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1、第五章自動(dòng)控制儀表,第一節(jié) 概述 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 第三節(jié) 模擬式控制器 第四節(jié) 數(shù)字式控制器 第五節(jié) 可編程序控制器,第一節(jié) 概述,當(dāng)e0, P0 正作用調(diào)節(jié)器 當(dāng)e0, P0 反作用調(diào)節(jié)器 另一種表述: 當(dāng)給定值不變，被控變量測(cè)量值增加時(shí)，控制器的輸出也增加，稱為正作用， 反之，如果測(cè)量值增加，控制器的輸出減小稱為反作用。,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,控制器的控制規(guī)律是指 控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系。,即,經(jīng)常是假定控制器的輸入信號(hào)e是一個(gè)階躍信號(hào)，然后來(lái)研究控制器的輸出信號(hào)p隨時(shí)間的變化規(guī)律。,在研究控制器的控制規(guī)律時(shí),控制器的基

2、本控制規(guī)律,雙位調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)(P)、積分調(diào)節(jié)(I)、微分調(diào)節(jié)(D),雙位調(diào)節(jié)、P、PI、PD 、PID,常用控制規(guī)律,一、雙位調(diào)節(jié) 1控制規(guī)律 雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的規(guī)律是當(dāng)測(cè)量值大于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出為最?。ɑ蜃畲螅?dāng)測(cè)量值小于給定值時(shí)，則輸出為最大（或最小），即調(diào)節(jié)器只有兩個(gè)數(shù)出值。,Pmax eo時(shí)或(e0),Pmin eo),P,例：液位控制系統(tǒng),當(dāng)HH0 液體接觸電極，繼電器接通，電磁閥全閉，液體不流進(jìn)。 問題：系統(tǒng)中 的運(yùn)動(dòng)部件例如繼電器、電磁閥等控 制機(jī)構(gòu)的動(dòng)作非常頻繁，因動(dòng)作頻繁而易損壞,(1) HHH 電磁閥全閉，液體不流進(jìn),2品質(zhì)指標(biāo) 振幅：yH-yL 周期： T 3.特點(diǎn)

3、 雙位控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。,實(shí)際控制器的控制規(guī)律,HL H給定值 HH,二比例調(diào)節(jié),具有比例調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器稱為比例調(diào)節(jié)器，其輸出信號(hào)變化量 P 與偏差信號(hào) e 之間成比率關(guān)系。,例：,根據(jù)相似三角形原理,即：PKpe,Kp決定了比例控制作用的強(qiáng)弱,工業(yè)上常用比例度代替Kp 所謂比例度就是指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，,例如 比例作用控制器,溫度量程400800，控制器輸出工作范圍是420mA,當(dāng)指示指針從600 移到700此時(shí)控制器相應(yīng)的輸出從6 mA變?yōu)?4 mA,其比例度的值為? 解：,比例度就是使控制器的輸出變化滿刻度時(shí)，相

4、應(yīng)的儀表測(cè)量值變化占儀表測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)。,意義：,比例 度與放大倍數(shù)Kp成反比， Kp越大，表示控制作用越強(qiáng)， 越大， 表示控制作用越弱,輸出與輸入都為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象，則,PKpe,優(yōu)點(diǎn): 調(diào)節(jié)及時(shí)，若有偏差，輸出立即成比例變化，產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，偏差越大，輸出的作用越強(qiáng)。 缺點(diǎn): 有余差，受擾動(dòng)后，穩(wěn)定值不等于設(shè)定值。,在t=t0時(shí)，系統(tǒng)外加一 個(gè)干擾作用,液位開始下降,作用在控制閥上的信號(hào),進(jìn)水量增加,偏差的變化曲線,例：,4、對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響,Kp （K ） 系統(tǒng)發(fā)散振蕩，很危險(xiǎn),Kp較?。ㄌ?） 調(diào)節(jié)作用較弱，被調(diào)參數(shù)變化緩慢。,Kp （） 調(diào)節(jié)作用加強(qiáng)，系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，有余差,Kp （）

5、 調(diào)節(jié)作用很強(qiáng)，被調(diào)參數(shù)劇烈變化，,Kp （ K ） 系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，此時(shí)的比例度稱為臨界比例度,一般地說(shuō)，若對(duì)象的滯后較小、時(shí)間常數(shù)T較大以及放大倍數(shù)K較小時(shí)，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過(guò)渡過(guò)程曲線的形狀較好，反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。,三、積分調(diào)節(jié),1.表達(dá)式 輸出的變化量p與輸入的偏差e的積分成正比,有偏差存在時(shí)，輸出信號(hào)將隨時(shí)間增長(zhǎng)， 當(dāng)偏差為零時(shí)，輸出才停止變化而穩(wěn)定在某一值上 2.特點(diǎn)：1）能消除余差 2）控制作用是隨著時(shí)間積累才逐漸增強(qiáng)的。,Ti 積分時(shí)間 ；,當(dāng)e=A時(shí) PKi At,3、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律,1) 特殊點(diǎn) t=0 時(shí)

6、: P=KpA, t=Ti時(shí)：P2 KpA, 2)積分時(shí)間Ti越小，積分速度Ki越大，積分作用越強(qiáng)。反之，積分時(shí)間越大，積分作用越弱。 3)若積分時(shí)間無(wú)窮大，就沒有積分作用，成為比例調(diào)節(jié)器。 特點(diǎn): 無(wú)余差、動(dòng)作快,Ti較大 積分作用弱， 調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，消除靜差緩慢 Ti 積分作用加強(qiáng)，有利于消除靜差 Ti 積分作用過(guò)強(qiáng)，易振蕩 比例積分控制器對(duì)于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，但當(dāng)對(duì)象滯后很大時(shí)，可能控制時(shí)間較長(zhǎng)、最大偏差也較大；負(fù)荷變化過(guò)于劇烈時(shí)，由于積分動(dòng)作緩慢，使控制作用不及時(shí)，此時(shí)可增加微分作用。,4積分對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響,四、微分調(diào)節(jié),1、表達(dá)式,實(shí)際微分:,TD 微分時(shí)間 ；,2、微分特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 這

7、種控制器用在系統(tǒng)中，即使偏差很小，只要出現(xiàn)變化趨勢(shì)，馬上就進(jìn)行控制，故有超前控制之稱。 缺點(diǎn) 但它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使數(shù)值很大，微分作用也沒有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差 不能單獨(dú)使用這種控制器，它常與比例或比例積分組合構(gòu)成比例微分或比例積分微分控制器。,3、PD比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律,PD特點(diǎn)： 1）其作用比比例作用快，因而對(duì)慣性大的對(duì)象用比例微分可以改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，節(jié)省控制時(shí)間。 2）微分作用力圖阻止被控變量的變化，有抑制振蕩的效果，但如果加得過(guò)大，由于控制作用過(guò)強(qiáng)，反而會(huì)引起被控變量大幅度的振蕩,4、PID比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律,特點(diǎn) 1）消除靜差 2）快速

8、進(jìn)行控制 P、D 3）減少超調(diào) D PID具有較好的控制性能,幾種規(guī)律比較,例1：某調(diào)節(jié)器處于反作用狀態(tài)，當(dāng) =80% ，Ti=2min，Td=0 時(shí)，在 t= t0時(shí)刻加入一幅值為 1mA 的階躍信號(hào)，若調(diào)節(jié)器的起始工作點(diǎn)為 6mA，試畫出調(diào)節(jié)器的輸出波形圖。 解：,例2：某調(diào)節(jié)器處于正作用狀態(tài)， =100% ，Ti=30s，Td=0，若調(diào)節(jié)器的起始工作點(diǎn)為 6mA，試畫出調(diào)節(jié)器在 輸入如下的輸出波形圖。,解：該輸入可看成如下 兩個(gè)輸入的疊加：,1.比較環(huán)節(jié),將給定信號(hào)與測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)與它 們的偏差成比例的偏差信號(hào)。,2.放大器,是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。,3.反饋環(huán)節(jié),通過(guò)

9、正、負(fù)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律。,第三節(jié) 模擬式控制器,1組成 主要由輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、自動(dòng)與手動(dòng)切換電路、輸出電路及指示電路等組成。 2工作過(guò)程 來(lái)自變送器的信號(hào)輸入電路與給定信號(hào)比較偏差PID運(yùn)算電路輸出轉(zhuǎn)換電路420mA,3儀表外觀及操作,1自動(dòng)-軟手動(dòng)-硬手動(dòng)切換開關(guān)；2雙針垂直指示器；3內(nèi)給定設(shè)定輪；4輸出指示器；5硬手動(dòng)操作桿；6軟手動(dòng)操作板鍵；7外給定指示燈；8閥位指示器；9輸出記錄指示；10位號(hào)牌；11輸入檢測(cè)插孔；12手動(dòng)輸出插孔,無(wú)擾動(dòng)切換 在切換的瞬間,應(yīng)當(dāng)保持控制器的輸出不變,這樣才能使執(zhí)行器的位置在切換過(guò)程中不致于突變,不會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程引起

10、附加的擾動(dòng),這稱為無(wú)擾動(dòng)切換,軟手動(dòng)：在軟手動(dòng)狀態(tài)，并同時(shí)按下軟手動(dòng)操作板鍵,調(diào)節(jié)器的輸出便隨時(shí)間按一定的速度增加或減小，若手離開操作板鍵則當(dāng)時(shí)的信號(hào)值就被保持。 硬手動(dòng)：調(diào)節(jié)器輸出完全決定于硬手動(dòng)操作桿的位置。,第四節(jié) 數(shù)字式控制器,數(shù)字式控制器與模擬式控制器的異同點(diǎn)：,不同點(diǎn),相同點(diǎn),儀表總的功能和輸入輸出關(guān)系基本一致。,一、單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器（YS-170） 1、特點(diǎn) 1）在外形、結(jié)構(gòu)和使用上都與原來(lái)的模擬儀表十分相似； 2）主要由軟件實(shí)現(xiàn)各種不同的控制功能； 3）微機(jī)化的數(shù)字調(diào)節(jié)器具有比模擬調(diào)節(jié)器更豐富的運(yùn)算控制功能 4）具備完善的數(shù)字通信功能，可以以數(shù)字通信的方式完成與集中的數(shù)字采集系

11、統(tǒng)及上位計(jì)算機(jī)的信息交換從而實(shí)現(xiàn)管理控制一體化。,2基本構(gòu)成 硬件:CPUMI /O+通信接口人機(jī)接口,3工作節(jié)拍,4、功能 1）運(yùn)算控制功能 ）備用功能 ）程序功能 4）上位通信功能 5）自整定功能,5、顯示畫面 1）前面板介紹,2)畫面組的構(gòu)成 操作畫面組 調(diào)整畫面組 工程畫面,操作畫面組 回路畫面 趨勢(shì)畫面 報(bào)警畫面,菜單畫面 細(xì)目畫面,調(diào)整畫面組,工程畫面組 菜單畫面 細(xì)目畫面,小測(cè)驗(yàn)： 1.PID控制中積分控制的主要目的是什么？ 2. 微分作用可以用來(lái)（） A.消除余差 B.克服純滯后 C.克服容量滯后 D.克服傳遞滯后,3. 控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間越大，則( ) A.積分速度越慢 B. 積分作用越弱 C. 積分作用越強(qiáng)