《控制器仪表》ppt课件

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1、过程控制与自动化仪表主讲教师：赵跃西安理工大学自动化与信息工程学院信息与控制工程系第三章3.1调节器仪表一调节器（控制器）的概念二最简单的两位式调节器三PID控制的基本特性四PID算法的常见问题五工业标准PID调节器六PID控制器使用中的问题调节器(控制器)的概念调节器是指把测量值和给定值进行比较，得出被调量的偏差并根据一定的调节规律产生输出信号，推动执行器对生产过程进行自动控制的装置。要掌握一个调节器，首要的问题是弄清楚它具有什么样的调节规律，即它的输出量与输入量(偏差信号)之间具有什么样的函数关

2、系。返回最简单的两位式调节器例1:两位式温度控制器两位式调节器两位式调节器特性曲线过程控制系统中大多数对象都可以用下式所示的一阶加纯滞后环节近似。使用这种调节器时后面的执行器特别简单，例如控制电能时只需要电磁开关，控制流量时只要用通断阀便可进行调节，因此在要求不高的场合获得了广泛的应用。显然，调节对象的滞后时间愈小，炉温的摆动幅度就愈小，但调节器动作频率将愈大，有甚至会达到不能容许的程度。两位式调节器实验１两位式调节器的滞回特性为了降低开关动作频率两位式调节器都设置了不灵敏区，其控制特性如图示。使用这

3、种两位式调节器可以使开关动作频率降低，延长执行器的寿命。实验１滞回调节器的响应特性缺点：过程变量会围绕期望值在一定范围内不停的震荡。原因：两位式控制实际上是一种“断续”的控制方式，即每当误差超出上限或低于下限时控制器才会动作。而其他时刻，系统实际处于开环状态。任凭被控变量缓慢波动而不调节！结论：两位式调节时一种非常粗糙的调节方式，结构简单精度差。两位式调节器的特性两位式调节器实例返回PID控制的基本特性一．比例调节的动作规律P为调节器输出的增量值，为被控参数与给定值之差。纯比例调节器的阶跃响应特性比例

4、控制数学表达式：P控制的比例带称为比例带比例带对系统响应的影响比例带对系统的影响：比例带减小系统静差将减小，震荡频率提高响应速度加快但同时超调增大稳定性降低。比例调节动作规律分析水位调节系统实例已知水箱水位控制系统如图所示，假设系统处于初始无偏差状态。此时将输出水阀开度增大，试分析系统动态响应过程！比例调节系统实例自力式液位比例控制系统∆Q2htep∆Q1tttt原来系统处于平衡，进水量与出水量相等，此时进水阀有一开度。t=0时，出水量阶跃增加，引起液位下降，浮球下移带动进水阀开大。当进水量增加到与

5、出水量相等时，系统重新平衡，液位也不再变化。响应分析比例调节动作规律分析比例控制特点：控制及时、适当。只要有偏差，输出立刻成比例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。控制结果存在静差。因为，如果被调量偏差为零，调节器的输出也就为零u=KCe比例调节在什么情况下可以达到稳态无差？1、KC趋于无穷大2、使稳态误差等于0的uss＝u0实验23、提高系统型次积分调节的动作规律二．积分调节的动作规律I积分调节规律是一种无差调节，采用积分调节可以提高系统稳态控制精度，但是积分调节的过渡过程时间很长而且会加剧系统的

6、不稳定程度。实验3积分调节的动作规律比例积分调节规律PI实验4比例积分调节规律将比例的快速性与积分的消除静差结合起来具有比较好的控制效果。积分调节的动作规律比例积分调节规律PI所以积分调节部分可以看作是自动的u0重置！积分调节消除误差的原理积分调节的动作规律积分时间常数的物理含义比例积分积分作用具有保持功能，故积分控制可以消除余差。当有偏差存在时，积分输出将随时间增长（或减小）；当偏差消失时，输出能保持在某一值上。eEttu积分控制的特点比例积分积分输出信号随着时间逐渐增强，控制动作缓慢，故积分作用不

7、单独使用。积分调节的动作规律积分调节存在的不足比例积分调节规律没有利用系统输出的趋势信息，没有预测能力，导致调节效果不理想！微分调节的动作规律三．比例微分调节的动作规律PD实验5微分调节的预测能力微分调节规律是一种有差调节不能单独使用，PD调节器能提高系统的稳定度，有效抑制过渡过程的超调，而且微分的存在允许减小比例带减小静差。但D调节不适用于变化剧烈的对象。微分时间常数的物理含义微分输出正比于TD时间后的预测误差！PID调节的动作规律四．PID调节的动作规律实验6PID控制作用中，比例作用是基础控制；

8、微分作用是用于加快系统控制速度；积分作用是用于消除静差。PID调节器的阶跃响应特性PID控制的特点PID控制器取P,I,D三者的长处，与PD相比提高了系统无差度，与PI相比系统多了一个零点可以改善系统的动态特性。因此PID兼顾了动静两方面要求，达到较完美的控制效果。返回2、执行器难以响应理想微分的输出PID算法需要注意的问题一、不完全微分算法1、理想微分算法物理无法实现不完全微分算法可以看作是误差信号先进行一阶惯性滤波，再进行理想微分运算。PID算法需要