控制器的基本控制规律ppt课件.ppt

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1、§2控制器的基本控制规律控制器的输入：输出：控制器的控制规律就是u(t)与e(t)之间的关系，是在人工经验的基础上总结并发展的。控制器的基本控制规律有：比例、积分和微分，此外还有如继电器特性的位式控制规律等。图7－1反应器的温度控制人工操作过程分析以蒸汽加热反应釜为例：设反应温度：85度，轻微放热反应操纵变量：蒸汽流量被控变量：反应温度干扰：蒸汽压力、进料流量等人工操作（1）：开关控制若温度低于85度，蒸汽阀门全开若温度高于85度，蒸汽阀门全关现象：温度持续波动，过程处于振荡中。结果：双位控制规律控制品质差，满足不了

2、生产要求。温度为85度，蒸汽阀门开度是3圈若温度高于85度，每高5度就关一圈阀门若温度低于85度，每低5度就开一圈阀门即开启圈数＝相应控制规律可写为：u(0)：偏差为0时控制器输出Kc：控制器比例放大倍数人工操作（2）：比例控制现象：温度控制得比较平稳结果：控制品质有一定改善，但负荷变化时，会有余差。如工况有变动，当阀门开3圈时，温度不再保持在85度。人工操作（3）：增加积分作用首先按照比例控制操作，然后不断观察若温度低于85度，慢慢地持续开大阀门若温度高于85度，慢慢地持续开小阀门直到温度回到85度即控制器输出变化

3、的速度与偏差成正比：KI：积分控制作用放大倍数现象：只要有偏差，控制器输出就不断变化。结果：输出稳定在设定的85度上，即消除了余差。人工操作（4）：增加微分作用由于温度过程容量滞后大，当出现偏差时，其数值已经较大，因此，补充经验：根据偏差变化的速度来开启阀门，从而抑制偏差的幅度，使控制作用更加及时。时间连续PID控制规律时间离散PID控制规律理想PID控制器的运算规律数学表达式：其传递函数形式：一、连续PID控制规律(7-1)(7-2)控制器运算规律通常用增量形式表示，若用实际值表示，则为：式中u(0)为控制器

4、初始输出，即t＝0瞬间偏差为0时的输出。(7-3)(7-4)1、比例控制（P）分析（1）比例控制规律控制器输出变化与输入偏差成正比。在时间上没有延迟。在相同的偏差下，Kc越大，输出也越大，因此Kc是衡量比例作用强弱的参数。工业上用比例度来表示比例作用的强弱。(7-5)传递函数形式：图7－2阶跃偏差作用下比例控制器的开环输出特性(7-6)(2)、比例度(7-7)（a）在扰动（或负荷）变化及设定值变化时有余差存在。因为在这几种情况下，控制器必有输出以改变阀门开度，力图使过程的物料和能量能够达到新的平衡。但又正比于偏差e，

5、因此此时控制器的输入信号必然不是0。当比例度较小时，对应同样的变化的e较小；因此余差小。(3)、比例度对系统过渡过程影响（b）比例度越大，过渡过程曲线越平稳；随着比例度减小，系统振荡程度加剧。当比例度减小到某数值时，系统出现等幅振荡，再减小系统将发散。因此控制系统参数设置不当，也达不到控制系统设计的效果应该根据系统各个环节的特性，特别是过程特性选择合适的控制器参数，才能获得理想的控制指标。（c）最大偏差在两类外作用下不一样在扰动作用下，越小，最大偏差越小在设定作用且系统处于衰减振荡时，越小，最大偏差也越大。因为最大偏

6、差取决于余差与超调量。在扰动作用下，最大偏差取决于余差，小，余差小。在设定作用下，则取决于超调量，小，则超调量大，所以最大偏差大。图7－3不同比例度下过渡过程(a)扰动作用(b)设定作用（d）如果小，则振荡频率提高，因此把被控变量拉回到设定值所需的时间就短。一般而言：当广义对象的放大系数较小，时间常数较大、时滞较小时，控制器的比例度可选较小，以提高系统的灵敏度。当广义对象的放大系数较大，时间常数较小而时滞较大时，需要适当增大控制器的比例度，以增加系统的稳定性。工业生产中定值控制系统通常要求控制系统具有振荡不太剧烈，余

7、差不太大的过渡过程，衰减比定在4:1~10:1,而随动系统一般衰减比在10:1以上。比例控制小结：比例控制是最基本、最主要也是应用最普遍的控制规律，它能够迅速地克服扰动的影响，使系统很快地稳定下来。比例控制通常适用于扰动幅度小，负荷变化不大，过程时滞较小（）或者控制要求不高的情况下。负荷变化大，余差大，负荷变化小，余差小。(分析见前面比例度对过渡过程影响(c))过程的越大，振荡越厉害，如果此时把比例度增大以提高系统稳定性，则余差就会增大，如果较小，则比例度可以小些，余差也就减小。控制要求不高的场合：液位控制中，往往只

8、要求液位稳定在一定的范围内，没有严格的要求，只有当比例控制的控制指标满足不了工艺要求时，才需引入其他控制作用。2、比例积分控制（PI）分析（1）积分控制规律KI表示积分速度。控制器输出信号的大小，不仅与偏差大小有关，还取决于偏差存在的时间长短。只要有偏差存在，控制器的输出就不断变化。偏差存在时间越长，输出信号的变化量越大，直到达到输出极限。(7