过程控制系统第3章ppt课件.ppt

《过程控制系统第3章ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《过程控制系统》第三章第3章控制器的控制规律在过程控制系统中，控制器将系统被控变量的测量值y(t)与设定值r(t)相比较，如果存在偏差e(t)，即e(t)=y(t)-r(t)，就按预先设置的不同控制规律，发出控制信号u(t)，去控制生产过程，使被控变量的测量值与设定值相等。控制器的输出信号随偏差信号的变化而变化的规律称为控制规律。控制器的控制规律来源于人工操作规律，是模仿、总结人工操作经验的基础上发展起来的。控制器的基本控制规律有双位控制、比例、积分和微分等几种。工业上所用的控制规律是这些基本规律之间的不同组合，如比例积分（PI）控制、比例微分（PD）控制和比例积分微分（PI

2、D）控制。3.1双位控制控制器的输出只有两个值：最大值或最小值。当测量值大于（或小于）设定值，即偏差信号大于零（或小于零）时，控制器的输出信号为最大值；反之，则控制器的输出信号为最小值。理想的双位控制规律的数学表达式为：当（或）时，当（或）时，图3-1是一个温度的双位控制系统。被控对象是一个电加热器，工艺要求控制热流体的出口温度。使用热电偶测量该温度，并把温度信号送到双位温度控制器，由控制器根据温度的变化情况来接通或切断电源。当出口温度低于设定值时，控制器的输出使电源接通，进行加热，流体的温度上升；当出口温度高于设定值时，控制器的输出使电源断开，流体的温度又会逐渐下降。缺点，

3、即控制机构的动作非常频繁，容易损坏系统中的执行机构（如继电器、电磁阀等），这样就很难保证双位控制系统安全可靠运行。实际上的双位控制器是有中间区的，即当测量值大于或小于设定值时，控制器的输出不能立即变化，只有当偏差达到一定数值时，控制器的输出才发生变化，其双位控制输出特性如图3-2所示。由于双位控制是断续控制作用下的等幅振荡过程，因此分析双位控制过程时，一般使用振幅和周期作为品质指标。一般的设计原则是，满足振幅在允许的范围内后，尽可能使周期最长。要注意的是系统中有时存在纯滞后环节（即时滞）。如果滞后时间为τ，那么，即使控制器的输出已经切换，被控变量仍将继续上升或下降τ时间然后才

4、下降或上升，从而使等幅振荡的幅度加大。系统的时滞越大，振荡的幅度也越大。双位控制器结构简单，容易实现控制，且价格便宜。适用于单容量对象且对象时间常数较大、负荷变化较小、过程时滞小、工艺允许被控变量在一定范围内波动的场合，如压缩空气的压力控制，恒温箱、管式炉的温度控制以及贮槽的水位控制等。在实施时只要选用带上、下限接点的检测仪表、双位控制器，再配上继电器、电磁阀、执行器、磁力起动器等即可构成双位控制系统。3.2比例控制（1）比例控制规律（P）控制器输出信号u(t)与输入信号e(t)之间的关系为Δu(t)=Kce(t)式中Kc是控制器的比例增益。控制器的输出变化量与输入偏差成正比

5、例，在时间上没有延滞。比例控制器的传递函数为：比例增益Kc是控制器的输出变量Δu(t)与输入变量e(t)之比。Kc越大，在相同偏差e(t)输入下，输出Δu(t)也越大。因此Kc是衡量比例作用强弱的因素。工业生产上所用的控制器，一般都用比例度δ来表示比例作用的强弱。（2）比例度δ比例度δ定义为式中，e为控制器输入信号的变化量，即偏差信号；Δu为控制器输出信号的变化量，即控制命令；(Zmax-Zmin)为控制器输入信号的变化范围，即量程；(umax-umin)为控制器输出信号的变化范围。改写为单元组合仪表因此比例度δ与比例增益Kc成反比。δ越小，则Kc越大，比例控制作用就越强；反

6、之，δ越大，则Kc越小，比例控制作用就越弱。（3）比例度对系统过渡过程的影响在扰动（例如负荷）及设定值变化时有余差存在。比例度δ越大，过渡过程曲线越平稳；随着比例度δ的减小，系统的振荡程度加剧，衰减比减小，稳定程度降低。在扰动作用下，δ越小，最大偏差越小；在设定作用下且系统处于衰减振荡时，δ越小，最大偏差却越大。如果δ较小，则振荡频率提高，因此把被控变量拉回到设定值所需时间就短。一般而言，当广义对象的放大系数较小、时间常数较大、时滞较小的情况下，控制器的比例度可选得小些，以提高系统的灵敏度；反之，当广义对象的放大系数较大、时间常数较小而时滞较大的情况下，必须适当加大控制器的比

7、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，余差不太大的过渡过程，即衰减比在4:1～10:1的范围内，而随动控制系统一般衰减比在10:1以上。在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主要也是应用最普遍的控制规律，它能较为迅速地克服扰动的影响，使系统很快地稳定下来。比例控制作用通常适用于扰动幅度较小、负荷变化不大、过程时滞（指τ/T）较小或者控制要求不高的场合。例如在液位控制中，往往只要求液位稳定在一定的范围之内，没有严格要求，只有当比例控制系统的控制指标不能满足工艺生