热工控制系统课堂ppt_第三章调节器的调节规律及其对控制过程的影响

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1、第三章调节器的调节规律及其对控制过程的影响第一节概述第二节比例调节规律及其对过渡过程的影响第三节积分调节规律及其对过渡过程的影响第四节微分调节规律及其对过渡过程的影响第一节概述最基本的自动控制系统如图3-1所示，它由变送器、调节器、执行器和被控对象组成的闭环系统。图３-1控制系统组成原理框图调节器被控对象变送器执行器+-c内扰外扰r实际中，在系统分析时又往往将执行器（包括调节阀）、对象及变送器称为“广义对象”，这样就形成如图3-2所示的控制系统组成方框图。图3-2控制系统等效原理框图r调节器广义对象+-c扰动d在上图中，基本的闭环控制系统由调节器和“广义对象”（下称对象）两部分组成

2、；除调节阀对对象的扰动作用外，其他扰动信号综合为d。系统的传递方框图如图３－３所示：WT(s)W(s)WZ(s)D(s)C(s)R(s)E(s)U(s)+-++图３-３控制系统传递方框图调节器的控制作用U(s)影响对象的被调量,该回路称为控制通道。WT(s)为调节器的传递函数;W(s)为广义对象的传递函数WZ(s)为扰动通道传递函数;D(s)为扰动作用，通过WZ(s)影响被调量C(s);调节规律就是调节器输出信号与其输入信号之间的动态关系，从理论上说可有各种形式的函数关系，然而实践总结出三种基本调节规律，为广泛采用，三种基本调节规律:比例调节规律积分调节规律微分调节规律PID控制是

3、比例积分微分控制（proportional-integral-derivativecontrol）的简称。PID控制器是历史最久、生命力最强的基本控制方式。它具有以下优点：1、原理简单，实用方便2、适应性强，可广泛应用于化工、热工、冶金以及造纸、建材等各种生产部门。3、鲁棒性强。其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。本章内容的重点就是分析和比较不同调节规律的调节器的控制效果，及其动态参数对控制过程的影响。第二节　比例调节规律及其对控制过程影响一、比例调节规律所谓比例调节规律，就是调节器输出的控制作用U(t)与其偏差输入信号e(t)之间成比例关系。即：比例调节器的传递函数：工程中，

4、常用比例带来描述其控制作用的强弱，即：比例调节器的阶跃响应曲线如图３-４所示:ttU(t)e(t)EKpE图３-４比例调节规律物理意义：调节机构的位移改变100%时，偏差应有的改变量。如δ=20%，则表明调节器输出变化100%时，需要其输入信号变化20%。δ越大，调节作用越？？由图3-4可以看出，在t0时刻前，系统处于稳定状态；t0时刻偏差信号发生阶跃变化，对于定值控制系统，即被调量产生阶跃变化，调节器输出控制作用U(t)将成比例地变化，而且几乎是同时产生的。调节及时，迅速;调节过程结束，被调量偏差仍存在，称为有差调节。由此,可得比例调节规律的两个特点:由图3-4还可看出，在时调节

5、过程结束,但偏差信号e(t)仍存在，换言之，调节过程结束被调量的偏差仍未完全消除。二、单容对象的比例调节过程Q1Q2aa’bb’R1R2图3-5水位的控制过程在图3-5所示的系统中，调节器的传递函数为：水箱水位在调节阀开度的扰动下的传递特性为：在调节阀开度不变，而流出侧阀门开度阶跃变化时，水位的响应为：由上述三式可画出该系统的传递方框图如图３-６所示:KpHHg+-++图３－６系统传递方框图由图3-6可得：式中：由终值定理知：则被调量最终稳态值为：上述分析可以得出：(2)控制过程结束,被调量有稳态偏差,偏差大小与调节器比例带有关,因此比例增益(或比例带)不仅反映了调节器调节作用的强

6、弱而且也表现出消除偏差的能力。(1)单容对象在比例调节器作用下,控制过程是非周期的,不会产生振荡现象。(3)调节作用的加入使得系统过渡过程加快,同时也减小了稳态偏差。三、有自平衡双容对象配比例调节器的调节过程有自平衡双容对象配比例调节器的传递函数为:KpC(S)Hg+-++图系统传递方框图设干扰信号为幅值为１的阶跃信号，据终值定理：上式表明，在系统受到扰动后，调节过程结束，被调量仍存在稳态偏差K/(1+Kp·K)，只是比无调节作用时减小。偏差大小与比例带成正比。式中:第三节积分调节规律及其对调节过程的影响一、积分调节规律积分调节规律:调节器输出控制作用u(t)与其偏差输入信号e(t

7、)随时间的积累值成正比,即：积分调节器的阶跃响应如图3－7所示:EEtte(t)u(t)Ti图3-7积分作用曲线传函为：表明系统达到再次稳定状态时，被调量的偏差必然为零。由图3-7可以看出:当被调量出现偏差并呈阶跃形式变化时，积分调节器输出的控制作用并不立即变化，而是由零开始线性增长。只要偏差存在，积分控制作用一直增加；只有偏差为零时，积分作用才停止变化；由以上分析,可知积分调节规律具有以下特点:（5）调节机构应考虑偏差变化速度的大小与方向,易产生方向错误而引起调节过