过程控制系统006new

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1、过程控制系统第六讲第3章控制器的控制规律3.6离散比例积分微分控制3.1双位控制3.2比例控制3.3比例积分控制3.4比例微分控制3.5比例积分微分控制过程控制系统第六讲第3章控制器的控制规律3.3积分控制及比例积分控制在工业上，为了保证控制质量，许多控制系统中是不允许存在余差的，因此，必须在比例控制的基础上引入积分控制。过程控制系统第六讲3.3.1积分控制积分控制是控制器的输出变化量与输入偏差值随时间的积分成正比的控制规律，亦即控制器的输出变化速度与输入偏差值成正比。传递函数为：式中—控制器的积分速度；—控制器的积分时间（）。过程控制系统第六讲积分控制输出信号的大小不仅

2、与偏差信号的大小有关，而且还取决于偏差存在时间的长短。当输入偏差存在时，控制器的输出会不断变化，而且偏差存在的时间越长，输出信号的变化量也越大。直到偏差等于零时，控制器的输出不再变化而稳定下来。反过来说，当控制器的输出稳定下来不再变化时，输入偏差一定是零。所以在积分控制时，余差等于零，也就是说，积分作用可以消除余差。力图消除余差是积分控制作用的重要特性。过程控制系统第六讲自力式气压调节阀是一个简单的积分调节阀：其中：管道压力P是被调量，它通过针型阀R与调节阀膜头的上部空腔相通，而膜头的下部空腔则与大气相通。其中：重锤W的重力使上部空腔产生一个恒定的压力P0。P0就是被调量

3、的设定值，它可以通过改变杠杆比l1/l2或锤重W加以调整。过程控制系统第六讲只要P不等于设定值P0，就会有气流以正向或反向流过针形阀，使膜片带动阀杆上下移动。当管道压力P等于设定值P0时，没有气流通过针形阀R，膜片以及与它连接在一起的阀杆静止不动。假定R是线性气阻，那么流过它的气量就与被调量偏差成比例，因此阀杆的移动速度也就与被调量偏差成正比。改变针形阀的开度就可以改变积分速度S0的大小过程控制系统第六讲I调节的特点是无差调节，与P调节的有差调节形成鲜明对比。结论：被控对象在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量没有残差，而调节阀则可以停在新的负荷所要求的开度上。由式可知，只

4、有当被调量偏差e为零时，I调节器的输出才会保持不变。然而与此同时，调节器的输出却可以停在任何数值上。注意：采用I调节的控制系统，其调节阀开度与当时被调量的数值本身没有直接关系，因此I调节也称为浮动调节。过程控制系统第六讲例如：根据奈氏稳定判据可知，对于非自衡的被控对象采用P调节时，只要加大比例带总可以使系统稳定（除非被控对象含有一个以上的积分环节）；I调节的另一特点是它的稳定作用比P调节差。如果采用I调节则不可能得到稳定的系统。过程控制系统第六讲原因：把它们各自在稳定边界上的振荡频率加以比较就可以知道：在稳定边界上若采用P调节则被控对象须提供180°相角滞后；若采用I调节

5、则被控对象只须提供90°相角滞后。这就说明了为什么用I调节取代P调节就会降低系统的振荡频率。对于同一个被控对象，采用I调节时其调节过程的进行总比采用P调节时缓慢，表现在振荡频率较低。过程控制系统第六讲在幅度为A的阶跃偏差作用下，积分控制器的开环输出特性:过程控制系统第六讲与比例控制相比，积分控制器的输出变化总是滞后于偏差的变化，控制就不可能象比例控制那样及时地对偏差加以响应，从而难以对干扰进行及时而且有效的抑制。3.3.1积分控制过程控制系统第六讲3.3.2比例积分控制将比例作用与积分作用组合成比例积分（PI）控制规律来使用。这样，既能及时控制，又能消除余差。过程控制系统

6、第六讲比例积分控制器的输出是比例作用和积分作用两部分之和。当输入偏差是一个阶跃信号时，由于比例作用的输出与输入偏差成正比，因此控制器一开始输出也应该是阶跃变化，而此时积分作用的输出应为零；偏差为一个恒值，其大小不再变化，所以比例输出也应是恒值，而积分输出则应以恒定的速度不断增大。可见图3-10中输出的垂直上升部分是由比例作用造成的，而慢慢上升部分是由积分作用造成的。过程控制系统第六讲在Kc和A确定的情况下，直线的斜率将取决于积分时间TI的大小：Ti越大，直线越平坦，说明积分作用越弱；Ti越小，直线越陡峭，说明积分作用越强。Ti是描述积分作用强弱的一个物理量。Ti的定义是：

7、在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间，就是积分时间Ti。因为在任意时间t,控制器的输出值为KcA+(Kc/Ti)At，当t=Ti时，输出即为2KcA。过程控制系统第六讲一个比例积分控制器可看成是粗调的比例作用与细调的积分作用的组合。如果比例控制器的输出增量与偏差信号一一对应，则比例积分控制器可理解为比例度不断减小，即比例增益（放大倍数）不断加大的比例控制器。过程控制系统第六讲注意：PI调节引入积分动作带来消除系统残差之好处的同时，却降低了原有系统的稳定性。为保持控制系统原来的衰减率，PI调节器比例带必须