热工仪表及自动化课件.ppt

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1、热工仪表及自动化自动控制系统的关键部件对象√测量、变送传感器、变送器、显示、报警、记录装置调节器执行器执行机构、调节机构调节器执行器对象测量变送x(t)e(t)u(t)q(t)y(t)z(t)＋－主要内容基本控制规律数字式调节器的调节规律执行器运算器(选修)第五章热工控制仪表§5-1基本控制规律调节器的控制规律用数学表达式为：C=f(e)调节器控制位式控制比例控制比例积分比例微分比例积分微分一、两位式调节规律两位式输入和输出如图：呆滞区：不能引起调节器动作的被调量对定值偏差区被调量对设定值的偏差不超出呆滞区间，输出保持不变输入和输出如图：理想

2、输出实际输出呆滞区存在可以延长调节器的使用寿命，避免频繁动作双位控制器二、三位式调节规律三种状态100%0-100%输入和输出如图：理想输出实际输出三、比例调节比例调节：调节器的输出和输入成比例关系传递函数为：Kc：调节器的放大倍数调节作用以偏差的存在为前提，被调量受干扰偏离设定值后不可能恢复到设定值比例作用压力调节器比例带不表示比例作用的强弱，表示作用的范围四、比例积分控制积分控制规律积分控制规律：调节器的输出变化量，与输入偏差随时间的积分成正比数学表达式为:△Ｃ＝Ｋｉ∫ｅdt比例积分控制规律比例积分控制规律是比例与积分两种控制作用的组合其

3、数学表达式为:积分调节器阶跃响应及Matlab模拟输入红线输出黄线积分调节器的特点：偏差存在时，调节器的输出将随时间不断变化，直到偏差消除总从0开始，不及时，不单独使用，常和比例调节一起组成比例积分调节TI大，积分速度慢比例积分控制积分时间及其对系统过渡过程的影响在比例积分控制系统中，若保持调节器比例度不变，积分时间对过渡过程的影响如图3-11所示。从图中可以看出，积分时间对过渡过程的影响具有双重性。随着积分时间Ｔi的减小，积分作用增强，即在相同的扰动作用下，调节器的输出较大，余差消除快，最大偏差减小，但同时系统的振荡加剧，稳定性下降。Ｔ

4、i过小，还可能导致系统的不稳定比例积分作用压力调节器五、比例微分控制微分控制规律微分控制规律是：调节器的输出变化量与输入偏差变化的速度成正比。数学表达式为：比例微分控制规律比例微分控制规律:是比例与微分两种控制作用的组合。数学表达式为：比例微分调节的特点根据被调量的变化趋势，防止被调量出现更大的偏差，使偏差消失于萌芽中输出和偏差变化的速度成正比提供系统稳定性的作用微分时间越长，或偏差变化的速度大，微分作用就强六、比例积分微分控制比例积分微分控制规律是比例、积分与微分三种控制作用的组合。数学表达式为：三作用调节器综合了各种控制规律的优点，具有较

5、好的控制性能，应用范围宽广。比例积分微分控制各种控制过程常用的控制规律如下：液位：滞后不大，一般控制要求不高，用P或PI控制规律。流量：滞后很小，时间常数小，测量信号中杂有噪音，用PI或加反微分加以控制。压力：介质为液体的滞后较小，介质为气体时的滞后中等，用P或PI控制规律。温度：容量滞后较大，时间常数大，常用PID控制规律。比例微积分调节理想的比例微积分调节（PID）实际的PID调节传递函数为：PID调节器的阶跃响应曲线比例比例微分积分积分微分比例积分微分调节的特点快速、敏捷平稳准确三项需适当配合三种作用在任何时候都协调工作七、传感器和变送

6、器的特性传感器有一定的容量，如热电偶，在没有套管时，单容元件，为一阶惯性环节，传感器的时间常数与对象的时间常数相比很小时，看作比例环节变送器将被测信号转变成标准信号，比例环节§5-2数字式调节器的调节规律一、采样过程和Z变换用数字计算机作为系统控制器，对连续的受控对象进行控制，离散信号：纯离散系统采用系统：采样过程把连续信号转换成离散信号的过程零阶保持使采样信号每一个采样瞬时的值保持到下一个采样瞬时，处于每个采样区间内的值为常数，导数为零一阶保持使采样信号每一个采样瞬时的值保持到下一个采样瞬时，处于每个采样区间内的值为常数，导数为零Z变换连续

7、系统分析中，拉氏变化，将系统的微分方程转换为代数方程采样系统分析中，Z变换将差分方程转换为代数方程进行拉氏变化可得：二、数字PID控制位置式控制算法m(k)是第K次采样的调节器的输出，它直接决定了执行结构的位置，称为位置式算法增量式控制算法当执行机构需要的是控制量的增量时，采用增量式PID控制，控制增量仅与最近的第K次取样有关，误动作时影响较小PID控制算法的改进积分分离算法微分先行的PID控制带死区的PID控制积分环节的目的是消除余差启动、结束、大幅度增减设定引起较大的超调当被控量和设定值偏差较大时取消积分作用积分分离算法微分先行PID控制

8、算法只对输出量进行微分，而对设定值不作微分，改变设定值，输出不会改变，被控量的输出通常比较缓和适合与设定值频繁变的场合带死区的PID控制为了避免控制作用过于频繁，消