基本控制規(guī)律ppt課件.ppt

化工儀表及自動(dòng)化,第五章基本控制規(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,第一節(jié)概論,3,控制儀表經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段,基地式控制儀表單元組合式儀表中的控制單元以微處理器為基元的控制裝置,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,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,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,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,同時(shí)具有比例、積分、微分三種控制作用的控制器稱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,例題分析,1.目前,在化工生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)控制系統(tǒng),常用控制器的控制規(guī)律有位式控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積分微分控制。試綜述它們的特點(diǎn)及使用場(chǎng)合。,解：列表分析如下:,34,35,36,例題分析,2.對(duì)一臺(tái)比例積分控制器作開(kāi)環(huán)試驗(yàn)。已知Kp=2，TI=0.5min。若輸入偏差如圖9-21