輪機自動化基礎(chǔ)知識以及發(fā)展趨勢

1、輪機自動化基礎(chǔ)知識以及發(fā)展趨勢緒論一、輪機自動化發(fā)展簡史：（1）50年代末以前：單項自動化。（2）50年代末至60年代初：出現(xiàn)機艙集中監(jiān)控 與主機遙控。（3）60年代中期：發(fā)展“無人機艙”。（4）60年代末期：出現(xiàn)了用電子計算機實現(xiàn)自 動化的所謂超自動化船舶。集中控制和分 散控制。（5）70年代末期：出現(xiàn)了采用多臺微型計算機 組成的集中分散式控制系統(tǒng)。（6）80年代之后：發(fā)展輪機高級監(jiān)控技術(shù)。廣泛采用集中分散式控制系統(tǒng)，下位機已采用單片機或可編程控制器。（7）“末來船舶”：一方面用計算機實現(xiàn)船舶動力裝置的最佳控制、自適應(yīng)控制；另一方面用計算機對機艙進行全面技術(shù)的管理。我國從50年代開始研制，直

2、到70年代才取得成績。 “魯班”、“張衡” “?；时逃瘛?“奧斯科倍龍娜”輪機自動化指用各種自動化儀表及控制元件和邏輯元件包括計算機在內(nèi)所組成的各種控制和監(jiān)視系統(tǒng)。輪機自動化包括反饋控制系統(tǒng)、遠距離操作系統(tǒng)、集中監(jiān)視與報警系統(tǒng)、自動開關(guān)與切換系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)。 第一講 輪機自動化基礎(chǔ)知識一 反饋控制系統(tǒng)的基本概念反饋控制系統(tǒng)的作用：把機艙中各種運行參數(shù)如溫度、壓力、液位、粘度等控制在所希望的最佳值上。一、反饋控制系統(tǒng)的組成控制對象測量單元調(diào)節(jié)單元執(zhí)行機構(gòu)常用術(shù)語：給定值、測量值、反饋通道、 前向通道、正偏差、負偏差、 正反饋、負反饋、開環(huán)系統(tǒng)、 閉環(huán)系統(tǒng)。1控制對象：指所要控制的機器、設(shè)備和

3、裝置。 把所要控制的運行參數(shù)叫做被控制量。測量單元：檢測被控量的實際值并把它轉(zhuǎn)換成標準的統(tǒng)一信號，該信號叫被控量的測量值。）氣動控制標準氣壓信號為pa）電動控制標準電流信號010m或420m調(diào)節(jié)單元：具有各種調(diào)節(jié)作用規(guī)律的調(diào)節(jié)器 給定值r 測量值z 偏差值erz 調(diào)節(jié)器的類型：位式調(diào)節(jié)器、比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例微分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)的輸入量是調(diào)節(jié)單元輸出的控制信號，執(zhí)行機構(gòu)的輸出量是調(diào)節(jié)閥的開度。 實際的執(zhí)行機構(gòu)：氣動薄膜調(diào)節(jié)器，三相伺服電機二反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖環(huán)節(jié)滿足條件：）必定有輸入量和輸出量 ）輸出量的變化均取決于輸入量的變化及該環(huán)節(jié)的特性擾動擾動

4、量分類：）外部擾動輪機員無法控制 ）基本擾動輪機員可以控制 3.閉環(huán)系統(tǒng)：控制系統(tǒng)形成一個封閉控制回路的系統(tǒng) 反饋控制系統(tǒng)必定是閉環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)系統(tǒng)：邏輯控制系統(tǒng) 如主機遙控系統(tǒng) 閉環(huán)系統(tǒng)：反饋控制系統(tǒng) 反饋 正反饋：經(jīng)反饋能加強閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)，即使偏差e增大 負反饋：經(jīng)反饋能減弱閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)，即使偏差e減小三、自動控制系統(tǒng)的分類:1按被控參數(shù)的名稱分類： 溫度、壓力、水位等自動控制系統(tǒng)。2按儀表的能源分類： 電、氣、液動式自動控制系統(tǒng)。3按被控參數(shù)給定值的特點分類： 定值控制系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng)4根據(jù)系統(tǒng)元件特性是否線性： 可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。四.自動控制系統(tǒng)的過

5、渡過程1、穩(wěn)定狀態(tài)（靜態(tài)）：被控參數(shù)不隨 時間而變化的平衡狀態(tài)。2、過渡過程（動態(tài)過程）：被控參數(shù) 隨時間而變化的不平衡狀態(tài)。 擾動作用 調(diào)節(jié)作用穩(wěn)態(tài) 動態(tài)過程 穩(wěn)定（平衡） 平衡破壞 （排除擾動）評定控制系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)的指標）四種擾動形式：階躍形式、線性形式、脈沖形式、正弦形式2）控制系統(tǒng)的擾動分兩種情況：外部擾動不變，改變擾動值。被控量繞新的給定值振蕩，最終穩(wěn)定在新的給定值或給定值附近。給定值不變，改變外部擾動。被控量繞原給定值振蕩且最終穩(wěn)定下來。五、自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標:1、最大偏差：是指過渡過程中，被控參數(shù)偏離給定值的最大值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的峰值，以emax

6、表示。2、衰減率：設(shè)A、B為衰減振蕩過程中同相第一、第二兩個波峰的幅度。=（A-B）/A =0 等幅振蕩 =1 非周期衰減過程 0 衰減振蕩 一般希望（即衰減比41）3、靜態(tài)偏差（穩(wěn)態(tài)誤差）：過渡過程結(jié)束 后被控參數(shù)所達到的新穩(wěn)態(tài)值與給定值 之間的偏差。用表示。4、過渡過程時間：從干擾作用發(fā)生起，直 到被控參數(shù)進入新穩(wěn)態(tài)值的2%或5% 的范圍內(nèi)，且不再越出時所經(jīng)歷的時間。 用ts表示。5、振蕩次數(shù)：過渡過程中被控參數(shù)振蕩的 次數(shù)。 穩(wěn)定性（由衰減率來恒量）主要品質(zhì)指標 準確性（靜態(tài)偏差來恒量） 快速性（過渡過程時間恒 量）自動控制系統(tǒng)其他品質(zhì)指標（）上升時間（）峰值時間（）超調(diào)量(小于20)（

7、）振蕩次數(shù)課堂訓(xùn)練1.氣動控制系統(tǒng)中，儀表之間的統(tǒng)一標準氣壓信號是_ A0.020.1MPa B0.210MPa C002014MPa D0.214MPa2. 在柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)中，其控制對象是_。 A淡水泵 B，柴油機 C淡水冷卻器 D三通調(diào)節(jié)閥答案：A，C課堂訓(xùn)練3 在定值控制系統(tǒng)中為確保其精度，常采用_。 A開環(huán)控制系統(tǒng) B閉環(huán)正反饋控制系統(tǒng) C閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng) D手動控制系統(tǒng)4 反饋控制系統(tǒng)中，若測量單元發(fā)生故障而無信號輸出，這時被控量將_。 A保持不變 B達到最大值 C達到最小值 D.不能自動控制答案：C，D課堂訓(xùn)練5 對于自動控制系統(tǒng)，最不利的擾動形式是_。 A階躍輸入

8、B速度輸入 C加速度輸入 D脈沖輸入6 在反饋控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)單元根據(jù)_的大小和方向，輸出一個控制信號。 A給定位 B偏差 C測量值 D擾動量答案：A，B課堂訓(xùn)練7 按偏差控制運行參數(shù)的控制系統(tǒng)是_系統(tǒng)。 A正反饋 B負反饋 C邏輯控制 D隨動控制8 一個控制系統(tǒng)比較理想的動態(tài)過程應(yīng)該是_。 A衰減振蕩 B等幅振蕩 C發(fā)散振蕩 D非周期過程答案：B，A1自動控制系統(tǒng)的基本方式2反饋控制系統(tǒng)的基本組成及其方框圖，反饋控制系統(tǒng)的基本工作過程3反饋的基本概念，為了消除控制系統(tǒng)的偏差，應(yīng)采用什么反饋形式？ 思考題第二講 控制對象的特性 控制對象也稱被控對象，是反饋控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)之一，研究控制對象的

9、特性具有重要的理論和實踐意義，如判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性和為控制系統(tǒng)選擇核實的控制儀表以及控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整等。（1）何謂控制對象的特性？ 是指對象在受到干擾作用或調(diào)節(jié)作用后，被控參數(shù)是如何變化的，變化的快慢及最終變化的數(shù)值。（2）何謂控制對象的輸入、輸出量？ 干擾作用和調(diào)節(jié)作用為對象的輸入量； 被控參數(shù)為對象的輸出量。 干擾作用 被控參數(shù) 干擾通道 調(diào)節(jié)作用 被控參數(shù) 調(diào)節(jié)通道（3）何謂單容和多容控制對象一單容控制對象的動態(tài)特性定義：只有一個存儲物質(zhì)或能量容積的控制對象1容量系數(shù)C:被控量變化一個單位其容量的變化量 容積系數(shù) Cdv/dh=d(F*h)/dh=F 可見相同的被控量變化，C大，對象儲存

10、能力大，C小，對象儲存能力小。2阻力系數(shù)R：推動物質(zhì)或能量運動的動力與因此而產(chǎn)生的物質(zhì)或能量的流量之比。 對于單容水柜，水經(jīng)閥B做層流運動，那么 R=h/Q;若是紊流運動，則R不再是常熟。 3. 單容控制對象的階躍響應(yīng) 單容控制對象的階躍響應(yīng)是按指數(shù)規(guī)律變化的，被控量不能突變。 我們常把控制對象的階躍響應(yīng)曲線稱為飛升曲線。階躍飛升曲線 由此可見，單容控制對象的特性參數(shù)：4.放大系數(shù)K5.時間常熟T4放大系數(shù)：控制對象受到階躍擾動后，被控量從初始平衡狀態(tài)達到新穩(wěn)態(tài)值的變化量，把擾動量所放大的倍數(shù)。 K值大小反應(yīng)系統(tǒng)的靈敏度。5時間常數(shù)： 1)反映控制對象慣性大小的一個重要的動態(tài)參數(shù) 2)物理意義

11、1：從對控制對象施加階躍擾動的瞬間開始，被控量以最大的變化速度變化到新穩(wěn)態(tài)值所需要時間 3)物理意義2：控制對象受到階躍擾動后，被控量變化到新穩(wěn)態(tài)值的，所需要的時間 4)T的幾何意義：以初始斜率為斜率所作切線與新穩(wěn)態(tài)值的交點所對應(yīng)的時間。 5）控制對象受到階躍擾動后，被控量變化到新穩(wěn)態(tài)所需要的時間 t=4T阻力系數(shù)和容量系數(shù)對控制對象特性的影響 1)條件相同時：改變?nèi)萘肯禂?shù)，則時間常數(shù)T要改變，K值不變；液阻相同，截面積不同時的飛升曲線。2)條件相同時：改變阻力系數(shù)則T和K都要變化。截面積相同，液阻相同時的飛升曲線。6遲延: 1)純遲延：由于執(zhí)行機構(gòu)距控制對象有一定的距離，物質(zhì)或能量經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)

12、流到控制對象需要一定的時間，該時間稱純遲延。 2)容積遲延(多容控制對象) 3)遲延對控制系統(tǒng)不利 4)遲延是不可能消除的，只能在控制系統(tǒng)的布置上盡量減少遲延。純遲延：二多容控制對象的動態(tài)特性控制對象的特性參數(shù)1)K反映控制對象對擾動的敏感程度2)T反映控制對象慣性大小3)反映被控量變化的延遲時間三控制對象的自平衡能力1.自平衡率：被控量變化一個單位，其需要擾動量的變化量1/K2.反映速度：控制對象受到階躍擾動后，被控量的最大變化速度與擾動量之比單容控制對象K/T3.無自平衡能力的控制對象 1）出口帶離心泵的水柜 2）控制量為水位的輔鍋爐控制系統(tǒng)課堂訓(xùn)練1.閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖中，輸入量為偏差，輸

13、出為控制信號，則該環(huán)節(jié)是_。 A調(diào)節(jié)單元 B測量單元 C執(zhí)行機構(gòu) D控制對象2. 船舶柴油機燃油粘度控制系統(tǒng)是_。 A定值控制系統(tǒng) B隨動控動系統(tǒng)C程序控制系統(tǒng) D開環(huán)控制系統(tǒng)答案：A，A課堂訓(xùn)練 3.有一單容控制對象，時間常數(shù)T大，當它受到階躍擾動后_。 A被控量達到新穩(wěn)態(tài)值變化量大 B被控量達到新穩(wěn)態(tài)值變化量小 C被控量變化慢，飛升曲線平坦 D被控量變化快，飛升曲線陡4. 有一控制對象受到擾動后，被控量變化快，且達到新穩(wěn)態(tài)值變化量大，其_。AT大，K小 BT小， K小 CT小，K大 DT大，K大答案：C，C課堂訓(xùn)練 5.一個單容水柜原處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)將出口閥關(guān)小，則其自平衡率將_。 A逐漸

14、增大 B逐漸減小 C與出口閥開度無關(guān) D不變化6.在以下系統(tǒng)中，屬于開環(huán)控制系統(tǒng)的是_。 A主機遙控換向邏輯回路 B燃油粘度自動控制系統(tǒng) C主機冷卻水溫度自動控制系統(tǒng) D船舶自動舵控制系統(tǒng)答案：B，A1.有一單容控制對象，被控量是h，試分別寫出它受到一個u的階躍擾動瞬間，輸出量Y及輸出量變化速度的表達式，并說明這兩個表達式的物理意義，畫出飛升曲線。思考題第三節(jié) 調(diào)節(jié)器的作用規(guī)律 e 調(diào)節(jié)器 P P= f（e） e0，P0，正作用調(diào)節(jié)器； e0，P0，反作用調(diào)節(jié)器。 比例P三種基本調(diào)節(jié)規(guī)律 積分I 組成5種實用調(diào)節(jié)規(guī)律： 微分D 雙位調(diào)節(jié)規(guī)律、比例調(diào)節(jié)規(guī)律P、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律PI、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)

15、律PD、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律PID。 一位式作用規(guī)律輔鍋爐浮子式水位雙位控制系統(tǒng) 被控量范圍emin（t） e（t）HPsrPePsc-比較環(huán)節(jié)氣動儀表的組成原理放大作用，要求較高靈敏度和較高輸出功率比較作用，輸入和輸出信號比較信號的運算作用1、放大環(huán)節(jié)1）噴嘴擋板機構(gòu)2） 氣動功率放大器二級氣動功率放大器二級功率放大器起步壓力的調(diào)整2、反饋環(huán)節(jié)1）、節(jié)流分壓器1、節(jié)流分壓器即節(jié)流通室，由可調(diào)氣阻RF、流通氣室和恒氣阻R串聯(lián)。 如果氣體密度在氣阻前后保持不變，有:P1=RP0/(RF+R)=K*P0K為分壓系數(shù) 實現(xiàn)的是比例作用規(guī)律，由可調(diào)氣阻RF來調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例帶1/K的大小節(jié)流通室：改變

16、Rv起著比例調(diào)節(jié)作用，改變Po起著積分調(diào)節(jié)作用。分壓、減壓作用(P1-P2)/Rv=（P2-P3）/Rd=q2）、節(jié)流盲室節(jié)流盲室的特性曲線圖PPiP00Tt 節(jié)流盲室實現(xiàn)的是積分作用規(guī)律，可調(diào)氣阻R來調(diào)整調(diào)節(jié)器的積分時間。特性是一階慣性環(huán)節(jié)，T=RC為該環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。3、比例慣性環(huán)節(jié) 比例慣性環(huán)節(jié)是有彈性氣室、波紋管E1 、可調(diào)氣阻R及連接管路組成。 比例慣性環(huán)節(jié)實現(xiàn)微分調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)氣阻R可整定微分時間。PsrERPscE1比例慣性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖比例慣性環(huán)節(jié)充氣過程曲線4.比較環(huán)節(jié) 氣動儀表中，常對兩個以上的信號進行綜合比較。常按三種原理比較：位移平衡原理力平衡原理力矩平衡原理位移平衡原

17、理力平衡原理力矩平衡原理課堂訓(xùn)練1.片簧是屬于_元件，其作用是：A彈性支承元件，用于調(diào)整彈性敏感元件的初始位置B. 彈性支承元件，用于調(diào)整儀表的量程C. 彈性敏感元件，用于產(chǎn)生與軸向推力成比例的位移D. 彈性敏感元件，用于對作用力信號產(chǎn)生延時2.由于安裝不慎使波紋管并圈，將可能使_：A.波紋管的有效面積增大 B.波紋管的有效面積減小C.波紋管動作的靈敏度提高 D.波紋管線性的位移量增大答案：A，B做做看課堂訓(xùn)練3.在儀表中，彈簧管的作用是_:A. 把被控量的測量值轉(zhuǎn)變成位移信號 B. 調(diào)整儀表的零點C. 把被控量的給定值轉(zhuǎn)變成位移信號 D. 調(diào)整儀表的量程4.在節(jié)流元件中，變節(jié)流孔不包括_A.

18、 圓錐一圓錐式 B. 圓柱一圓錐式 C. 小孔式恒節(jié)流孔 D. 圓球一圓錐式答案：A，C做做看課堂訓(xùn)練5.在噴嘴擋板機構(gòu)中，氣源至背壓室之間的節(jié)流元件是屬于_A圓錐一圓錐式節(jié)流孔 B圓球一圓錐式節(jié)流孔C圓柱一圓錐式節(jié)流孔 D恒節(jié)流孔6.在氣體容室中，把氣體流量G作為輸入量，把氣室中壓力作為輸出量，則氣體容室屬于_A比例環(huán)節(jié) B微分環(huán)節(jié) C積分環(huán)節(jié) D慣性環(huán)節(jié)答案：D ,B做做看課堂訓(xùn)練7.在氣動儀表的反饋環(huán)節(jié)中，應(yīng)包括_：測量單元 給定單元 執(zhí)行機構(gòu) 節(jié)流分壓器 節(jié)流盲室 比例慣性環(huán)節(jié)A. B. C. D. 8.在氣動儀表中，節(jié)流盲室的作用是_A可調(diào)整儀表的零點 B可調(diào)定調(diào)節(jié)器的微分時間C可調(diào)

19、整儀表的量程 D可整定調(diào)節(jié)器的積分時間答案：C,D做做看課堂訓(xùn)練9.在氣動儀表中，噴嘴擋板機構(gòu)的輸出是屬于_A.放大環(huán)節(jié) B.反饋環(huán)節(jié) C控制環(huán)節(jié) D.比較環(huán)節(jié)10.在氣動儀表中，位移平衡原理的機構(gòu)是屬于_A.放大環(huán)節(jié) B.比較環(huán)節(jié) C.控制環(huán)節(jié) D.反饋環(huán)節(jié)答案：A，B做做看思考題：1.彈性元件有哪幾種，各起什么作用? 2噴嘴擋板機構(gòu)有哪幾部分組成?試畫出其靜特性曲線，并標明其工作段。3.在氣動儀表中，比例慣性環(huán)節(jié)是怎樣實現(xiàn)的?它常置于儀表的什么環(huán)節(jié)中?起什么作用?第三節(jié) 調(diào)節(jié)器的作用規(guī)律 e 調(diào)節(jié)器 P P= f（e） e0，P0，正作用調(diào)節(jié)器； e0，P0，反作用調(diào)節(jié)器。 比例P三種基本

20、調(diào)節(jié)規(guī)律 積分I 組成5種實用調(diào)節(jié)規(guī)律： 微分D 雙位調(diào)節(jié)規(guī)律、比例調(diào)節(jié)規(guī)律P、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律PI、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律PD、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律PID。 一位式作用規(guī)律輔鍋爐浮子式水位雙位控制系統(tǒng) 被控量范圍emin（t） e（t） emax（t）,執(zhí)行機構(gòu)p(t)=0或1雙位式調(diào)節(jié)器之壓力開關(guān)當輸入壓力達到下限值時，靜觸電3接通；當輸入壓力達到上限值時，靜觸電1接通；當輸入壓力在上下限之間時，調(diào)節(jié)器輸出狀態(tài)不變。給定彈簧預(yù)緊力下限壓力幅差彈簧預(yù)緊力上限壓力3、特點： 被控參數(shù)不可能穩(wěn)定在某一數(shù)值，只能在給定值上、下作小范圍的等幅振蕩。4、適用范圍： 只適用于允許被調(diào)參數(shù)以一定幅度上、下波動，

21、且被控對象的時間常 數(shù)較大，滯后時間較小的場合。二比例作用規(guī)律比例作用的控制過程一、概念：調(diào)節(jié)器的輸出P與偏 差輸入e 成正比。P=KPe， KP為調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。et KP P ，則KP大比例作用強。當輸入e不變 KP ，P ， 則KP小比例作用弱。Pt比例帶1)定義：調(diào)節(jié)器的相對輸入量與相對輸出量之比的百分數(shù)2)公式:PB()=R/K100%R是量程系數(shù)，對于指定的調(diào)節(jié)器，R為常數(shù)；對于單元組合儀表，因采用統(tǒng)一的標準信號，R=1，則PB=1/KP100%。顯然比例帶PB與比例系數(shù)成反比。 3)比例帶的物理意義：比例帶越小，比例作用越強；比例帶越大，比例作用越弱。4）比例帶對動態(tài)過程的影響

22、5）比例控制的特點調(diào)節(jié)迅速調(diào)節(jié)結(jié)束后具有靜態(tài)偏差，是不可克服的缺點。6）適用范圍： 適用于干擾較小，對象滯后較小，時間常數(shù)較大的調(diào)節(jié)對象，此時選PB小些，使靜態(tài)偏差不致太大，同時又能保證控制過程有足夠的穩(wěn)定性。二、氣動比例調(diào)節(jié)器控制的冷卻水溫度控制系統(tǒng)（間接作用式）1.氣動比例調(diào)節(jié)溫度自動控制系統(tǒng)以TQWQ型為例：該氣動溫度調(diào)節(jié)是通過溫包的測量單元、杠桿比例調(diào)節(jié)機構(gòu)及顯示單元裝在一個殼體內(nèi)。屬于氣動基地式儀表。 這個系統(tǒng)還采用了按力矩平衡原理工作的比例調(diào)節(jié)器。 定值控制系統(tǒng)，給定值不變，P入=0就是給定值，穩(wěn)態(tài)時，力矩平衡；3、參數(shù)的調(diào)整及故障分析（1）給定值：通過調(diào)整定制彈簧6的預(yù)緊力來實現(xiàn)

23、的。（2）比例作用強弱是通過左右移動反饋波紋管、改變負反饋強度來實現(xiàn)的。3、參數(shù)的調(diào)整及故障分析（3）常見故障若發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度不可控制地升高時，故障的最大可能性是測量波紋管3或其壓力傳輸管路發(fā)生泄露；若發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度不可控制地降低時，故障的最大可能性是噴嘴擋板機構(gòu)的恒節(jié)流孔堵塞；若冷卻水的溫度不可控地隨柴油機負荷的變化而變化，則可能是活塞11卡牢在汽缸中。三比例積分作用規(guī)律1.積分作用規(guī)律 1、概念：調(diào)節(jié)器的輸出P與偏差輸入e 對時間的積分成正比。 P =KIedt KI 為積分速度。當調(diào)節(jié)器的偏差輸入e為常數(shù)A時： P=KIedt= KI A t e P t t只要偏差存在，積分調(diào)節(jié)器的輸出

24、是隨著時間不斷增大，直到最大值，即輸出信號產(chǎn)生飽和。1）積分調(diào)節(jié)器實例分析積分作用規(guī)律1)優(yōu)點：積分作用規(guī)律使被控量能穩(wěn)定在給定值上，消除靜態(tài)偏差。2)缺點：對被控量控制不及時；系統(tǒng)振蕩大，穩(wěn)定性差。3)實際應(yīng)用中很少使用純積分作用，而是采用比例積分作用規(guī)律。積分比例比例積分作用規(guī)律1、概念：即具有調(diào)節(jié)及時的比例調(diào)節(jié)規(guī)律，又具有消除靜差的積分調(diào)節(jié)規(guī)律。1)K(PB=1/K) K是衡量比例作用強弱的參數(shù)，實際控制中，采用比例帶。2)Ti(積分時間)(1)Ti越小，積分輸出達到比例大，積分作用越強；Ti越大，積分作用弱。(2)積分時間的物理意義輸入一個階躍偏差后積分輸出等于比例輸出所需的時間就是積

25、分時間(3) Ti值不能準確地整定，寧大勿小(4)范圍在3s到20min之間2）積分調(diào)節(jié)器特點可以消除靜差，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。振蕩性強，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。3）積分時間對動態(tài)過程的影響Ti調(diào)小，比例作用加強，1）振蕩加劇，穩(wěn)定性變差。2）最大動態(tài)偏差基本不變。3) 振蕩時間延長。4)比例帶和積分時間的調(diào)整PI調(diào)節(jié)器有兩個旋鈕，一個調(diào)整比例帶，一個調(diào)整積分時間。比例帶要求比純比例高20Ti寧大勿小。增加系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差的時間。5）比例積分作用規(guī)律的特點調(diào)節(jié)迅速實現(xiàn)了無差調(diào)節(jié)振蕩性加強氣動PI調(diào)節(jié)器實例四比例微分作用規(guī)律1.微分作用能預(yù)示控制對象受擾動的猛烈程度，能在偏差出現(xiàn)之前，提前改變調(diào)節(jié)閥的開度。實

26、際微分與理想微分調(diào)節(jié)作用比較：微分作用的特點優(yōu)點：a）具有超前調(diào)節(jié)的特點；b）具有抑制振蕩的效果，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。C）最大動態(tài)偏差小，調(diào)節(jié)過程結(jié)束得快。d）只適用于慣性較大的系統(tǒng)。缺點： 對靜差無特別作用:比例微分調(diào)節(jié)器與比例調(diào)節(jié)器一樣，不能消除靜態(tài)偏差。2、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律PD：1、概念： 理想的比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律，其表達式為： 式中：Kp比例系數(shù)；Td微分時間； de/dt偏差的變化速度；4.微分時間的意義及輸出特性 微分作用時間的大小是衡量微分作用強弱的參數(shù)。5）、微分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響： 若Td過小，微分作用弱，系統(tǒng)質(zhì)量改善不顯著。 若Td過大，微分作用強，反而引起小幅度振

27、蕩。 若Td為零，無微分作用，只有比例作用。6.比例微分調(diào)節(jié)器的特點在比例作用的基礎(chǔ)上，加微分作用；比例作用主要，決定調(diào)節(jié)閥的開度的變化量；調(diào)節(jié)迅速性。微分作用輔助，起超前控制作用。偏差抑制性。7.比例帶和微分時間的調(diào)整氣動比例微分調(diào)節(jié)器五比例積分微分作用規(guī)律調(diào)節(jié)器是控制系統(tǒng)中最理想的調(diào)節(jié)單元。概念： 把比例、積分和微分調(diào)節(jié)規(guī)律組合在一起，可構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律PID。 其數(shù)學(xué)表達式為： =Pp + PI + PD2.輸出特性3.比例積分微分調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定 PB比例帶 Ti積分時間 Td微分時間 Ti(45) Td4）比例積分微分特點及應(yīng)用場合適用于對象容量滯后和慣性大，不允許有靜差的系

28、統(tǒng)。不使用液位系統(tǒng)。一.QTM-23J型氣動PID調(diào)節(jié)器1.結(jié)構(gòu)和工作原理以QTM-23J型氣動PID調(diào)節(jié)器為例，講述PB、Ti、Td的調(diào)整方法。比較環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)：微分部分：測量波紋管K（微分部分）、負反饋波紋管L、平衡杠桿1。 比例積分部分：測量波紋管F、給定波紋管G、負反饋波紋管E、正反饋波紋管H以及平衡杠桿6。結(jié)構(gòu)組成及工作過程放大環(huán)節(jié)：微分部分：擋板2、噴嘴3、恒節(jié)流孔7構(gòu)成的噴嘴 比例積分部分：擋板4、噴嘴5、恒節(jié)流孔9構(gòu)成的噴嘴擋板機構(gòu)和耗氣型放大器8串聯(lián)而成的二級功率放大器。反饋環(huán)節(jié)：比例閥RF，恒氣阻Rf和管路構(gòu)成節(jié)流 分壓器；積分閥R1和氣容J構(gòu)成的節(jié)流盲室。

29、彈性氣容Cd和微分閥Rd構(gòu)成的比例慣性環(huán)節(jié)。由力矩平衡原理工作 控制對象受擾動，變化的測量信號先經(jīng)微分部分再到比例積分部分。工作原理主要部件的作用微分時間由Rd開度決定比例作用是P出的三路反饋。積分作用通過節(jié)流盲室的正反饋實現(xiàn)。1：1跟蹤器12為節(jié)流通室提供節(jié)流通道，同時防止調(diào)節(jié)器產(chǎn)生振蕩。比例帶PBRf 開大RfPB小比例作用強微分時間TdRd 開大RdTd小微分作用弱積分時間TiRi 開大RiTi小積分作用強調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)整二、NAKAKITA型PID調(diào)節(jié)器1.結(jié)構(gòu)和工作原理比較環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)根據(jù)位移平衡原理實現(xiàn)PID控制燃油粘度小于給定值，則：彈簧管收縮HED桿和HEM桿順時針轉(zhuǎn)動D點左移BO桿左移OO繞O點逆時針轉(zhuǎn)動，擋板靠近噴嘴，背壓升高。（反作用式調(diào)節(jié)器）然后經(jīng)反饋環(huán)節(jié)實現(xiàn)PID控制。工作原理調(diào)整比例帶 轉(zhuǎn)動比例帶盤積分時間 積分閥開度大Ti短，作