控制器相應(yīng)的輸出從8mA變?yōu)?2mA，其比例度的值為：這說明對(duì)于這臺(tái)控制器，溫度變化全量程的100%（相當(dāng)于2

18、00），控制器的輸出從最小變?yōu)樽畲螅诖藚^(qū)間內(nèi)e和p是成比例的。2.比例度及其對(duì)控制過程的影響化工儀表及自動(dòng)化圖4-8 比例度示意圖當(dāng)比例50%、100%、200%時(shí)，分別說明只要偏差e變化占儀表全量程的50%、100%、200%控制器的輸出就可以由最小pmin變?yōu)樽畲髉max。 2.比例度及其對(duì)控制過程的影響化工儀表及自動(dòng)化（4-6）將式（4-4）代入式（4-5），可得比例度與放大倍數(shù)KP成反比關(guān)系，即控制器的比例度越小，它的放大倍數(shù)KP就越大，它將偏差（控制器輸入）放大的能力越強(qiáng)；反之亦然。由此可見，比例度和放大倍數(shù)Kp都能表示比例控制器控制作用的強(qiáng)弱，只不過Kp越小，表示控制作用越弱，而

19、越小，表示控制作用越強(qiáng)。2.比例度及其對(duì)控制過程的影響化工儀表及自動(dòng)化圖4-9 比例控制系統(tǒng)過渡過程示意圖液位開始下降作用在控制閥上的信號(hào)進(jìn)水量增加偏差的變化曲線在t=t0時(shí)，系統(tǒng)外加一個(gè)干擾作用簡單水槽的比例控制系統(tǒng)的過渡過程2.比例度及其對(duì)控制過程的影響化工儀表及自動(dòng)化2.比例度及其對(duì)控制過程的影響為什么會(huì)有余差呢？ 原來系統(tǒng)處于平衡，進(jìn)水量與出水量相等，此時(shí)控制閥有意固定的開度，比如說對(duì)應(yīng)于杠桿為水平的位置。當(dāng)t=t0時(shí)，出水量有一階躍增大量，于是液位下降，引起進(jìn)水量增加，只有當(dāng)進(jìn)水量增加到與出水量相等時(shí)才能重新建立平衡，而液位也才不再變化。但是要使進(jìn)水量增加，控制閥必須開大，閥桿必須上

20、移，而閥桿上移時(shí)浮球必然下移。圖4-7簡單的比例控制系統(tǒng)示意圖因?yàn)楦軛U是一種剛性結(jié)構(gòu)，這就是說達(dá)到新的平衡時(shí)浮球位置必定下移，也就是液位穩(wěn)定在一個(gè)比原來穩(wěn)態(tài)值（即給定值）要低得位置上，其差值就是余差?；x表及自動(dòng)化三、比例控制：反應(yīng)快，控制及時(shí)反應(yīng)快，控制及時(shí)：存在余差存在余差 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)較小時(shí)，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈小時(shí)，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。之，比

21、例度就要選大些以保證穩(wěn)定。 結(jié)論結(jié)論化工儀表及自動(dòng)化三、比例控制圖4-10 比例度對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響 （曲線6）比例度越大（即KP越?。^度過程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大。比例度越小，則過渡過程曲線越振蕩。比例度過小時(shí)就可能出現(xiàn)發(fā)散振蕩。當(dāng)比例度大時(shí)即放大倍數(shù)KP小，在干擾產(chǎn)生后，控制器的輸出變化較小，控制閥開度改變較小，被控變量的變化就很緩慢。（曲線5、4）：當(dāng)比例度減小時(shí)，KP增大，在同樣的偏差下，控制器輸出較大，控制閥開度改變較大，被控變量變化也比較靈敏，開始有些振蕩，余差不大?；x表及自動(dòng)化三、比例控制圖4-10 比例度對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響 （曲線3）比例度再減小，控制閥開度改變更

22、大，大到有點(diǎn)過分時(shí)，被控變量也就跟著過分地變化，再拉回來時(shí)又拉過頭，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)激烈的振蕩。 （曲線2）當(dāng)比例度繼續(xù)減小到某一數(shù)值時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，這時(shí)的比例度稱為臨界比例度k。 （曲線1），一般除反應(yīng)很快的流量及管道壓力等系統(tǒng)外，這種情況大多出現(xiàn)在20%時(shí)，當(dāng)比例度小于k時(shí)，在干擾產(chǎn)生后將出現(xiàn)發(fā)散振蕩這是很危險(xiǎn)的?；x表及自動(dòng)化三、比例控制比例控制器適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)，例如中間儲(chǔ)槽的液位、精餾塔塔釜液位以及不太重要的蒸汽壓力控制系統(tǒng)等。工藝生產(chǎn)通常要求比較平穩(wěn)而余差又不太大的控制過程，例如曲線4，一般地說，若對(duì)象的滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大以及放

23、大倍數(shù)較小時(shí)，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。化工儀表及自動(dòng)化四、比例積分控制（PI）1.積分控制積分控制 當(dāng)對(duì)控制質(zhì)量有更高要求時(shí)，就需要在比例控制的當(dāng)對(duì)控制質(zhì)量有更高要求時(shí)，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用?；A(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用。 積分控制作用的輸出變化量p與輸入偏差的變化量e的積分成正比，其關(guān)系式為（4-7）式中，KI代表積分速度，當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A時(shí)，化工儀表及自動(dòng)化p 當(dāng)有偏差存在時(shí)，輸出信號(hào)將隨時(shí)間增長（或減?。 當(dāng)偏差為零時(shí)，輸出才停止變化而穩(wěn)定

24、在某一值上，因而用積分控制器組成控制系統(tǒng)可以達(dá)到無余差。圖4-11 積分控制規(guī)律1.積分控制積分控制四、比例積分控制（PI）化工儀表及自動(dòng)化2.比例積分控制比例積分控制當(dāng)對(duì)象慣性較大時(shí)，被控變量將出現(xiàn)大的超調(diào)量，過渡時(shí)間也將延長，因此常常把比例與積分組合起來，這樣控制既及時(shí)，又能消除余差。比例積分控制規(guī)律可用下式表示 （4-8）經(jīng)常采用積分時(shí)間TI來代替KI，所以式（4-8）常寫（4-9）若偏差是幅值為A的階躍干擾，代入式（4-9）可得化工儀表及自動(dòng)化2.比例積分控制比例積分控制圖4-12比例積分控制器特性在圖中，輸出中垂直上升部分KPA是比例作用造成的，慢慢上升部分 是積分作用造成的，當(dāng)t=

25、TI時(shí)，輸出為2KPA。積分時(shí)間TI越短，積分速度KI越大，積分作用越強(qiáng)。反之，積分時(shí)間越長，積分作用越弱。若積分時(shí)間為無窮大，就沒有積分作用，成為純比例控制器了。化工儀表及自動(dòng)化圖4-13 積分時(shí)間對(duì)過渡過程的影響2.比例積分控制比例積分控制p TI過大，積分作用不明顯，余差消除很慢（曲線3）。p TI小，易于消除余差，但系統(tǒng)振蕩加劇，曲線2適宜，曲線1就振蕩太劇烈了?；x表及自動(dòng)化 積分時(shí)間TI越短，積分速度KI越大，積分作用越強(qiáng)。反之，積分時(shí)間越長，積分作用越弱。若積分時(shí)間為無窮大，就沒有積分作用，成為純比例控制器了。 比例積分控制器它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允

26、許有余差的系統(tǒng)。例如流量、壓力和要求嚴(yán)格的液位控制系統(tǒng)，常常采用比例積分控制器。 比例積分控制器中比例度和積分時(shí)間兩個(gè)參數(shù)均可調(diào)整，當(dāng)對(duì)象滯后很大時(shí)，可能控制時(shí)間較長、最大偏差也較大；負(fù)荷變化過于劇烈時(shí)，由于積分動(dòng)作緩慢，使控制作用不及時(shí)，此時(shí)可增加微分作用。2.比例積分控制比例積分控制化工儀表及自動(dòng)化五、比例微分控制1.微分控制微分控制在自動(dòng)控制時(shí)，這就要求控制器具有微分控制規(guī)律，就是控制器的輸出信號(hào)與偏差信號(hào)的變化速度成正比，即（4-10）式中，TD為微分時(shí)間，為偏差信號(hào)變化速度。 圖4-14 理想微分時(shí)間影響化工儀表及自動(dòng)化2.比例微分控制比例微分控制比例微分控制規(guī)律的輸入輸出關(guān)系式為

27、（4-11）圖4-15比例微分控制器特性微分作用按偏差的變化速度進(jìn)行控制，其作用比比例作用快，而對(duì)慣性大的對(duì)象用比例微分作用按偏差的變化速度進(jìn)行控制，其作用比比例作用快，因而對(duì)慣性大的對(duì)象用比例微分可以改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，節(jié)省控制時(shí)間，微分作用力圖阻止被控變量的變化，有抑制振蕩的效果，化工儀表及自動(dòng)化2.比例微分控制比例微分控制 圖4-16 微分時(shí)間對(duì)過渡過程的影響p 微分作用的強(qiáng)弱用微分時(shí)間來衡量。p TD越大，微分作用越強(qiáng)，p TD越小，微分作用越弱?；x表及自動(dòng)化2.比例微分控制比例微分控制比例微分控制規(guī)律的輸入輸出關(guān)系式為 （4-11）圖4-15比例微分控制器特性微分作用按偏

28、差的變化速度進(jìn)行控制，其作用比比例作用快，而對(duì)慣性大的對(duì)象用比例微分作用按偏差的變化速度進(jìn)行控制，其作用比比例作用快，因而對(duì)慣性大的對(duì)象用比例微分可以改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，節(jié)省控制時(shí)間，微分作用力圖阻止被控變量的變化，有抑制振蕩的效果，化工儀表及自動(dòng)化在實(shí)際的生產(chǎn)中，常將比例、積分、微分三種作用規(guī)律結(jié)合起來，可以更好的控制生產(chǎn)過程。理想的比例積分微分控制規(guī)律，習(xí)慣上也稱PID控制規(guī)律，其輸入輸出之間的關(guān)系式為六、比例積分微分控制（PID）化工儀表及自動(dòng)化六、比例積分微分控制（PID）在階躍信號(hào)輸入作用下，其輸出為比例、積分和微分三部分輸出之和，如圖4-17所示。這種PID控制器吸取了比例

29、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，所以具有較好的控制性能。圖4-17三作用控制器特性化工儀表及自動(dòng)化從控制效果看，PID三作用控制器階躍響應(yīng)特性可以看作是PI和PD響應(yīng)曲線的疊加，它是比較理想的一種控制規(guī)律，但并非任何情況下都可采用PID三作用控制器。六、比例積分微分控制（PID）圖4-18不同組合控制器特性化工儀表及自動(dòng)化第三節(jié)第三節(jié) 模擬式控制器模擬式控制器一、基本構(gòu)成原理及部件一、基本構(gòu)成原理及部件電動(dòng)控制器的基本結(jié)構(gòu)包括比較環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)和放大器三大部分。基本構(gòu)成如圖4-19所示：圖4-19 控制器基本構(gòu)成化工儀表及自動(dòng)化1.比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)的作用是將被控變量的給定值信號(hào)與測量值信號(hào)進(jìn)行比較得到偏差信號(hào)。2.放大器放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)，可以采用高增益的集成運(yùn)算放大器。3.反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)的作用通過由電阻和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端，實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制運(yùn)算的。一、基本構(gòu)成原理及部件化工儀表及自動(dòng)化二、DDZ-III型電動(dòng)控制器 DDZ-型儀表以線性集成電路取代了晶體管電路，采用了安全火花型防爆結(jié)構(gòu)和直流電源集中供電，提高了儀表防爆等級(jí)、穩(wěn)定性和可靠性，滿足了大型化工廠、煉油廠的要求。 DDZ-型控制器的特點(diǎn)如下：