第四章_控制器的作用规律

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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