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时间:2019-11-07
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1、第四章控制器的作用规律ST§4-0引言§4-1两位式控制器§4-2比例作用规律§4-3积分作用规律§4-4比例积分作用规律§4-5比例微分作用规律§4-6比例积分微分作用规律§4-7控制器作用规律的实现方法输出特性曲线结束§4-0引言ST控制器是组成控制系统的基本环节之一,也是系统中控制仪表的核心部分。根据控制要求和控制对象的特性,应采用不同作用规律的控制器。§4-0引言ST控制器的两个研究方面:作用规律:p(t)=f(e(t)),即传递函数的结构。也称控制规律或调节规律。2.作用强度:每一种作用规律的控制强度。反映在传递函数中,
2、就是其分子和分母中的各项系数。END§4-1两位式控制器ST被控量在设定的上限和下限之间变化,调节器的输出只有两个状态(0或1)。Fig.4-2Fig.4-3例1浮子式锅炉水位的两位控制。被控量输出曲线§4-1两位式控制器STFig.4-4例2两位式压力开关。END下限值(P下):由给定值弹簧设定上限值(P上):由幅差弹簧设定P上=P下+ΔP若压力整定范围P下=0kg/cm2~8kg/cm2,ΔP=0.7kg/cm2~2.5kg/cm2,要求范围为6.4kg/cm2~7.5kg/cm2,则调整方法为:(1)调整给定螺钉,使指针指在
3、6.45kg/cm2上;(2)调整幅差弹簧2.2格§4-2比例作用规律ST比例作用规律(P):控制器的输出变化量与输入(偏差)变化量成比例。K——比例系数§4-2比例作用规律ST例:浮子式水位比例控制系统比例带δ(或PB):当控制器的输出作100%变化时,其输入量变化(数值上等于被控量的变化)的百分数。图4-5§4-2比例作用规律ST比例控制器的输出曲线:tthμΔht0t0比例控制器的特点:存在静态偏差原因:控制器的输出依赖于偏差的存在而存在。δ↑→比例作用↓→静态偏差↑δ↓→比例作用↑→静态偏差↓§4-2比例作用规律ST采用比
4、例控制器的单容水柜水位控制系统过渡过程:+--+△λGf(s)GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)hh0h△Q△Q1△Q2△h△μ△λ↑→h↓§4-2比例作用规律ST--GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)h△Q△Q1或△Q2△λ§4-2比例作用规律ST+-+GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)hh0h△h△μ-△λ§4-2比例作用规律ST+h0h-△λh△λ-1§4-2比例作用规律STh△λ-1h△λ-1§4-2比例作用规律ST§4-2比例作用规律ST从传递函数可以看出,这是一个一阶惯性系统,若关小出水阀,即,则可求
5、出其过渡过程曲线如图4-9所示。特点:(1)非周期过程,不会产生振荡;(2)有差控制,且比例系数KP越大(或δ越小),静态偏差越小。§4-2比例作用规律ST采用比例控制器的双容水柜水位控制系统过渡过程:图4-10对象传递函数系统传递函数§4-2比例作用规律ST比例带δ对控制系统过渡过程的影响:图4-11表4-1END§4-3积分作用规律ST积分作用(I):控制器的输出与输入之间呈积分关系。TI——积分时间。TI↑→积分作用↓hμttt0t1图4-13§4-3积分作用规律ST若输入偏差为Δh,则输出当t=TI时,Δμ=Δh因此,TI
6、等于控制器的输出变化到与其阶跃输入量相等时所需的时间。§4-3积分作用规律ST若用代替单容水位控制系统中的Gc(s),则控制系统的闭环传递函数当阶跃扰动量为Δλ时图4-16END§4-4比例积分作用规律ST由于积分作用容易导致系统稳定性变差,因此一般不采用单纯的积分控制器,而是将其与比例作用相结合构成比例积分(PI)控制器。Ti——积分时间;δ——比例带§4-4比例积分作用规律ST积分时间的物理意义:积分输出达到比例输出所需的时间。令t=Ti则实际上,一般将积分时间定义为δ=100%时积分输出达到比例输出所需的时间。§4-4比例积
7、分作用规律ST采用比例积分控制器的单容水柜水位控制系统的动态过程:图4-18§4-4比例积分作用规律ST与采用纯积分控制器时的比较:(1)阻尼系数增加,过渡过程变得更稳定。(2)增加,过渡过程的振荡趋于平缓。(纯积分)(纯积分)§4-4比例积分作用规律ST积分时间对系统过渡过程的影响:图4-19END§4-5比例微分作用规律ST控制器的微分作用是指其输出与输入的微分,即偏差变化速度成比例。这样,微分作用可以在偏差变化较快时起到超前控制的作用。但当偏差不再变化时,微分输出将消失,因此微分作用常与比例作用一起形成比例微分(PD)控制器
8、。或§4-5比例微分作用规律ST实际的比例微分控制器的传递函数:Kp——比例系数;δ——比例带;Td——微分时间;KD——微分放大系数§4-5比例微分作用规律ST实际的比例微分控制器的输出特性:图4-21采用比例微分控制器的水位控制系统动态过程:图
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