基本控制規(guī)律ppt課件

基本控制規(guī)律 位式控制雙位控制具有中間區(qū)的雙位控制多位控制比例控制比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)比例度及其對(duì)控制過(guò)程的影響 1 目錄 積分控制積分控制規(guī)律及其特點(diǎn)比例積分控制規(guī)律與積分時(shí)間積分時(shí)間對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響微分控制微分控制規(guī)律及其特點(diǎn)實(shí)際的微分控制規(guī)律及微分時(shí)間比例微分控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程比例積分微分控制 概論 3 p f e f z x 概論 4 第一節(jié)位式控制 一 雙位控制 5 理想的雙位控制器其輸出p與輸入偏差額e之間的關(guān)系為 圖5 1理想雙位控制特性 圖5 2雙位控制示例 第一節(jié)位式控制 6 將上圖中的測(cè)量裝置及繼電器線路稍加改變 便可成為一個(gè)具有中間區(qū)的雙位控制器 見(jiàn)下圖 由于設(shè)置了中間區(qū) 當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí) 控制機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作 因此可以使控制機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)的頻繁程度大為降低 延長(zhǎng)了控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命 圖5 3實(shí)際的雙位控制規(guī)律 二 具有中間區(qū)的雙位控制 圖5 4具有中間區(qū)的雙位控制過(guò)程 第一節(jié)位式控制 7 第一節(jié)位式控制 三 多位控制 對(duì)系統(tǒng)的控制效果較好 但會(huì)使控制裝置的復(fù)雜程度增加 圖5 5三位控制器特性圖 8 以電爐加熱為例 三位式調(diào)節(jié)可以用兩個(gè)繼電器在的觸點(diǎn)組成 升溫加熱 恒溫調(diào)節(jié) 及 停止加熱 三種輸出狀態(tài) 具體實(shí)現(xiàn)方法為采用輔助加熱器A和主加熱器B兩組加熱器 當(dāng)測(cè)量值低于下限設(shè)定值時(shí) 上 下限繼電器均吸合 系統(tǒng)進(jìn)入 升溫加熱 狀態(tài) 此時(shí)A B二組加熱器同時(shí)加熱 因此升溫速度較快 當(dāng)測(cè)量值到達(dá)下限設(shè)定值 但尚低于上限設(shè)定值時(shí) 下限繼電器釋放 斷開(kāi)輔助加熱器A的能源供給 升溫速率隨之下降 系統(tǒng)進(jìn)入 恒溫加熱 狀態(tài) 當(dāng)測(cè)量值到達(dá)上限設(shè)定值時(shí) 下限繼電器仍保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài) 上限繼電器開(kāi)始釋放 斷開(kāi)主加熱器B能源供給 此時(shí)由于主輔加熱器均失去能源供給 故溫度逐漸下降 直至降到上限設(shè)定回差的下限時(shí) 上限繼電器又吸合 接通主加熱器B的能源供給 溫度又逐漸上升 周而復(fù)始 由此可見(jiàn)三位式調(diào)節(jié)比二位式調(diào)節(jié)升溫的速度快 進(jìn)入恒溫調(diào)節(jié)狀態(tài)后溫度的波動(dòng)小 精度高 第二節(jié)比例控制 P控制 9 在雙位控制系統(tǒng)中 被控變量不可避免地會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩過(guò)程 為了避免這種情況 應(yīng)該使控制閥的開(kāi)度與被控變量的偏差成比例 根據(jù)偏差的大小 控制閥可以處于不同的位置 這樣就有可能獲得與對(duì)象負(fù)荷相適應(yīng)的操縱變量 從而使被控變量趨于穩(wěn)定 達(dá)到平衡狀態(tài) 圖5 6水槽液位控制 第二節(jié)比例控制 9 4 10 一 比例控制規(guī)律及其特點(diǎn) 圖5 8簡(jiǎn)單比例控制系統(tǒng)示意圖 比例控制器實(shí)際上是一個(gè)放大倍數(shù)可調(diào)的放大量 第二節(jié)比例控制 如上圖 根據(jù)相似三角形原理 所以 對(duì)于具有比例控制的控制器 5 4 11 第二節(jié)比例控制 12 比例度是指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù) 5 5 二 比例度及其對(duì)控制過(guò)程的影響 1 比例度 第二節(jié)比例控制 13 第二節(jié)比例控制 當(dāng)溫度變化全量程的40 時(shí) 控制器的輸出從0mA變化到10mA 在這個(gè)范圍內(nèi) 溫度的變化和控制器的輸出變化 p是成比例的 但是當(dāng)溫度變化超過(guò)全量程的40 時(shí) 在上例中即溫度變化超過(guò)40 時(shí) 控制器的輸出就不能再跟著變化了 這是因?yàn)榭刂破鞯妮敵鲎疃嘀荒茏兓?00 所以 比例度實(shí)際上就是使控制器輸出變化全范圍時(shí) 輸入偏差改變量占滿(mǎn)量程的百分?jǐn)?shù) 14 11 比例度是指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù) 比例度示意圖 5 5 第二節(jié)比例控制 15 圖5 9比例度與輸入輸出的關(guān)系 將式 5 5 改寫(xiě)后得 第二節(jié)比例控制 對(duì)一只控制器來(lái)說(shuō) K是一個(gè)固定常數(shù) 式中 Kp值與 值都可以用來(lái)表示比例控制作用的強(qiáng)弱 16 第二節(jié)比例控制 17 左下圖為簡(jiǎn)單水槽的比例控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 圖5 10簡(jiǎn)單水槽的比例控制過(guò)程 液位開(kāi)始下降 作用在控制閥上的信號(hào) 進(jìn)水量增加 偏差的變化曲線 圖5 11比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響 在t t0時(shí) 系統(tǒng)外加一個(gè)干擾作用 第二節(jié)比例控制 優(yōu)點(diǎn) 反應(yīng)快 控制及時(shí)缺點(diǎn) 存在余差 18 第三節(jié)積分控制 I控制 一 積分控制規(guī)律及其特點(diǎn) 19 當(dāng)對(duì)控制質(zhì)量有更高要求時(shí) 就需要在比例控制的基礎(chǔ)上 再加上能消除余差的積分控制作用 圖5 12積分控制規(guī)律 對(duì)上式微分 可得 當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A時(shí) 第三節(jié)積分控制 20 第三節(jié)積分控制 圖5 13液位控制系統(tǒng) 圖5 14積分控制過(guò)程 21 第三節(jié)積分控制 二 比例積分控制規(guī)律與積分時(shí)間 比例積分控制規(guī)律可用下式表示 5 8 圖5 15比例積分控制規(guī)律 22 第三節(jié)積分控制 23 第三節(jié)積分控制 三 積分時(shí)間對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響 圖5 16積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響 24 比例積分控制器對(duì)于多數(shù)系統(tǒng)都可采用 比例度和積分時(shí)間兩個(gè)參數(shù)均可調(diào)整 當(dāng)對(duì)象滯后很大時(shí) 可能控制時(shí)間較長(zhǎng) 最大偏差也較大 負(fù)荷變化過(guò)于劇烈時(shí) 由于積分動(dòng)作緩慢 使控制作用不及時(shí) 此時(shí)可增加微分作用 25 第四節(jié)微分控制 一 微分控制規(guī)律及其特點(diǎn) 26 圖9 17微分控制的動(dòng)態(tài)特性 第四節(jié)微分控制 D控制 二 實(shí)際的微分控制規(guī)律及微分時(shí)間 微分作用的特點(diǎn) 在偏差存在但不變化時(shí) 微分作用都沒(méi)有輸出 實(shí)際微分控制規(guī)律是由兩部分組成 比例作用與近似微分作用 其比例度是固定不變的 恒等于100 所以認(rèn)為 實(shí)際的微分控制器是一個(gè)比例度為100 的比例微分控制器 微分作用 27 第四節(jié)微分控制 圖5 18實(shí)際微分器輸出變化曲線 可見(jiàn) t 0時(shí) p KDA t 時(shí) p A 微分控制器在階躍信號(hào)的作用下 輸出 p一開(kāi)始就立即升高到輸入幅值A(chǔ)的KD倍 然后再逐漸下降 到最后就只有比例作用A了 微分放大倍數(shù)KD決定了微分控制器在階躍作用瞬間的最大輸出幅度 28 第四節(jié)微分控制 微分時(shí)間TD是表征微分作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要參數(shù) 它決定了微分作用的衰減快慢 且它是可以調(diào)整的 在t T時(shí) 整個(gè)微分控制器的輸出為 取時(shí) 則 29 第四節(jié)微分控制 三 比例微分控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 30 第四節(jié)微分控制 圖5 19微分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響 微分作用具有抑制振蕩的效果 可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 減少被控變量的波動(dòng)幅度 并降低余差 微分作用也不能加得過(guò)大 微分控制具有 超前 控制作用 31 第四節(jié)微分控制 四 比例積分微分控制 PID控制 同時(shí)具有比例 積分 微分三種控制作用的控制器稱(chēng)為比例積分微分控制器 9 28 32 第四節(jié)微分控制 圖9 20PID控制器輸出特性 33 第五節(jié)模糊控制 模糊控制 fuzzycontrol 也稱(chēng)模糊邏輯控制 fuzzylogiccontrol 是一種以模糊集合 模糊邏輯和模糊運(yùn)算為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)先進(jìn)控制技術(shù) 一個(gè)模糊控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣 主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu) 所