21 控制儀表概述基本PID概念及調(diào)理器作用方式

本文格式為Word版，下載可任意編輯——21控制儀表概述基本PID概念及調(diào)理器作用方式過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

§2-1

?

基本概念基本控制算法,基本PID控制算法,PID調(diào)理的優(yōu)點(diǎn),調(diào)理器偏差的定義,調(diào)理器正反作用定義,正反作用的判斷方法

§2-2

?

比例調(diào)理比例調(diào)理規(guī)律(P調(diào)理),比例帶,調(diào)理過程,特點(diǎn),KC變化對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響

§2-3

?

積分調(diào)理積分調(diào)理規(guī)律(I),過程,特點(diǎn),TI變化對(duì)性能指標(biāo)的影響,與P調(diào)理比較

§2-4

?

比例積分調(diào)理比例積分調(diào)理規(guī)律(PI),調(diào)理過程,比例積分調(diào)理的特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)的影響,與P調(diào)理比較,積分飽和現(xiàn)象

§2-5

?

比例積分微分調(diào)理微分調(diào)理(DerivativeControl),比例微分調(diào)理(PD),比例微分調(diào)理特點(diǎn),比例微分控制算法使用本卷須知,比例積分微分調(diào)理(PID),PID控制作用對(duì)過渡過程的影響

2023年2月5日星期四19:49No.1

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

控制儀表概述

?控制儀表包括:調(diào)理器和執(zhí)行器

執(zhí)行器

控制儀表

調(diào)理器

數(shù)字表

可編程調(diào)理器

2023年2月5日星期四19:49

No.2

氣動(dòng)執(zhí)行器

電動(dòng)執(zhí)行器

基地式儀表

模擬表

DDZ儀表組件組裝儀表智能調(diào)理器

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

?氣動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)

(QDZ)：

?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，維護(hù)便利，價(jià)格低廉；

?并且具有本質(zhì)安全防爆性能；

?特別適用于石油、化工等有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)

所。

2023年2月5日星期四19:49

No.3

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

?電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：

?可以實(shí)現(xiàn)無滯后的遠(yuǎn)距離傳送，

同時(shí)又具有能源簡(jiǎn)單、便于和計(jì)算機(jī)協(xié)同的特點(diǎn)。

?由于采取安全火花防爆措施解決了防爆問題，電動(dòng)儀表同樣也能應(yīng)用于易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所，

?因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

2023年2月5日星期四19:49

No.4

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

?單元組合式儀表(DDZ)

按各組成環(huán)節(jié)的不同功能和

使用要求，將整套儀表分為若干單元，各單元能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能，使用時(shí)可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑揀需要的單元加以組合，其特點(diǎn)

12345是應(yīng)用靈活，通用性強(qiáng)，使

76用維護(hù)便利，特別適用于中、小企業(yè)的過程控制系統(tǒng)；

2023年2月5日星期四19:49

No.5

6信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

可編程調(diào)理器

?

具有比傳統(tǒng)模擬儀表更為豐富的運(yùn)算和控制功能，

?它可以提供多種軟件功能模塊，由用戶根據(jù)生產(chǎn)控制的要求通過組態(tài)完成各種運(yùn)算處理和繁雜控制，

?具有很大的應(yīng)用靈活性，?但其軟件系統(tǒng)比較繁雜。

2023年2月5日星期四19:49No.6

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

?信號(hào)制及供電方式

信號(hào)制指在成套儀表系列中，各個(gè)儀表的輸入輸出間采用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號(hào)來進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)膯栴}。

?氣動(dòng)控制儀表：0.02～0.1MPa氣源壓力:0.14MPa?電動(dòng)控制儀表，

?電動(dòng)Ⅱ型：采用0～10mA（DC）電流信號(hào)?電動(dòng)Ⅲ型：

?采用4～20mA（DC）電流信號(hào)?供電:24V（DC）?1～5V（DC）電壓信號(hào)

?傳輸方式：進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用電流信號(hào)，

控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用電壓信號(hào)

2023年2月5日星期四19:49

No.7

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

調(diào)理規(guī)律概述

調(diào)理規(guī)律:指調(diào)理器的輸出信號(hào)與輸入偏差信號(hào)隨時(shí)間變化的規(guī)律。在單回路定值控制系統(tǒng)中，由于擾動(dòng)作用的存在，會(huì)使被控變量對(duì)給定值產(chǎn)生偏差，此偏差數(shù)值上等于被控變量測(cè)量值與給定值之差。即：e(t)=y(t)－r(t)

式中e(t)——偏差，y(t)——被控變量的測(cè)量值，r(t)——被控變量的給定值

?調(diào)理器的輸出信號(hào)是相對(duì)于調(diào)理器輸入信號(hào)e的輸出的變化量Δu。

?

?假使輸入e與輸出Δu的變化方向一致，則稱調(diào)理器為正作用調(diào)理器；

?反之，假使輸入e與輸出Δu變化方向相反，則稱調(diào)理器為反作用調(diào)理器。

2023年2月5日星期四19:49

No.8

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

?調(diào)理規(guī)律的表示形式例：雙位調(diào)理

?umaxu???uminu開位當(dāng)e?0當(dāng)e?0?umin或者u???umaxJ當(dāng)e?0當(dāng)e?0e關(guān)位2023年2月5日星期四19:49No.9

信息科學(xué)與工程學(xué)院

H0過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

§2-1PID：基本概念

統(tǒng)計(jì)說明生產(chǎn)過程80%的控制可以用PID控制器構(gòu)成單回路反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行控制（簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)）。

PID控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱。是一種負(fù)反饋控制。即控制器與廣義被控對(duì)象構(gòu)成的系統(tǒng)為閉環(huán)負(fù)

反饋系統(tǒng)。其作用是對(duì)輸入偏差進(jìn)行調(diào)理，從而緩解系統(tǒng)的不平衡，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定。控制器給定值rePIDu廣義被控對(duì)象控制器包括求偏差和PID運(yùn)算被調(diào)量y2023年2月5日星期四19:49No.10

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

1.基本控制算法

1）比例（proportional）控制作用：控制作用u與偏

差e成比例

uP(t)?KPe(t)uI(t)?KI?e(t)dtde(t)uD(t)?KDdtNo.11

2）積分（integral）控制作用：控制作用u與偏差e對(duì)時(shí)間的積分成比例

3）微分(derivative)控制作用：控制作用u與偏差e

對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成比例

2023年2月5日星期四19:49

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

2.基本PID控制算法

u(t)?uP(t)?uI(t)?uD(t)de(t)?KPe(t)?KI?e(t)dt?KDdt?1de(t)???KC?e(t)?e(t)dt?TD???TIdt??傳遞函數(shù)為：理想PID

??U(s)1?GC(s)??KC?1??TsD??E(s)?TIs?參數(shù)物理意義為：

2023年2月5日星期四19:49

KCTI?KINo.12

KD,TD?KC信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

實(shí)際PID的傳遞函數(shù)為：實(shí)際微分????U(s)1TDs??GC(s)??KC1???TIsTD?E(s)s?1??KD??并聯(lián)實(shí)現(xiàn)KC：比例系數(shù)TI：積分時(shí)間TD：微分時(shí)間KD：微分增益????U(s)1?TDs?1?GC(s)??KC(1?)E(s)TIs?TDs?1??K??D?2023年2月5日星期四19:49

No.13

串聯(lián)實(shí)現(xiàn)信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

3．PID調(diào)理的優(yōu)點(diǎn)

?原理簡(jiǎn)單（適用和實(shí)現(xiàn)便利）?適應(yīng)性強(qiáng)（應(yīng)用面寬）

?魯棒性強(qiáng)（對(duì)過程變化不敏感）4．調(diào)理器偏差的定義（1）按儀表制造業(yè)的規(guī)定：

調(diào)理器偏差=測(cè)量值-給定值，即

e(t)?y(t)?r(t)2023年2月5日星期四19:49

No.14

?二者相反！

（2）控制系統(tǒng)偏差的定義：e(t)?r(t)?y(t)信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

AutomaticFeedbackControl

Whenthereisanerror,thecontroller

makesachangeinitsoutput.Itdetermines:Howmuch?ProportionalModeHowlong?IntegralModeHowfast?

DerivativeMode

2023年2月5日星期四19:49

No.15

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

5.調(diào)理器正反作用（1）控制規(guī)律與環(huán)節(jié)的正反作用

?常用控制一般都采用PID控制，通過適當(dāng)調(diào)理比例常數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種控制規(guī)律?實(shí)際控制系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都有正反作用規(guī)律：測(cè)量環(huán)節(jié)：間接指標(biāo)與直接指標(biāo)反向?qū)?yīng)；

控制環(huán)節(jié)：可以用被測(cè)參數(shù)減去設(shè)定值，也可以用設(shè)定值減去被測(cè)參數(shù)；

執(zhí)行環(huán)節(jié)：控制信號(hào)加大執(zhí)行結(jié)果加大(如氣開閥)或減少(如氣關(guān)閥)

2023年2月5日星期四19:49

No.16

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

2）調(diào)理器正反作用的定義e*和u變化方向一致正作用：e*(y-r)↑(e(r-y)↓)→u↑，即KC為負(fù)反作用：e*(y-r)↑(e(r-y)↓)→u↓，即KC為正

e*和u變化方向相反控制器(調(diào)理器)給定值rePIDu廣義被控對(duì)象被調(diào)量y設(shè)置正反作用的目的：使控制系統(tǒng)能夠構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)！2023年2月5日星期四19:49

No.17

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

（2）調(diào)理器正反作用的設(shè)置

設(shè)置的目的：保證控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)負(fù)反饋準(zhǔn)則：控制系統(tǒng)的開環(huán)總增益為正開環(huán)總增益：各環(huán)節(jié)的增益之積

環(huán)節(jié)增益為正：環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，輸出也增加

2023年2月5日星期四19:49No.18

信息科學(xué)與工程學(xué)院

過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall20236．正反作用的判斷方法:例1：如圖為過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，選擇控制器TC

re-PIDPIDuK0過程控制：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng).PID控制及其調(diào)理過程Fall2023

負(fù)反饋準(zhǔn)則

KcKv