化工仪表及自动化 第5章 自动控制仪表课件.ppt

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1、化工仪表及自动化第五章自动控制仪表内容提要概述基本控制规律及其对系统过渡过程的影响双位控制比例控制积分控制微分控制模拟式控制器基本构成原理及部件DDZ-Ⅱ型电动控制器1内容提要数字式控制器数字式控制器的主要特点数字是控制器的基本构成KMM型可编程序调节器可编程序控制器概论可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的编程语言OMRONC系列PLC应用实例2第一节概论3控制仪表经历三个发展阶段基地式控制仪表单元组合式仪表中的控制单元以微处理器为基元的控制装置第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响4控制器的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。即经常是假定控制器的输

2、入信号e是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。在研究控制器的控制规律时第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响控制器的基本控制规律位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）及它们的组合形式，如比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）和比例积分微分控制（PID）。5第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响一、双位控制6理想的双位控制器其输出p与输入偏差额e之间的关系为图5-1理想双位控制特性图5-2双位控制示例第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响7将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个

3、具有中间区的双位控制器，见下图。由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。图5-3实际的双位控制特性图5-4具有中间区的双位控制过程第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标结论被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较有利。双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍。8第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响二、比例控制9在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的等幅振荡过程，为了避免这种情况，应该使控制阀

4、的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响图5-5简单的比例控制系统示意图如左图，根据相似三角形原理对于具有比例控制的控制器比例控制的放大倍数KP是一个重要的系数，它决定了比例控制作用的强弱。（5-4）10第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响11比例度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。图5-6比例度示意图（5-5）第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响12举例DDZ-Ⅱ型比例作用控制

5、，温度刻度范围为400～800℃，控制器输出工作范围是0～10mA。当指示指针从600℃移到700℃，此时控制器相应的输出从4mA变为9mA，其比例度的值为说明对于这台控制器，温度变化全量程的50％（相当于200℃），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区间内，e和p是成比例的。第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响13将式（5-4）的关系代入式（5-5），经整理后可得比例度δ与放大倍数KP成反比。控制器的比例度δ越小，它的放大倍数KP就越大，它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦然。结论第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响14左下图表示图5-5的液位比例

6、控制系统的过渡过程。图5-7比例控制系统过渡过程到第9页在t=t0时，系统外加一个干扰作用液位开始下降作用在控制阀上的信号进水量增加偏差的变化曲线图5-8比例度对过渡过程的影响第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响优点：反应快，控制及时缺点：存在余差若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。结论15第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响三、积分控制16当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。积

7、分控制作用的输出变化量p与输入偏差e的积分成正比，即图5-9积分控制器特性当输入偏差是常数A时当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，因而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差。结论第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响17把比例与积分组合起来，这样控制既及时，又能消除余差。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比例积分控制规律可用下式表示或若偏差是幅值为A的阶跃干扰第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响比例积分控制器对于多数系统都可采用，比