控制规律及其对过渡过程的影响说课材料.ppt

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1、控制规律及其对过渡过程的影响y(t)——被控变量的测量值r(t)——被控变量的给定值控制器的输出信号：相对于控制器输入信号e的输出的变化量Δu。分析方法：输入e(t)给一个阶跃信号，分析输出信号随时间的变化规律。e(t)=y(t)－r(t)偏差：控制规律:指控制器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。常用控制规律：位式控制比例控制(P)比例积分控制(PI)比例微分控制(PD)比例积分微分控制(PID)P：proportionI：integrationD：differentiation一、双位控制或者双位调节系统示例：利用电极式液位计控制电磁阀的开启与关闭。理想的双位

2、调节特性曲线JH0u开位关位e双位控制控制器罐压力变送器排放电磁阀例如：某压力控制系统，控制设定值为100KPa，当罐内压力刚好达到100KPa时，控制器输出为0，电磁阀关；罐内压力稍稍大于100KPa时，控制器输出为1，电磁阀开，排除气体降低系统压力，此时罐内压力马上又小于设定值100KPa，电磁阀关，内部压力马上又会重新升高，大于100KPa，控制器输出为1，电磁阀开······，这样控制器输出在0与1之间不断变化，电磁阀也在“开”和“关”二个状态上不停的动作。这种现象在实际工业系统中是绝对不允许的，因为任何一种设备都有一定的使用寿命，电磁阀的使用寿命一般在10万～

3、50万次。如果把双位特性调整为－x(t)z(t)e(t)u(t)+umaxumin△双位控制——总结由于位式控制的执行器是从一个固定位置到另一个固定位置，所以整个系统不可能保持在一个平衡状态。被控变量总在设定值的附近波动，其过渡过程是持续的等幅振荡，滞回区间的大小影响振荡频率。振荡频率低，控制质量差；振荡频率高，影响执行器的使用寿命。位式控制的特点：简单、过渡过程是振荡的位式控制的适用范围：时间常数大纯滞后小负荷变化不大也不激烈控制要求不高。二、比例控制(P)OabOabeu阀门开度的改变量与被控变量(液位)的偏差值成比例浮球液位控制系统式中e-为调节器的输入;u-为调

4、节器的输出;比例调节规律:调节器的输出信号变化量与偏差信号成比例et特点：控制作用及时迅速。一旦偏差不为0，调节器的输出即刻发生改变。传递函数：AuKPAtKP为比例增益，表征比例控制作用的强弱程度。KP越大：控制作用越强但是，在工业现场，一般都习惯于用比例度来表示比例作用的强弱比例度的定义：输入信号的相对变化量占输出信号的相对变化量的百分数。其中：C——仪表常数，当输入输出是统一信号时，仪表常数C＝1，KP越大越小控制作用越？。xmax－xmin：控制器输入的变化范围，即测量仪表的量程μmax－μmin：控制器输出的变化范围答：越强具体意义：使控制器的输出变

5、化满刻度时(控制阀从全关到全开或相反)，相应的控制器的输入变化量占输入变化范围的百分数。此时：比例度与输入、输出的关系：例：一台比例作用的温度控制器，其温度的变化范围为400~800℃、控制器的输出范围是4~20mA。当温度从600℃变化到700℃，控制器相应的输出从8mA变为12mA，求其比例度的值为多少？解：28.某比例式温度控制器，其测量值的变化范围为0~1000℃，控制器的输出变化范围是0~100％。若控制器的比例度为50％，当测量值变化100℃时，控制器的输出相应变化了多少？解：思考题与习题（P44）比例作用对过渡过程的影响某控制系统的方块图如右图所示，求设定

6、值、干扰分别发生阶跃变化时的稳态变化量。先求Y(s)=??×X(s)+??×F(s)令设定值发生单位阶跃变化：则：存在余差令干扰发生单位阶跃变化：则：对被控变量有影响，产生余差。Kp增大，余差减小。比例控制的特点:控制作用及时迅速，余差不可避免，因此亦称有差调节。比例度对控制过程的影响比例度的选择原则:若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大倍数较小（系统易稳定）时，比例度选大一点还是小一点？比例度愈大，过渡过程曲线震荡愈小，余差愈大；比例度愈小，过渡过程曲线震荡激烈，可能不稳定。反之，若系统不易稳定，就要选择大的比例度来保证稳定。答：选择小的比例度来提高系统的灵敏度，从

7、而使过渡过程曲线的形状较好。比例调节器适用对象：干扰幅值小、滞后较小、时间常数较大的对象。三、比例积分控制(PI)1、积分控制(I)积分作用微分方程表达式:tteuTI：积分时间，表示积分速度的大小和积分作用的强弱。阶跃响应曲线传递函数:特点:可消除余差缺点:控制作用不及时（不单独使用）TI越大，积分作用越强还是越弱？答：越弱2、比例积分控制(PI)在阶跃信号作用下（幅值为A)PI输出响应由比例和积分两部分组成当t=TIu=2KPA微分方程表达式:tKpAtKpAeuTI由此可确定积分时间。积分时间TI的物理意义：在阶跃信号作用下，控制器