调节器&基本控制规律.ppt

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1、第三章基本控制规律1，调节器的作用2，调节器的PID控制规律3，PID控制作用4，DDZ-Ⅲ型调节1一、调节器的作用将测量输入信号值PV与给定值SV进行比较，得出偏差e，然后根据预先设定的控制规律对偏差e进行运算，得到相应的控制值，并通过输出口以4～20mA，DC电流（或1～5V，DC电压）传输给执行器。2二、调节器的PID控制规律所谓调节器的控制规律就是指调节器的输入e(t)与u(t)输出的关系，即（1）在生产过程常规控制系统中，应用的基本控制规律主要有比例控制P、积分控制I和微分控制D——PID控制

2、。（2）式中△u——控制器输出变化量；e——控制器的输入，即偏差；Kc一一控制器的比例增益或比例放大系数。1、比例控制规律3比例控制器的输出变化量与输入偏差成正比，在时间上是没有延滞的。比例控制规律比例控制器的阶跃响应1、比例控制规律41、比例控制规律—实例分析5比例度是控制器输入的相对变化量与相应的输出相对变化量之比的百分数。用数学式可表示为：控制器的比例度可理解为：要使输出信号作全范围的变化，输入信号必须改变全量程的百分数。2、比例度概念6比例度δ与比例放大系数Kc的关系为：式中由于K为常数，因此控

3、制器的比例度δ与比例放大系数Kc成反比关系。在单元组合仪表中，控制器的输入信号是由变送器来的，而控制器和变送器的输出信号都是统一的标准信号，因此常数K=1。所以在单元组合仪表中，δ与Kc互为倒数关系，即：2、比例度概念7当控制器的输出变化量△u与输入偏差e的积分成比例时，就是积分控制规律（I）。其数学表达式为：式中KI——积分比例系数积分控制器特性积分控制作用的特性可以用阶跃输入下的输出来说明。当控制器的输入偏差是一幅值为A的阶跃信号时，上式就可写为：3、积分控制规律8积分控制器输出的变化速度与偏差成正

4、比。这就说明了积分控制规律的特点是：只要偏差存在，控制器的输出就会变化，执行器就要动作，系统就不可能稳定。只有当偏差消除（即e=o）时，输出信号不再变化，执行器停止动作，系统才可能稳定下来。积分控制作用达到稳定时，偏差等于零，这是它的一个显著特点，也是它的一个主要优点。因此积分控制器构成的积分控制系统是一个无差系统。3、积分控制规律积分控制规律特点9比例积分控制规律（PI）是比例与积分两种控制规律的结合，其数学表达式为：比例积分控制规律既具有比例控制作用及时、快速的特点，又具有积分控制能消除余差的性能，

5、因此是生产上常用的控制规律。比例积分控制器特性4、比例积分控制规律105、微分控制规律具有微分控制规律（D）的控制器，其输出△u与偏差e的关系可用下式表示：式中TD——微分时间微分控制作用的输出大小与偏差变化的速度成正比。对于一个固定不变的偏差，不管这个偏差有多大，微分怍用的输出总是零，这是微分作用的特点。由于调节器的输出与调节器输入信号的变化速度有关系，变化速度越快，调节器的输出就越大；如果输入信号恒定不变，则微分调节器就没有输出，因此微分调节器不能用来消除静态偏差。而且当偏差的变化速度很慢时，输入信

6、号即使经过时间的积累达到很大的值，微分调节器的作用也不明显。所以这种理想微分控制作用一般不能单独使用，也很难实现。115、微分控制规律微分控制规律的各种特性见图所示：控制器输入理想控制器输出实际控制器输出幅频特性图相频特性图126、比例微分控制规律具有比例微分控制规律（D）的控制器，其输出△u与偏差e的关系可用下式表示：理论上PD调节器控制作用迅速、无滞后，并有很强地抑制动态偏差过大的能力。但缺乏抗干扰能力，如果偏差信号中含有高频干扰时，则输出会有大幅度的变化，这样容易引起执行器的误动作。比例微分控制特

7、性137、实际比例微分控制规律1）t=02）t→∞实际微分控制器输入输出曲线148、比例积分微分控制规律PID的输入输出关系可用下列公式表示：由上式可见，PID控制作用的输出分别是比例、积分和微分三种控制作用输出的叠加。当输入偏差e为一幅值为A的阶跃信号时，实际PID控制器的输出特性如右图所示。PID控制规律特性图158、比例积分微分控制规律PID的特性图显示，实际PID控制器在阶跃输入下，开始时，微分作用的输出变化最大，使总的输出大幅度地变化，产生强烈的“超前”控制作用，这种控制作用可看成为“预调”。

8、然后微分作用逐渐消失，积分作用的输出逐渐占主导地位，只要余差存在，积分输出就不断增加，这种控制作用可看成为“细调”，一直到余差完全消失，积分作用才有可能停止。而在PID控制器的输出中，比例作用的输出是自始至终与偏差相对应的，它一直是一种最基本的控制作用。在实际PID控制器中，微分环节和积分环节都具有饱和特性。PID控制器可以调整的参数是KC、TI、TD。适当选取这三个参数的数值，可以获得较好的控制质量。168、比例积分微分控制规律对于一台实