控制規(guī)律與控制器

第八、九章控制規(guī)律與控制器控制器的作用控制規(guī)律控制器集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線小結(jié)幾個概念：２給定值：工藝上對被控變量的期望值。符號Sv,Ps/Hs/Ts/Qs１被控變量：工藝需要控制的變量4偏差：給定值與測量值之差，符號用Dv或e表示，３測量值：變送器的輸出，測得的被控變量值。符號Pv

５操縱值：控制器的輸出，執(zhí)行器的輸入。符號Mv6操縱變量：執(zhí)行器的輸出，被控對象的輸入。通常為Q７干擾：是一種對系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生不利影響的信號。如果擾動產(chǎn)生在系統(tǒng)內(nèi)部稱為內(nèi)擾；擾動產(chǎn)生在系統(tǒng)外部，則稱為外擾。

第一節(jié)自動控制系統(tǒng)組成及分類第一節(jié)控制器的作用若Pv>Sv，正偏差；

Pv<Sv，負偏差。無干擾即：Pv=Sv

，Dv=0，控制器輸出不變(穩(wěn)態(tài))。返回控制點：當控制點偏差：當控制精度：當?shù)谝还?jié)控制器的作用無干擾穩(wěn)態(tài)時：

關(guān)心ΔMv應(yīng)如何變化？而不是Mv

?？刂泣c偏差：控制精度：

△Mv=0，即控制器輸出不變時，測量與給定的差值。當△Mv=0時，ΔMv大小和方向由控制規(guī)律所決定。返回如何控制調(diào)節(jié)閥?第一節(jié)控制器的作用控制規(guī)律所研究的內(nèi)容：

當Pv≠Sv時，Mv相對于Mv0有一變化量△Mv，使執(zhí)行器產(chǎn)生控制作用，Pv→Sv，即克服偏差。以前的Dv當前的Dv

今后的Dv(發(fā)展趨勢,預(yù)測)控制規(guī)律：自適應(yīng)、預(yù)估、模糊控制算法、PID算法等。最常用是PID算法，由基本控制規(guī)律組成。P、PI、PD、PID，統(tǒng)稱PID控制。即：△Mv與Dv隨時間變化的關(guān)系。返回第二節(jié)控制規(guī)律一、比例控制規(guī)律定義：控制器的輸出變化量與輸入偏差

Dv成比例。

KP—比例增益；

Kp↑→ΔMv↑→控制作用↑Dv↑→△Mv↑

KP有量綱，工程上將其轉(zhuǎn)換成一個無量綱的量：比例度PB返回當前的Dv

最簡單的

決策是：

第二節(jié)控制規(guī)律比例度PB：對于變送器、控制器、執(zhí)行器均采用標準信號4-20mA時：

Mv變化范圍=Pv

變化范圍

故：PB↑→Kp↓→比例控制作用↓返回第二節(jié)控制規(guī)律第二節(jié)控制規(guī)律特點：

1.KP↑(PB↓)→△Mv↑，即：比例控制作用越強。

2.△Mv只與當前的Dv有關(guān)，動作迅速，作用及時。

適用于滯后小，負荷變化小，對余差無要求的場合。3.穩(wěn)定時。但因Mv

≠Mv0，ΔMv=KPDv，則Dv(∞)≠0，

即必然存在余差。

KP↑→余差C↓如：中間儲罐或精餾塔塔釜液位等

。返回但KP過大，系統(tǒng)易發(fā)生震蕩。第二節(jié)控制規(guī)律二、積分與比例積分控制規(guī)律（一）積分控制規(guī)律I

TI—積分時間。3.

TI↑→積分作用↓，

TI→∞，積分作用為零。

特點：

1.△Mv與Dv積分成比例，Dv存在，輸出隨時間變化，直到Dv=0，Mv穩(wěn)定，故可消除余差。

2.動作緩慢不及時，一般不單獨采用。

定義：△Mv與偏差Dv存在時間成正比。

階躍偏差作用下：

返回比例作用只與當前時刻Dv有關(guān)，考慮到以前的Dv情況：

第二節(jié)控制規(guī)律（二）比例積分控制規(guī)律PI

階躍偏差作用下：

積分時間：階躍偏差作用下，積分作用輸出達到比例作用

輸出所用的時間。返回第二節(jié)控制規(guī)律1.P動作快，I消除余差。特點：

適用滯后小，負荷小，不允許有余差的場合。如：壓力、流量或不允許有余差的液位控制

。3.TI↓→積分作用↑→系統(tǒng)穩(wěn)定性↓。

2.Ti→∞時，積分作用趨于零，PI→P

。

容量滯后(對象特性中的時間常數(shù)T)：因物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力所致。返回4.加入積分作用后，積分存在滯后，所以對于溫度、成分等容量滯后較大對象，采用PI控制過渡過程時間較長，最大偏差加大，雖最終可消除偏差，但控制質(zhì)量較差。第二節(jié)控制規(guī)律三、微分與比例微分控制規(guī)律（一）微分控制規(guī)律DTD—微分時間；返回定義：

△Mv與輸入偏差Dv變化速度成正比。

P只與當前時刻Dv有關(guān)，I考慮到以前的Dv情況,預(yù)測到以后的Dv發(fā)展變化趨勢，提前控制：第二節(jié)控制規(guī)律返回第二節(jié)控制規(guī)律1.

TD↑→微分作用↑3.對恒定偏差不起作用:Dv存在，但Dv=常數(shù)，dDv/dt=0，則ΔMv=0，不能克服靜偏差，有余差。特點：

返回2.根據(jù)Dv變化趨勢，進行超前控制，具有預(yù)測作用。

故無法單獨使用。4.微分作用對測量噪聲有放大作用。

第一節(jié)控制規(guī)律當Dv=at時，△MV的響應(yīng)如右圖所示特點：

1P與D的綜合。P動作快，D超前動作。

，

，

23因微分作用對恒定偏差不起作用，所以對純滯后對象無效。

適用于：溫度、成分等容量滯后的對象，且無余差要求。不適用于：純滯后對象。4微分作用對測量噪聲有放大作用，所以微分作用不宜太強。

（二）比例微分控制規(guī)律PD返回TD對過渡過程的影響:TD增大,微分作用增強，調(diào)節(jié)時間減小，最大偏差減小，穩(wěn)定性增強。TD減小,微分作用減弱。第二節(jié)控制規(guī)律四、比例積分微分控制規(guī)律(PID)

特點：

1.集中PID優(yōu)點，具有“超前”作用，可消除余差，快速及時，控制質(zhì)量提高。

2.實際控制系統(tǒng)并非PID最好。實際系統(tǒng)的控制規(guī)律、參數(shù)設(shè)定與具體的控制對象特性有關(guān)：如：流量控制系統(tǒng)PI；溫度控制系統(tǒng)用PD。TD→0，PITI→∞，PDTD→0，TI→∞，P返回第二節(jié)控制規(guī)律控制方案確定后，各環(huán)節(jié)特性即確定。控制器：

儀表（模擬調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器）

計算機（PLC、DCS、FCS）等，

無論何種控制器，均具有相同的基本控制功能。需通過控制器實現(xiàn)。返回控制質(zhì)量主要取決于控制器的控制規(guī)律（P、PI、PID）選擇和控制器參數(shù)(KP、TD、TI)

設(shè)置。

第三節(jié)控制器控制器的基本功能：1.控制運算：常規(guī)PID、自整定PID、自適應(yīng)等。

2.顯示功能：偏差、輸出、測量值、給定值及編程參數(shù)等。

3.內(nèi)、外給定選擇與提供內(nèi)給定信號：

內(nèi)給定：由控制器內(nèi)部設(shè)置，用于定值控制系統(tǒng)；外給定：來自外部輸入，多用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。返回第三節(jié)控制器返回第三節(jié)控制器4.控制器正、反作用選擇（實現(xiàn)控制系統(tǒng)的閉環(huán)負反饋）

Dv＞0時，若△Mv＞0，即：Mv↑，控制器為正作用；(Pv>Sv)

若△Mv＜0，即：Mv↓，控制器為反作用。

Dv＜0時，若△Mv＞0，則控制器為反作用；

(Pv<Sv)

若△Mv＜0

，為正作用。正反作用可根據(jù)控制要求選擇，選定后不隨偏差而改變。返回正作用：

反作用：

相對于控制點

第三節(jié)控制器5.手/自切換與手動操作

自動：控制器輸出Mv根據(jù)控制規(guī)律隨Dv變化而變；

手動：控制器輸出Mv與Dv無關(guān)，此時控制規(guī)律無效。直接由手動操縱Mv，類似直接手調(diào)閥門開度。

返回手操功能必不可少，在自動控制系統(tǒng)剛投入運行時，往往先進行手動操作來改變控制器輸出信號，等到系統(tǒng)基本穩(wěn)定后再切換為自動運行。當控制器的自動部分失靈后，也必須切換到手動狀態(tài)。

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