自動(dòng)控制儀表

自動(dòng)控制儀表第一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(jié)概述偏差信號(hào)e:給定值與測(cè)量信號(hào)之差(Z-X)

測(cè)量信號(hào)Z:代表被控變量大小的信號(hào)給定值X:代表規(guī)定值之大小的信號(hào)控制信號(hào)p

:控制器的輸出信號(hào)第二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一控制規(guī)律:第三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(jié)基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響基本控制規(guī)律：位式控制比例控制積分控制微分控制一、雙位控制1.理想雙位控制規(guī)律

pmaxe＞0（e＜0）p=

pmine＜0（e＞0）

eppmaxpmin理想雙位控制規(guī)律第四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.實(shí)例液位電磁線圈閥門(mén)進(jìn)料液位H＞H0

通電關(guān)閉切斷進(jìn)料H→H0

H＜H0

斷電打開(kāi)進(jìn)料H→H0

中間區(qū)：被控變量有一定的變化范圍第五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一第六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一第七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一第八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.品質(zhì)指標(biāo)：振幅周期原則：使振幅在允許的范圍內(nèi)，盡可能的使周期延長(zhǎng)4.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易實(shí)現(xiàn)第九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、比例控制

1.比例控制規(guī)律及比例度⑴控制規(guī)律測(cè)量元件——浮球控制器——杠桿執(zhí)行器——調(diào)節(jié)閥ab

比例控制系統(tǒng)示意圖p

ee液位控制系統(tǒng)第十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一—放大倍數(shù)KP↑控制作用↑KP↓控制作用↓epab比例控制規(guī)律的輸出變化量與輸入偏差e成正比。

第十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一比例度使控制器輸出變化全范圍時(shí),輸入偏差改變了滿(mǎn)量程的百分?jǐn)?shù)。⑵比例度由于比例增益Kp是有量綱的量，在工程上常將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)無(wú)量綱的量：比例度第十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一例如：一臺(tái)電動(dòng)比例控制器，輸入信號(hào)的變化范圍為100℃～200℃，輸出信號(hào)的變化范圍為4～20mA，當(dāng)輸入變量從140℃變化到160℃時(shí)，控制器輸出信號(hào)從12mA～16mA，問(wèn)該控制器的比例度？解：當(dāng)測(cè)量溫度變化了全量程的80%時(shí)，控制器的輸出從4mA～20mA。在這個(gè)范圍內(nèi)，控制器的輸出p與溫度的變化是成比例的。第十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一100200tI420150pminpmaxe%0%100%0%80%第十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一050%100%e%PmaxPminPmax-Pmin2比例度示意圖

=200%

=100%

=50%第十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一對(duì)于單元組合儀表：K=1

d↓

KP↑控制作用↑d↑

KP↓控制作用↓

第十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一⑶比例控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程

Q2↑→Q2′〉Q1→h↓→Q1↑→Q1′=Q2′

余差第十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一⑷比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響ab

比例控制系統(tǒng)示意圖使系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩時(shí)的d，稱(chēng)為臨界比例度。第十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一

t↓T↑

K↓

δ↓

t↑T↓K↑δ↑⑷優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：控制及時(shí)，簡(jiǎn)單、可靠缺點(diǎn)：余差存在第十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一三.積分控制1.積分控制規(guī)律KI—積分速度TI—積分時(shí)間e（mA）t0At0Δp（mA）TI1TI2TI3TI1<TI2<TI3第二十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一⑴△p與e的積分成比例,有e存在,輸出就會(huì)變化,直到

e=0,p才穩(wěn)定,故可消除余差。

⑵動(dòng)作緩慢控制不及時(shí),一般不單獨(dú)采用。

⑶TI↑→積分作用↓，TI→∞，積分作用為零。特點(diǎn)：第二十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.比例積分控制規(guī)律(PI)?PIt積分?PtPI?PPt比例第二十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一

積分時(shí)間：在階躍偏差作用下，積分作用的輸出達(dá)到比例作用的輸出所經(jīng)歷的時(shí)間。t0e(mA)At0ΔP(mA)KPAKPATI第二十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響TI

↑

KI

↓積分作用↓TI

↓

KI↑

積分作用↑第二十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一⑴

P動(dòng)作快,I消除余差。用于要求無(wú)余差的系統(tǒng)。

適用于滯后小,負(fù)荷變化不大,不允許有余差要求的場(chǎng)合。如：壓力、流量等控制系統(tǒng)，不允許有余差的液位控制等。⑶TI↓→積分作用↑→系統(tǒng)穩(wěn)定性↓。

⑵當(dāng)TI→∞時(shí),積分作用趨于零,PI→P，即比例積分變成純比例控制規(guī)律。

特點(diǎn)：及時(shí)、消除余差

第二十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一四、微分控制1.理想微分控制規(guī)律TD—微分時(shí)間t0Δp(mA)t0“∞”“0”e(mA)t0t02t=t0，de/dt→∞，Δp→∞t>t0，de/dt=0，Δp=0第二十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一特點(diǎn)：①不管有無(wú)輸入和它的數(shù)值如何，只要輸入不改變，微分作用的輸出總是零。②不能消除偏差，不能單獨(dú)使用。

第二十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.實(shí)際的微分控制規(guī)律

KD—微分增益

△ptA第二十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.比例微分控制規(guī)律理想：

實(shí)際：TD↑微分作用↑TD↓微分作用↓第二十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.比例積分微分（PID）控制理想：

t0Δp(mA)t0“∞”第三十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一實(shí)際：

Δp(mA)t0A常用的控制規(guī)律：PPIPID

特點(diǎn)：

⑴集P、I、D三者之優(yōu)點(diǎn)，克服其不足；

⑵實(shí)際系統(tǒng)并非PID是最好，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

第三十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一控制規(guī)律是通過(guò)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂破饔心M控制器、數(shù)字控制器、PLC、DCS、FCS等形式，無(wú)論何種控制器，它們均具有一些相同的基本功能?？刂破鞯谌?yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一控制器的基本功能：1.控制運(yùn)算：常規(guī)PID、自整定PID、自適應(yīng)等。

2.顯示功能：偏差、輸出、測(cè)量值、給定值以及編程參數(shù)等。

外給定:來(lái)自外部輸入，一般用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。3.內(nèi)外給定信號(hào)：內(nèi)給定:來(lái)自?xún)x表內(nèi)部設(shè)置，一般用于定值簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)；第三十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.控制器的正、反作用選擇（實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的閉環(huán)負(fù)反饋）

e=Z-X正作用：正偏差越大，測(cè)量值越大，反作用：負(fù)偏差越大，測(cè)量值越小，則控制器輸出越大；則控制器輸出越大。第三十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一5.手動(dòng)/自動(dòng)切換與手動(dòng)操作

自動(dòng)：控制器的輸出信號(hào)Mv根據(jù)控制規(guī)律隨偏差Dv變化而變；

手動(dòng)：控制器的輸出信號(hào)Mv與偏差Dv無(wú)關(guān)，這時(shí)控制規(guī)律無(wú)效；直接由手操縱Mv，類(lèi)似于直接用手調(diào)節(jié)閥門(mén)。

無(wú)擾動(dòng)切換：控制器的輸出不能由于切換而發(fā)生變化。

第三十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一解：

∵又∵測(cè)量值減少時(shí)，控制器輸出減少，∴是正作用方向

答:控制器的實(shí)際比例度為100%，控制器是正作用方向。

例1、當(dāng)智能單元型電動(dòng)控制器的測(cè)量指針由50％變化到25％，若控制器的純比例輸出信號(hào)由12mA下降到8mA，則控制器的實(shí)際比例度為多少？并指出控制器的作用方向。

第三十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一例2、實(shí)驗(yàn)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為4～20mA電動(dòng)控制器的階躍響

應(yīng)曲線，如圖所示。

問(wèn)：①該控制器的控制規(guī)律？

②控制器的比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間？

第三十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一解:①該控制器為PI控制規(guī)律

答：控制器的比例度為200%、積分時(shí)間為2分、微分時(shí)間為0

第四十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一有一比例積分調(diào)節(jié)器（智能單元型），測(cè)量值與給定值均為12mA，若將比例度定在50％，積分時(shí)間定在最大，調(diào)節(jié)器的作用方向定在反作用位置，則當(dāng)測(cè)量值由12mA

變化到13mA時(shí)，p將由12mA變化到什么數(shù)值？當(dāng)積分時(shí)間不是定在最大時(shí)，則情況又會(huì)如何？作業(yè):第四十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一又∵控制器的作用方向定在反作用位置。測(cè)量值增加，輸出將減少。答:p將由12mA變化到10mA。解：∵當(dāng)積分時(shí)間不是定在最大時(shí)，p將一直減小下去，直到最小值。

第四十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期一某臺(tái)智能單元型比例積分調(diào)節(jié)器，比例度為10