過程控制課件第一章模擬調(diào)節(jié)器

第一章

模擬調(diào)節(jié)器第一章模擬式控制器第一節(jié)控制器的運算規(guī)律和構成方式第二節(jié)基型控制器第三節(jié)特種控制器和附加單元模擬式控制器第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法

第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法一、概述1、偏差定義：

調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥對象測量變送器XS(t)X(t)Y(t)f單回路控制系統(tǒng)方框圖ΔX第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法2、何謂調(diào)節(jié)規(guī)律？

調(diào)節(jié)器的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律。

調(diào)節(jié)器輸入偏差輸出變化量第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法3、調(diào)節(jié)規(guī)律的表示方法不同的儀表，輸入、輸出信號的量綱不同，為了用一個統(tǒng)一的式子來表示調(diào)節(jié)器的特性，信號用相對量表示。調(diào)節(jié)器輸入偏差輸出變化量調(diào)節(jié)器輸入偏差輸出變化量第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法二、PID調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律（一）比例調(diào)節(jié)規(guī)律PtYtXXKPX1、比例度（比例帶）實際調(diào)節(jié)器中常用比例度δ來表示比例作用的強弱。第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法２、P調(diào)節(jié)特性（１）調(diào)節(jié)及時，但有余差；（２）增大KP（減小δ）比例作用增強，可減小余差；（３）適用于干擾較小，允許有余差的場合。第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法（二）積分調(diào)節(jié)規(guī)律（I）

tXXtY特點：１、能消除余差，但動作緩慢，調(diào)節(jié)不及時；２、減小TI,積分作用增強；３、適用于干擾較小，不允許有余差的場合。第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法（三）微分調(diào)節(jié)規(guī)律D特點：１、與偏差的變化速度成正比，具有超前調(diào)節(jié)作用，穩(wěn)態(tài)無輸出；２、增大TD,可使微分作用增強；３、用于變化較慢的參數(shù)調(diào)節(jié)（如溫度、成份）。ttXYX=atΔy=TDa第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法（四）PI運算規(guī)律１、理想PI調(diào)節(jié)器的特性tXXtY調(diào)節(jié)器的輸出Δy可表示為比例作用的輸出Δyp與積分作用的輸出ΔyI之和：Δy=Δyp+ΔyI其中：第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法問題：如何測量積分時間？

tY在階躍信號作用下：即：在階躍信號的作用下，積分作用的輸出值變化到等于比例作用的輸出值所經(jīng)歷的時間，就是積分時間。第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法2、實際PI調(diào)節(jié)器的特性在階躍信號的作用下，利用拉氏反變換可求得實際PI調(diào)節(jié)器的輸出隨時間變化的表達式為：第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法實際PI調(diào)節(jié)器的階躍響應特性如圖：ttXXYKPXKPKIX積分增益KI的意義：在階躍信號的作用下，PI調(diào)節(jié)器輸出變化的最終值與初始值之比：開環(huán)增益K的意義：在階躍信號的作用下，PI調(diào)節(jié)器輸出變化的最終值與輸入值之比：第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法3、控制點偏差與調(diào)節(jié)精度由于實際PI調(diào)節(jié)器的積分增益不是無窮大，當調(diào)節(jié)器的輸出穩(wěn)定在某一值時，測量值與給定值之間依然存在偏差，這種偏差稱為控制點偏差。調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥對象測量變送器XS(t)X(t)Y(t)f單回路控制系統(tǒng)方框圖ΔXεΔY第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法控制點最大偏差的相對變化值即為調(diào)節(jié)精度：調(diào)節(jié)精度表征了調(diào)節(jié)器消除余差的能力。KI越大，調(diào)節(jié)精度越高。第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法（五）PD運算規(guī)律１、理想PD調(diào)節(jié)器的特性XYX=atΔyD=KPTDaΔyp=KPat調(diào)節(jié)器的輸出Δy可表示為比例作用的輸出Δyp與微分作用的輸出ΔyD之和：Δy=Δyp+ΔyD=Kpat+KPTDa =Kpa(t+TD)第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法問題：如何測量微分時間？

在斜坡信號作用下：Δy=Δyp+ΔyD=Kpat+KPTDa令：Δyp=ΔyD則：t=TDtYXX=at即：在斜坡信號的作用下，微分作用的輸出值變化到等于比例作用的輸出值所經(jīng)歷的時間，就是微分時間。第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法2、實際PD調(diào)節(jié)器的特性在階躍信號的作用下，利用拉氏反變換可求得實際PD調(diào)節(jié)器的輸出隨時間變化的表達式為：第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法實際PD調(diào)節(jié)器的階躍響應特性如圖：tXXYt微分增益KD的意義：在階躍信號的作用下，PD調(diào)節(jié)器輸出變化的初始值與最終值之比：微分增益愈大，微分作用愈接近理想。在電動調(diào)節(jié)器中，一般取KD=5~10當KD=1,等同于純比例作用；當KD<1,微分作用反而減弱，這時稱為反微分。在噪聲較大的系統(tǒng)中，反微分能起到較好的濾波效果。第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法實際PD調(diào)節(jié)器中，微分時間如何測定？Y在階躍信號的作用下,實際PD調(diào)節(jié)器的輸出從最大值下降了微分輸出幅度的63.2%所經(jīng)歷的時間,就是TD/KD,乘上微分增益即為微分時間TD.第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法(六)PID運算規(guī)律１、理想PID調(diào)節(jié)器的特性tXXtY注：微分方程中的Y為增量，若用實際輸出值y表示，則：第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法2、實際PID調(diào)節(jié)器的特性在階躍信號的作用下，利用拉氏反變換可求得實際PID調(diào)節(jié)器的輸出隨時間變化的表達式為：F—干擾系數(shù)第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法階躍響應曲線如圖：Y第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法三、基本調(diào)節(jié)規(guī)律的實現(xiàn)方法（一）用無源RC網(wǎng)絡實現(xiàn)ttV0ViKPVi

缺點:KP<1,負載能力差.1.比例器第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法2.積分器tViV0t

缺點:KP=1,積分飽和.第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法3.微分器XY第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法4.比例微分P+DXY第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法缺點:(1)KP<1(2)積分飽和(3)負載能力差V1V2第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法(二).PID調(diào)節(jié)器的構成調(diào)節(jié)器是對輸入信號與給定信號的偏差進行PID運算,因此它包括偏差檢測和PID運算兩部分.偏差檢測電路PID運算電路調(diào)節(jié)器構成示意圖測量值給定值第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法1.由放大器和PID反饋電路構成放大器K0PID反饋電路結構框圖DDZ-II型及一些基地式模擬控制儀表均采用這種組成方式第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法(1)比例P放大器K0第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法(2)比例積分(PI)放大器K0第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法放大器K0第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法(3)比例微分(PD)放大器K0第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法放大器K0第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法(4)PID電路放大器K0第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法等效電路：第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法第一節(jié)調(diào)節(jié)器的運算規(guī)律和構成方法2、由PD和PI電路串聯(lián)構成PDPI(b)基本PID(c)微分先行PIDPDPI注：1、