控制仪表及装置第一章ppt课件.ppt

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1、控制仪表及装置第一章模拟式控制器第一章模拟式控制器第一节控制器的运算规律和构成方式第二节基型控制器第三节特种控制器和附加单元模拟式控制器控制器将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算，并输出统一标准信号,去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺变量的自动控制。图1-1单回路控制系统方框图控制器对象变送器给定值偏差测量值被控变量扰动xs∆εxi∆y控制器的运算规律和组成方式控制器的运算规律是指控制器的输出信号和输入偏差之间随时间变化的规律。∆y∆ε一、概述∆ε＝ε∆ε对输入偏差而言，由于

2、其初值为零，因此基本运算规律有比例（P）、积分（I）和微分（D）三种，各种控制器的运算规律均由这些基本运算规律组合而成。∆y∆y习惯上称ε>0为正偏差；ε<0为负偏差ε>0时>0称控制器为正作用；ε<0时<0为反作用二、PID控制器的运算规律PID运算规律的表示形式1.理想PID控制器微分方程表示法传递函数表示法比例增益积分时间微分时间2.实际PID控制器F－控制器变量之间的相互干扰系数，可表示为－考虑相互干扰系数后的实际比例增益KPFTIFKIDFTKD－考虑相互干扰系数后的实际积分时间－考虑相互干扰系数后的实际微分时间－微分增益－积分增益具有比例控制规

3、律的控制器称为P控制器，其输出信号与输入偏差（当给定值不变时，偏差就是被控变量测量值的变化量）之间成比例关系。P运算规律∆yε或在实际调节器中常用比例度（或称比例带）δ来表示比例作用的强弱。δ与Kp成反比。δ越小，Kp越大，比例作用就越强。比例度图1-2P控制器的阶跃响应特性P控制特性tε0t0y∆KPεP控制的特点：反应快，控制及时，但系统有余差。比例度与系统稳定性的关系:δ越小，系统控制越强，但并不是δ越小越好。δ减小将使系统稳定性变差，容易产生振荡。P控制器一般用于干扰较小，允许有余差的系统中。PI运算规律具有比例积分控制规律的控制器称为PI控制器。

4、对PID控制器而言，当微分时间TD＝0时，控制器呈PI控制特性。理想PI控制器的特性或积分作用能消除余差。只要有偏差存在，积分作用的输出就会随时间不断变化，直到偏差消除，控制器的输出才稳定下来。积分作用一般不单独使用，而是和比例作用组合起来构成PI控制器。由于积分输出是随时间积累而逐渐增大的，故控制作用缓慢，造成控制不及时，使系统稳定裕度下降。图1-3理想PI控制器的阶跃响应特性阶跃响应特性tε0t0∆yKPε∆y=∆yIP∆yPTI可表示为比例作用输出与积分作用输出之和。其中在阶跃偏差信号作用下，理想PI控制器的输出随时间变化的表达式为：比例作用输出积分

5、作用输出当积分作用输出与比例作用输出相等时，即可得也就是说，积分作用的输出值变化到等于比例作用的输出值所经历的时间就是积分时间。积分时间TI的意义TI愈短，积分速度愈快，积分作用就愈强。积分时间TI的测定实际PI控制器的特性实际PI控制器的传递函数为：在阶跃偏差信号作用下，实际PI控制器的输出为：阶跃响应特性tε0t0∆yKPεKPεKI图1-4实际PI控制器的阶跃响应特性积分增益KI在阶跃偏差信号作用下，实际PI输出变化的最终值（假定偏差很小，输出值未达到控制器的输出限幅值）与初始值（即比例输出值）之比：当积分增益KI为无穷大时，可以证明实际PI控制器的

6、输出就相当于理想输出。实际上，PI控制器的KI一般都比较大，可以认为实际PI控制器的特性是接近于理想PI控制器特性的。控制点偏差和控制精度当控制器的输出稳定在某一值时，测量值与给定值之间存在的偏差通常称为控制点偏差。当控制器的输出变化为满刻度时，控制点的偏差达最大，其值可以表示为：控制点最大偏差的相对变化值即为控制器的控制精度（∆）。考虑到控制器输入信号（偏差）和输出信号的变化范围是相等的，因此，控制精度可以表示为：控制精度是控制器的重要指标，表征控制器消除余差的能力。KI（或K）愈大，控制精度愈高，控制器消除余差的能力也愈强。PD运算规律理想PD控制器的

7、特性或具有比例微分控制规律的控制器称为PD控制器。对PID控制器而言，当积分时间TI→∞时，控制器呈PD控制特性。微分作用是根据偏差变化速度进行控制的，有超前控制之称。在温度、成分等控制系统中，往往引入微分作用，以改善控制过程的动态特性。不过，在偏差恒定不变时，微分作用输出为零，故微分作用也不能单独使用。图1-5理想PD控制器的斜坡响应特性斜坡响应特性tε0t0∆yTD可表示为比例作用输出与微分作用输出之和。其中当偏差为等速上升的斜坡信号时，理想PD控制器为：比例作用输出微分作用输出ε=at∆y=KpTDaD∆y=KptPa达到相同的输出值时，微分作用比单

8、纯比例作用提前的时间就是微分时间TD。实际PD控制器的特性实际PD