化工仪表及自动化 化工、食品、制药、环境、轻工、生物等工艺类专业适用 教学课件 作者 林德杰 第5章　自动控制仪表.ppt

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1、第5章　自动控制仪表5.1　控制器的发展与分类5.2　控制器基本控制规律5.3　模拟式控制器5.4　数字式控制器5.5　执行器5.6　调节机构5.7　执行机构5.8　电—气转换器和电—气阀门定位器5.9　执行器的选择5.1　控制器的发展与分类5.1.1　控制器的发展过程5.1.2　控制器的分类5.1.1　控制器的发展过程1.基地式控制器2.单元组合式控制器3.组装式控制器4.数字智能式控制器5.1.2　控制器的分类1)按使用的能源来分，有气动控制器和电动控制器。2)按结构形式来分，有基地式控制器、单元组合式控制器和组装

2、式控制器等。3)按信号类型来分，有模拟式控制器和数字式控制器。4)按控制规律来分，有双位控制器和PID控制器，其中PID控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器、比例积分控制器、比例微分控制器、比例积分微分控制器。5.2　控制器基本控制规律5.2.1　双位控制5.2.2　比例控制(P)5.2.3　比例积分控制(PI)5.2.4　比例微分控制(PD)5.2.5　比例积分微分控制(PID)5.2.6　PID控制规律总结用数学表达式描述控制规律如下：u=f(e)=f(z－x)(5-1)5.2.1　双位控制图5-1　理想的

3、双位控制特性理想的双位控制器其输出u和输入偏差e之间的关系为u=umax，e>0(或e<0)时umin，e<0(或e>0)时(5-2)理想的双位控制特性如图5-1所示。图5-2　双位控制的液位控制系统图5-3　带中间区的双位控制规律图5-4　带中间区的双位控制过程图5-5　比例控制系统根据相似三角形原理，有ab=ue即u=abe(5-3)式中，e表示杠杆左端的位移，即液位的变化量；u表示杠杆右端的位移，即阀杆的位移量；a、b分别表示杠杆支点与两端的距离。偏差就是被控变量测量值的变化量)e之间成比例关系，即u=KPe(5

4、-4)式中，KP为可调的放大倍数(比例增益)。比例度就是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，用公式表示为δ=exmax－xminuumax－umin×100%(5-5)将式(5-4)的关系代入式(5-5)，经整理后可得δ=1KPumax－uminxmax－xmin×100%(5-6)5.2.2　比例控制(P)图5-6　比例度与输入输出关系图5-7　比例控制系统过渡过程图5-8　比例度对过渡过程的影响1—δ小于临界值　2—δ等于临界值3—δ偏小　4—δ适当　5—δ偏大6—δ太大5.2.3　比例积分

5、控制(PI)1.积分控制2.比例积分控制1.积分控制图5-9　积分控制器特性积分控制作用的输出变化量u与输入偏差e的积分成正比：式(5-7)2.比例积分控制比例积分控制规律可用下式表达：u=KPe+KI∫edt(5-8)经常采用积分时间TI来代替KI，TI=1KI，式(5-8)为u=KPe+1TI∫edt(5-9)图5-10　比例积分控制器特性图5-11　积分时间对过渡过程的影响1—太小　2—适当　3—太大　4—→∞5.2.4　比例微分控制(PD)1.微分控制2.比例微分控制1.微分控制在自动控制时，这就要求控

6、制器具有微分控制规律，控制器的输出信号与偏差信号的变化速度成正比，即u=TDdedt(5-10)式中，TD表示微分时间；dedt表示偏差信号变化速度。2.比例微分控制比例微分控制规律(见图5-13)为u=KPe+TDdedt(5-11)图5-12　微分控制器特性图5-13　比例微分控制器特性5.2.5　比例积分微分控制(PID)图5-14　比例积分微分控制特性比例积分微分控制规律为u=KPe+1TI∫edt+TDdedt(5-12)5.2.6　PID控制规律总结表5-1　几种PID控制规律的特点及适用场合5.3　模拟式

7、控制器图5-15　全刻度指示控制器组成框图图5-16　DTL—3100型控制器面板图1—自动、软手动、硬手动切换开关　2—双针垂直指示器　3—内给定设定轮　4—输出指示器　5—硬手动操作杆　6—软手动操作板键　7—外给定指示灯8—阀位指示器　9—输出记录指示　10—位号牌11—输入检测插孔　12—手动输出插孔5.4　数字式控制器5.4.1　数字式控制器的组成5.4.2　可编程序控制器5.4.3　专家自整定控制器5.4.1　数字式控制器的组成1.微机单元2.输入电路3.输出电路4.人机对话接口电路图5-17　数字式调节器

8、的组成框图5.4.2　可编程序控制器1.PLC的组成2.PLC的内部等效继电器电路3.PLC的工作原理4.PLC的应用及发展趋势1.PLC的组成图5-18　PLC的组成2.PLC的内部等效继电器电路图5-19　继电器控制系统图5-20　PLC的等效继电器控制电路3.PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按