吉林大學(xué)過程控制 9簡單控制

1、1 吉林大學(xué)通信學(xué)院吉林大學(xué)通信學(xué)院2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計概述 簡單控制系統(tǒng)是只對一個被控參數(shù)進(jìn)行控制的單回路閉簡單控制系統(tǒng)是只對一個被控參數(shù)進(jìn)行控制的單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。是最基本的過程控制系統(tǒng)。是構(gòu)成復(fù)雜過程控環(huán)控制系統(tǒng)。是最基本的過程控制系統(tǒng)。是構(gòu)成復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。典型結(jié)構(gòu)框圖典型結(jié)構(gòu)框圖如下：如下：3 控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)及其開發(fā)步驟控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)及其開發(fā)步驟簡單過程控制系統(tǒng)主要由簡單過程控制系統(tǒng)主要由被控過程、過程檢測和控制儀表被控過程、過程檢測和控制儀表組成組成 過程控制系統(tǒng)設(shè)計的過程控制系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)主要任務(wù)就在于如何確定合理的控制方案、就在于如何確定合理

2、的控制方案、選擇正確的參數(shù)檢測方法與檢測儀表以及過程控制儀表的選型選擇正確的參數(shù)檢測方法與檢測儀表以及過程控制儀表的選型和調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定等等和調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定等等 過程控制系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟敘述如下：過程控制系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟敘述如下： 1 1熟悉控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)熟悉控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)2建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3 3確定控制方案確定控制方案 4根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性進(jìn)行分析與綜合根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性進(jìn)行分析與綜合 5系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究 6工程化設(shè)計工程化設(shè)計 7工程安裝工程安裝 8控制器的參數(shù)調(diào)整控制器的參數(shù)調(diào)整 4一個簡單控

3、制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的全過程如右圖所示一個簡單控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的全過程如右圖所示 5 設(shè)計中需要注意的有關(guān)問題設(shè)計中需要注意的有關(guān)問題 1認(rèn)真熟悉過程特性認(rèn)真熟悉過程特性 2明確各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的約束關(guān)系明確各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的約束關(guān)系 3重視對測量信號的預(yù)處理重視對測量信號的預(yù)處理 4注意系統(tǒng)的安全保護(hù)注意系統(tǒng)的安全保護(hù) 總之，控制系統(tǒng)的設(shè)計是一件細(xì)致而又復(fù)雜的工作，對總之，控制系統(tǒng)的設(shè)計是一件細(xì)致而又復(fù)雜的工作，對具體的過程控制系統(tǒng)設(shè)計者而言，只有通過認(rèn)真調(diào)查研究，具體的過程控制系統(tǒng)設(shè)計者而言，只有通過認(rèn)真調(diào)查研究，熟悉各個生產(chǎn)工藝過程，具體問題具體分析，才能獲得預(yù)期熟悉各個生產(chǎn)工藝過程，具體問題具體

4、分析，才能獲得預(yù)期的效果。的效果。 6控制方案的確定 控制方案的確定主要包括控制方案的確定主要包括系統(tǒng)被控參數(shù)的選擇、測量信系統(tǒng)被控參數(shù)的選擇、測量信息的獲取及變送、控制參數(shù)的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律的選取、調(diào)節(jié)息的獲取及變送、控制參數(shù)的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律的選取、調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）的選擇和調(diào)節(jié)器正、反作用的確定等內(nèi)容。閥（執(zhí)行器）的選擇和調(diào)節(jié)器正、反作用的確定等內(nèi)容。 被控參數(shù)的選取被控參數(shù)的選取 被控參數(shù)的選取對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)被控參數(shù)的選取對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等都具有決定性的意義。這里給出被控參數(shù)過程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等都具有決定性的意義。這里給出被控參數(shù)選取的一般性原

5、則：選取的一般性原則： 1）對于具體的生產(chǎn)過程，應(yīng)盡可能選取對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)）對于具體的生產(chǎn)過程，應(yīng)盡可能選取對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及環(huán)境保護(hù)等具有決定性作用的、量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及環(huán)境保護(hù)等具有決定性作用的、可直接參數(shù)作為被控參數(shù)可直接參數(shù)作為被控參數(shù) 。72）當(dāng)難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時，應(yīng)選取與直接）當(dāng)難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時，應(yīng)選取與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的所謂間接參數(shù)作為被控參數(shù)。參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的所謂間接參數(shù)作為被控參數(shù)。 3）當(dāng)采用間接參數(shù)時，該參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)具有足夠）當(dāng)采用間接參數(shù)時，該參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)具有足夠高的控制靈敏度，否則難以保證對產(chǎn)品質(zhì)量

6、的控制效果。高的控制靈敏度，否則難以保證對產(chǎn)品質(zhì)量的控制效果。 4）被控參數(shù)的選取還應(yīng)考慮工藝上的合理性和所用測）被控參數(shù)的選取還應(yīng)考慮工藝上的合理性和所用測量儀表的性能、價格、售后服務(wù)等因素量儀表的性能、價格、售后服務(wù)等因素 。 對于一個已經(jīng)運(yùn)行的生產(chǎn)過程，被控參數(shù)對于一個已經(jīng)運(yùn)行的生產(chǎn)過程，被控參數(shù)往往是由工藝要求事先確定的。往往是由工藝要求事先確定的。8 控制參數(shù)的選擇控制參數(shù)的選擇 過程特性對控制質(zhì)量的影響過程特性對控制質(zhì)量的影響 1. 干擾通道特性干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響對控制質(zhì)量的影響對于簡單過程控制系統(tǒng)，可求得系統(tǒng)輸出與干擾之間的傳遞函數(shù)為對于簡單過程控制系統(tǒng)，可求得系統(tǒng)輸出

7、與干擾之間的傳遞函數(shù)為 ( )( )( )1( )( )( )( )fcvoGsC sF sG s G s G s H s假設(shè)假設(shè))(sGf為一單容過程，其傳遞函數(shù)為為一單容過程，其傳遞函數(shù)為 1)(sTKsGffff則：則：( )( )( )1( )( )( )( )fsfcvoGsC seF sGs Gs Gs H s則：則：( )1( )1( )( )( )( )1fcvofKC sF sGs Gs Gs H sT s(式式1)(式式2)若單容過程具有純時延時間若單容過程具有純時延時間(式式3)9(2) (2) 干擾通道干擾通道 的影響的影響fT由式由式2可知，可知， )(sGf為慣性環(huán)

8、節(jié)，對干擾為慣性環(huán)節(jié)，對干擾 )(sF具有具有“濾波濾波”作用，作用， fT越大，越大，“濾波濾波” 效果越明顯，因此干擾通道的時間常數(shù)越大，干擾對被控參數(shù)的動態(tài)影響就越效果越明顯，因此干擾通道的時間常數(shù)越大，干擾對被控參數(shù)的動態(tài)影響就越小，因而越有利于系統(tǒng)控制質(zhì)量的提高。小，因而越有利于系統(tǒng)控制質(zhì)量的提高。 f(3) (3) 干擾通道干擾通道 的影響的影響f由式由式3可知，可知， 的存在，僅僅使干擾引起的輸出推遲了一段時間的存在，僅僅使干擾引起的輸出推遲了一段時間 f因此，因此，f的存在并不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。的存在并不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。(1) (1) 干擾通道干擾通道 的影響的影響fK1

9、0將式將式4與式與式2相比，多了一個濾波項(xiàng)。這表明干擾多經(jīng)過一次濾波才對被控參數(shù)相比，多了一個濾波項(xiàng)。這表明干擾多經(jīng)過一次濾波才對被控參數(shù)產(chǎn)生動態(tài)影響。從動態(tài)看，這對提高系統(tǒng)的抗干擾性能是有利的。因此干擾進(jìn)產(chǎn)生動態(tài)影響。從動態(tài)看，這對提高系統(tǒng)的抗干擾性能是有利的。因此干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控參數(shù)，對系統(tǒng)的動態(tài)控制質(zhì)量越有利。但從靜態(tài)看，入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控參數(shù)，對系統(tǒng)的動態(tài)控制質(zhì)量越有利。但從靜態(tài)看，這會使干擾引起被控參數(shù)偏離給定值的偏差相對增大，這對系統(tǒng)的控制品質(zhì)又這會使干擾引起被控參數(shù)偏離給定值的偏差相對增大，這對系統(tǒng)的控制品質(zhì)又是不利的。因此需要權(quán)衡它們的利弊。是不利的。因此需要權(quán)

10、衡它們的利弊。 )(sF假定假定不是在不是在 之后，而是在之后，而是在 之前進(jìn)入系統(tǒng)，則有之前進(jìn)入系統(tǒng)，則有(4) (4) 干擾進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響干擾進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響 (式式4)112. 控制通道特性控制通道特性對控制質(zhì)量的影響對控制質(zhì)量的影響 122. 控制通道特性控制通道特性對控制質(zhì)量的影響對控制質(zhì)量的影響 0K(1) 控制通道控制通道 的影響的影響 在調(diào)節(jié)器增益在調(diào)節(jié)器增益 cK一定的條件下，當(dāng)控制通道靜態(tài)增益一定的條件下，當(dāng)控制通道靜態(tài)增益 0K越大時，則控制作用越大時，則控制作用越強(qiáng)，克服干擾的能力也越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越小；與此同時，當(dāng)越強(qiáng)，克服干擾的能力也越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

11、就越??；與此同時，當(dāng) 0K，被控參數(shù)對控制作用的反應(yīng)就越靈敏，響應(yīng)越迅速。但是，當(dāng)調(diào)節(jié)器靜態(tài)增，被控參數(shù)對控制作用的反應(yīng)就越靈敏，響應(yīng)越迅速。但是，當(dāng)調(diào)節(jié)器靜態(tài)增越大越大益益 cK一定一定0K越大時，系統(tǒng)的開環(huán)增益也越大，這對系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性是不利越大時，系統(tǒng)的開環(huán)增益也越大，這對系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性是不利的。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的的。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)態(tài)誤差三方三方面的要求。面的要求。(2) 控制通道控制通道 0T的影響的影響 如果控制通道的時間常數(shù)如果控制通道的時間常數(shù) 太大，則調(diào)節(jié)器對被控參數(shù)變化的調(diào)節(jié)作用就不夠及太大

12、，則調(diào)節(jié)器對被控參數(shù)變化的調(diào)節(jié)作用就不夠及時，系統(tǒng)的過渡過程時間就會延長，最終導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；但當(dāng)時，系統(tǒng)的過渡過程時間就會延長，最終導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；但當(dāng) 太小，則調(diào)太小，則調(diào)節(jié)過程又過于靈敏，容易引起振蕩，同樣難以保證控制質(zhì)量。在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)節(jié)過程又過于靈敏，容易引起振蕩，同樣難以保證控制質(zhì)量。在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)使控制通道的時間常數(shù)使控制通道的時間常數(shù) 既不能太大也不能太小。既不能太大也不能太小。0T0T0T130(3)控制通道純滯后時間控制通道純滯后時間的影響的影響 控制通道的純滯后，都會使系統(tǒng)的控制通道的純滯后，都會使系統(tǒng)的動態(tài)偏差增大動態(tài)偏差增大，超調(diào)量增加超調(diào)量增加，最，最終導(dǎo)致

13、控制質(zhì)量下降。終導(dǎo)致控制質(zhì)量下降。從系統(tǒng)的從系統(tǒng)的頻率特性頻率特性分析，控制通道純滯后的存在，會增加分析，控制通道純滯后的存在，會增加開環(huán)頻率開環(huán)頻率特性的相角滯后特性的相角滯后，導(dǎo)致系統(tǒng)的，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低穩(wěn)定性降低。因此，應(yīng)減小控制通道的純滯后，以利于提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。因此，應(yīng)減小控制通道的純滯后，以利于提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。 造成系統(tǒng)滯后的主要原因有：造成系統(tǒng)滯后的主要原因有：v 被測對象滯后被測對象滯后：測量點(diǎn)不能及時反映參數(shù)的變化。存在容積滯后和：測量點(diǎn)不能及時反映參數(shù)的變化。存在容積滯后和/ /或或傳遞滯后。傳遞滯后。v 檢測元件滯后檢測元件滯后：因熱容、熱阻等慣性因素的影響，

14、導(dǎo)致檢測儀表的輸出：因熱容、熱阻等慣性因素的影響，導(dǎo)致檢測儀表的輸出不能及時反映參數(shù)的變化。不能及時反映參數(shù)的變化。v 信號傳遞滯后信號傳遞滯后：主要是氣動信號傳遞較慢導(dǎo)致系統(tǒng)反映滯后。：主要是氣動信號傳遞較慢導(dǎo)致系統(tǒng)反映滯后。14(4) 控制通道時間常數(shù)匹配的影響控制通道時間常數(shù)匹配的影響 實(shí)際生產(chǎn)過程中，廣義被控過程可近似看成由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。實(shí)際生產(chǎn)過程中，廣義被控過程可近似看成由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。以三階為例以三階為例 ) 1)(1)(1()(32100sTsTsTKsG相應(yīng)的臨界穩(wěn)定增益相應(yīng)的臨界穩(wěn)定增益 KK為為3113122332212TTTTTTTTTTTTKK

15、的大小完全取決于的大小完全取決于 KK1T2T3T三個時間常數(shù)的相對比值三個時間常數(shù)的相對比值 可以證明：可以證明：時間常數(shù)相差越大，臨界穩(wěn)定的增益則越大，這對系統(tǒng)時間常數(shù)相差越大，臨界穩(wěn)定的增益則越大，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有利的。的穩(wěn)定性是有利的。 也就是說：也就是說：在保持穩(wěn)定性相同的情況下，時間常數(shù)錯開得越多，系在保持穩(wěn)定性相同的情況下，時間常數(shù)錯開得越多，系統(tǒng)開環(huán)增益就允許增大得越多，因而對系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越有利。統(tǒng)開環(huán)增益就允許增大得越多，因而對系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越有利。系統(tǒng)傳函為：系統(tǒng)傳函為：15控制參數(shù)的確定控制參數(shù)的確定 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)控制參數(shù)控制參數(shù)選擇的選擇的一般性原

16、則一般性原則如下：如下： 1) 選擇結(jié)果應(yīng)使選擇結(jié)果應(yīng)使控制通道的靜態(tài)增益控制通道的靜態(tài)增益 0K盡可能大，時間常數(shù)盡可能大，時間常數(shù) 0T選擇適當(dāng)。選擇適當(dāng)。 2) 控制通道的控制通道的純時延時間純時延時間 0應(yīng)盡可能小應(yīng)盡可能小, 0T0和和的比值一般應(yīng)小于的比值一般應(yīng)小于0.3。 3) 干擾通道的靜態(tài)增益干擾通道的靜態(tài)增益 fK應(yīng)盡可能?。粫r間常數(shù)應(yīng)盡可能??；時間常數(shù) fT應(yīng)盡可能大，其個數(shù)應(yīng)盡可能大，其個數(shù)盡可能多；擾動進(jìn)入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。盡可能多；擾動進(jìn)入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。這樣選擇對抑制擾動對被控參數(shù)的影響均有利。這樣選擇對抑制擾

17、動對被控參數(shù)的影響均有利。 4) 當(dāng)廣義被控過程由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時，應(yīng)盡量設(shè)法使幾個當(dāng)廣義被控過程由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時，應(yīng)盡量設(shè)法使幾個時間時間常數(shù)常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性。中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性。5) 在確定控制參數(shù)時，還應(yīng)考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟(jì)性等因素在確定控制參數(shù)時，還應(yīng)考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟(jì)性等因素 16 調(diào)節(jié)規(guī)律對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及其選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及其選擇 17 調(diào)節(jié)規(guī)律對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及其選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及其選擇 調(diào)節(jié)規(guī)律對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響調(diào)節(jié)規(guī)律對

18、調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 1比例（比例（P）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響 調(diào)節(jié)器的輸出信號調(diào)節(jié)器的輸出信號u與輸入偏差信號與輸入偏差信號e成比例關(guān)系：成比例關(guān)系： eKuC其中，其中，u為調(diào)節(jié)器的輸出，為調(diào)節(jié)器的輸出，e為調(diào)節(jié)器的輸入，為調(diào)節(jié)器的輸入， CK為比例增益。為比例增益。 在電動單元組合儀表中，習(xí)慣用比例增益的倒數(shù)表示調(diào)節(jié)器輸在電動單元組合儀表中，習(xí)慣用比例增益的倒數(shù)表示調(diào)節(jié)器輸入與輸出之間入與輸出之間的比例關(guān)系的比例關(guān)系eu11100%CK稱比例帶稱比例帶 當(dāng)被控對象為慣性特性時，單純比例調(diào)節(jié)有如下結(jié)論：當(dāng)被控對象為慣性特性時，單純比例調(diào)節(jié)有如下結(jié)論： 1) 比例調(diào)節(jié)是一種比例調(diào)節(jié)是一種有

19、差有差調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。2) 比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差隨比例帶的增大而增大，若要減隨比例帶的增大而增大，若要減小誤差，則要減小誤差，則要減小比例帶，即需要增大調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)小比例帶，即需要增大調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)CK這樣往往會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性這樣往往會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性 。183) 3) 對于慣性過程，對于慣性過程，當(dāng)給定值不變時，采用比例調(diào)節(jié)，只能使被控參數(shù)對給定值實(shí)現(xiàn)有當(dāng)給定值不變時，采用比例調(diào)節(jié)，只能使被控參數(shù)對給定值實(shí)現(xiàn)有差跟蹤；差跟蹤；當(dāng)給定值隨時間變化時，其跟誤差將會隨時間的增大而增大。因此，當(dāng)給定值隨時間變化時，其跟誤差將會隨時間的增大而增大。因此，比例調(diào)節(jié)不適用于給定值隨

20、時間變化的系統(tǒng)。比例調(diào)節(jié)不適用于給定值隨時間變化的系統(tǒng)。 4) 4) 增大比例調(diào)節(jié)的增益增大比例調(diào)節(jié)的增益 不僅可以減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，而且還不僅可以減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，而且還可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度CK對下圖的比例調(diào)節(jié)作用于一階慣性過程進(jìn)行分析：對下圖的比例調(diào)節(jié)作用于一階慣性過程進(jìn)行分析：比例（比例（P）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響19111)1 ()()(0000TsKsKKTKKKKsRsCCCC系統(tǒng)傳函系統(tǒng)傳函CCCKKTTKKKKK00001,1這里這里T與與0T相比，減小了相比，減小了 0(1)CK K倍，倍， CK越大，越大，減小得越多，說明過程的慣性越小，因而

21、響應(yīng)速度加快。但減小得越多，說明過程的慣性越小，因而響應(yīng)速度加快。但 的增大則的增大則CK會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。202.積分（積分（I）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響在積分調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號在積分調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號u與輸入偏差信號與輸入偏差信號e的積分成的積分成正比關(guān)系正比關(guān)系:tIedtSu0積分調(diào)節(jié)可得如下結(jié)論：積分調(diào)節(jié)可得如下結(jié)論： 1) 采用積分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的無差度，也即提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。采用積分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的無差度，也即提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。 2) 與比例調(diào)節(jié)相比，積分調(diào)節(jié)的過渡過程變化相對緩慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。與比例調(diào)節(jié)相比，積分

22、調(diào)節(jié)的過渡過程變化相對緩慢，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。實(shí)際應(yīng)用中，通常將積分調(diào)節(jié)和比例調(diào)節(jié)二者結(jié)合起來，實(shí)際應(yīng)用中，通常將積分調(diào)節(jié)和比例調(diào)節(jié)二者結(jié)合起來，組成所謂的組成所謂的PI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。 PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 )11 (1)()()(sTsEsUsGICPI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如右圖調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如右圖21 PIPI調(diào)節(jié)是將比例調(diào)節(jié)的快速反應(yīng)與積分調(diào)節(jié)的消除穩(wěn)態(tài)誤調(diào)節(jié)是將比例調(diào)節(jié)的快速反應(yīng)與積分調(diào)節(jié)的消除穩(wěn)態(tài)誤差功能相結(jié)合，從而能收到比較好的控制效果。差功能相結(jié)合，從而能收到比較好的控制效果。 由于由于PIPI調(diào)節(jié)給系統(tǒng)增加了調(diào)節(jié)給系統(tǒng)增加了相位滯后相位滯后，與單純比

23、例調(diào)節(jié)相比，與單純比例調(diào)節(jié)相比，PIPI調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性相對變差。另外一個缺點(diǎn)，即只要偏差不為零，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性相對變差。另外一個缺點(diǎn)，即只要偏差不為零，調(diào)節(jié)器就會不停地積分使輸出增加（或減?。瑥亩鴮?dǎo)致調(diào)節(jié)器輸出器就會不停地積分使輸出增加（或減小），從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)入深度進(jìn)入深度飽和飽和，調(diào)節(jié)器失去調(diào)節(jié)作用。因此，采用積分規(guī)律的，調(diào)節(jié)器失去調(diào)節(jié)作用。因此，采用積分規(guī)律的調(diào)節(jié)器一定要防止積分飽和。調(diào)節(jié)器一定要防止積分飽和。 3.微分（微分（D）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響微分調(diào)節(jié)可以預(yù)測偏差的變化趨勢，微分調(diào)節(jié)器的輸入微分調(diào)節(jié)可以預(yù)測偏差的變化趨勢，微分調(diào)節(jié)器的輸入/輸輸出關(guān)系為出關(guān)系為

24、dtdeSuD22但微分時間的選擇，對系統(tǒng)質(zhì)量的影響具有但微分時間的選擇，對系統(tǒng)質(zhì)量的影響具有兩面性。兩面性。 當(dāng)當(dāng)微分時間較小微分時間較小時，增加微分時間可以減小偏差，縮短響應(yīng)時時，增加微分時間可以減小偏差，縮短響應(yīng)時間，減小振蕩程度，從而能改善系統(tǒng)的質(zhì)量間，減小振蕩程度，從而能改善系統(tǒng)的質(zhì)量； 當(dāng)當(dāng)微分時間較大微分時間較大時，一方面有可能將測量噪聲放大，時，一方面有可能將測量噪聲放大，另一方面也可能使系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生振蕩。另一方面也可能使系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生振蕩。 還要說明的是：還要說明的是：單純的微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。單純的微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。 微分調(diào)節(jié)器的輸出與系統(tǒng)被調(diào)量偏差的變化率成正比。

25、微分調(diào)節(jié)器的輸出與系統(tǒng)被調(diào)量偏差的變化率成正比。由于變化率能反映系統(tǒng)被調(diào)量的變化趨勢，因此，微分調(diào)由于變化率能反映系統(tǒng)被調(diào)量的變化趨勢，因此，微分調(diào)節(jié)不是等被調(diào)量出現(xiàn)偏差之后才動作，而是根據(jù)變化趨勢節(jié)不是等被調(diào)量出現(xiàn)偏差之后才動作，而是根據(jù)變化趨勢提前動作。提前動作。 234. PD調(diào)節(jié)規(guī)律的影響調(diào)節(jié)規(guī)律的影響 PD調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律為調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律為: )1 (1dtdeTuDCK1DT微分時間微分時間運(yùn)用控制理論的知識分析運(yùn)用控制理論的知識分析PD調(diào)節(jié)規(guī)律，可以得出以下結(jié)論：調(diào)節(jié)規(guī)律，可以得出以下結(jié)論： 1） PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)。這是因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)情況下，調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)。這是因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)情況

26、下， dtde為零，微分部分不為零，微分部分不起作用，起作用，PD調(diào)節(jié)變成了調(diào)節(jié)變成了P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。2） PD調(diào)節(jié)能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抑制過渡過程的動態(tài)偏差（或超調(diào)）。調(diào)節(jié)能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抑制過渡過程的動態(tài)偏差（或超調(diào)）。 3） PD調(diào)節(jié)有利于減小系統(tǒng)靜差（穩(wěn)態(tài)誤差）、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。調(diào)節(jié)有利于減小系統(tǒng)靜差（穩(wěn)態(tài)誤差）、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 4） PD調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)的不足不足：首先，：首先，PD調(diào)節(jié)一般只適用于時間常數(shù)較大或多容過調(diào)節(jié)一般只適用于時間常數(shù)較大或多容過程；不適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過程。其次，當(dāng)微分作用太強(qiáng)程；不適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過程。其次，當(dāng)微分作用太

27、強(qiáng)較大時，會導(dǎo)致系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。較大時，會導(dǎo)致系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。 245. PID調(diào)節(jié)規(guī)律的影響調(diào)節(jié)規(guī)律的影響 PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律為調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律為:011()tDIdeueedtTTdt其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為:)11 (1)(sTsTsGDICPID是比例、積分、微分調(diào)節(jié)規(guī)律的線性組合是比例、積分、微分調(diào)節(jié)規(guī)律的線性組合，它吸取了比例調(diào)節(jié)，它吸取了比例調(diào)節(jié)的快速反應(yīng)功能、積分調(diào)節(jié)的消除誤差功能以及微分調(diào)節(jié)的預(yù)測功的快速反應(yīng)功能、積分調(diào)節(jié)的消除誤差功能以及微分調(diào)節(jié)的預(yù)測功能等優(yōu)點(diǎn)而彌補(bǔ)了三者的足，是一種比較理想的復(fù)合調(diào)節(jié)規(guī)律

28、。從能等優(yōu)點(diǎn)而彌補(bǔ)了三者的足，是一種比較理想的復(fù)合調(diào)節(jié)規(guī)律。從控制理論的觀點(diǎn)分析可知，與控制理論的觀點(diǎn)分析可知，與PD相比，相比，PID提高了系統(tǒng)的無差度；提高了系統(tǒng)的無差度；與與PI相比，相比，PID多了一個零點(diǎn)，為動態(tài)性能的改善提供了可能。因多了一個零點(diǎn)，為動態(tài)性能的改善提供了可能。因此，此，PID兼顧了靜態(tài)和動態(tài)兩方面的控制要求，因而能取得較為滿兼顧了靜態(tài)和動態(tài)兩方面的控制要求，因而能取得較為滿意的調(diào)節(jié)效果。意的調(diào)節(jié)效果。 25控制系統(tǒng)在不同調(diào)節(jié)作用下的典型響應(yīng)如下：控制系統(tǒng)在不同調(diào)節(jié)作用下的典型響應(yīng)如下： 可以看到，可以看到，如果不加控制，過程將緩慢地到達(dá)一個新的穩(wěn)態(tài)值；當(dāng)如果不加控制

29、，過程將緩慢地到達(dá)一個新的穩(wěn)態(tài)值；當(dāng)采用比例控制后，則加快了過程的響應(yīng)，并減小了穩(wěn)態(tài)誤差；當(dāng)加采用比例控制后，則加快了過程的響應(yīng)，并減小了穩(wěn)態(tài)誤差；當(dāng)加入積分控制作用后，則消除了穩(wěn)態(tài)誤差，但卻容易使過程產(chǎn)生振蕩入積分控制作用后，則消除了穩(wěn)態(tài)誤差，但卻容易使過程產(chǎn)生振蕩；在增加微分作用以后則可以減小振蕩的程度和響應(yīng)時間。；在增加微分作用以后則可以減小振蕩的程度和響應(yīng)時間。 雖然雖然PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)效果比較理想，但是調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)效果比較理想，但是PID調(diào)節(jié)器要整定調(diào)節(jié)器要整定三個參數(shù)才能使系統(tǒng)整定得最佳。三個參數(shù)才能使系統(tǒng)整定得最佳。ITDT26調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 1) 當(dāng)廣義過程控制

30、通道時間常數(shù)較大或容積遲延較大時，應(yīng)引入微分調(diào)節(jié)；當(dāng)當(dāng)廣義過程控制通道時間常數(shù)較大或容積遲延較大時，應(yīng)引入微分調(diào)節(jié)；當(dāng)工藝容許有靜差時，應(yīng)選用工藝容許有靜差時，應(yīng)選用PD調(diào)節(jié)；當(dāng)工藝要求無靜差時，應(yīng)選用調(diào)節(jié)；當(dāng)工藝要求無靜差時，應(yīng)選用PID調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)； 2) 當(dāng)廣義過程控制通道時間常數(shù)較小、負(fù)荷變化不大、且工藝要求允許有靜差當(dāng)廣義過程控制通道時間常數(shù)較小、負(fù)荷變化不大、且工藝要求允許有靜差時，應(yīng)選用時，應(yīng)選用P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。 儲罐壓力，液位儲罐壓力，液位3) 當(dāng)廣義過程控制通道時間常數(shù)較小，負(fù)荷變化不大，但工藝要求無靜差時，當(dāng)廣義過程控制通道時間常數(shù)較小，負(fù)荷變化不大，但工藝要求無靜差時，應(yīng)選用

31、應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。 管道壓力和流量管道壓力和流量274) 4) 當(dāng)廣義過程控制通道時間常數(shù)很大、且純滯后也較大、負(fù)荷變當(dāng)廣義過程控制通道時間常數(shù)很大、且純滯后也較大、負(fù)荷變化劇烈時，簡單控制系統(tǒng)則難以滿足工藝要求，應(yīng)采用其他控制化劇烈時，簡單控制系統(tǒng)則難以滿足工藝要求，應(yīng)采用其他控制方案；方案； 5) 若將廣義過程的傳遞函數(shù)表示為若將廣義過程的傳遞函數(shù)表示為 1)(0000sTeKsGs時，時，00T的比值來的比值來 選擇調(diào)節(jié)規(guī)律：選擇調(diào)節(jié)規(guī)律：2 . 000T時，可選用時，可選用P或或PI調(diào)節(jié)規(guī)律；調(diào)節(jié)規(guī)律；0 . 12 . 000T時，可選用時，可選用PID調(diào)節(jié)規(guī)律；調(diào)節(jié)規(guī)律；0 .

32、100T時，應(yīng)采用其他控制方式。時，應(yīng)采用其他控制方式。串級、前饋加反饋串級、前饋加反饋。 調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 n則可根據(jù)則可根據(jù)當(dāng)當(dāng)n當(dāng)當(dāng)n當(dāng)當(dāng)28執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇 1. 執(zhí)行器的選型執(zhí)行器的選型：使用最多的是使用最多的是氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器，其次是，其次是電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器2. 氣動執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇氣動執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇 氣動執(zhí)行器分氣動執(zhí)行器分氣開、氣關(guān)氣開、氣關(guān)兩種形式，它的選擇首先應(yīng)根據(jù)調(diào)兩種形式，它的選擇首先應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出信號為零（氣源中斷）時使生產(chǎn)處于安全狀態(tài)的原節(jié)器輸出信號為零（氣源中斷）時使生產(chǎn)處于安全狀態(tài)的原則確定，同時考慮節(jié)能、操作性。則確

33、定，同時考慮節(jié)能、操作性。如閥門在如閥門在信號中斷后信號中斷后處于處于打開位置打開位置，流體不中斷，流體不中斷最安全最安全，則選用，則選用氣氣關(guān)閥關(guān)閥；如果閥門在信號；如果閥門在信號壓力中斷后壓力中斷后處于處于關(guān)閉位置關(guān)閉位置，流體不通過最，流體不通過最安安全全，則選用，則選用氣開閥氣開閥。例如，加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣開閥，例如，加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣開閥，當(dāng)信號中斷后，閥自動關(guān)閉，燃料被切斷，以免爐溫過高而發(fā)生事當(dāng)信號中斷后，閥自動關(guān)閉，燃料被切斷，以免爐溫過高而發(fā)生事故；又例如鍋爐進(jìn)水管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣關(guān)閥，當(dāng)信號中斷故；又例如鍋爐進(jìn)水

34、管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣關(guān)閥，當(dāng)信號中斷后，閥自動打開，仍然向鍋爐內(nèi)送水，可避免鍋爐燒壞。后，閥自動打開，仍然向鍋爐內(nèi)送水，可避免鍋爐燒壞。29執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇 3. 調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇 調(diào)節(jié)閥的尺寸主要指調(diào)節(jié)閥的開度和口徑，調(diào)節(jié)閥的尺寸主要指調(diào)節(jié)閥的開度和口徑，在正常工況下一般要求在正常工況下一般要求調(diào)節(jié)閥開度應(yīng)處于調(diào)節(jié)閥開度應(yīng)處于15%-85%之間。之間。4. 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 通過選擇調(diào)節(jié)閥的非線性流量特性來補(bǔ)償被控過程的非線性通過選擇調(diào)節(jié)閥的非線性流量特性來補(bǔ)償被控過程的非線性特性，以達(dá)到系統(tǒng)總的放大倍數(shù)特性，以達(dá)到系統(tǒng)總的放大倍數(shù)近似線性

35、近似線性的目的的目的 30調(diào)節(jié)器正調(diào)節(jié)器正/ /反作用方式的選擇反作用方式的選擇把被控過程和調(diào)節(jié)器分為正作用與反作用兩種類型把被控過程和調(diào)節(jié)器分為正作用與反作用兩種類型 名稱正負(fù)正作用被控過程的靜態(tài)增益正正作用調(diào)節(jié)器的靜態(tài)增益 負(fù)氣開式調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)增益正測量變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益 正oKCKvKmK各類增益符號的選擇：各類增益符號的選擇：首先根據(jù)生產(chǎn)工藝要求及安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，以確定首先根據(jù)生產(chǎn)工藝要求及安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，以確定 調(diào)節(jié)器正反作用類型的確定方法：調(diào)節(jié)器正反作用類型的確定方法： vK的正負(fù)；的正負(fù)； 然后根據(jù)被控過程特性確定其屬于正、反類型，確定

36、然后根據(jù)被控過程特性確定其屬于正、反類型，確定 的正負(fù)；的正負(fù)； 最后根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)增益的乘積必須為正這一原則確定最后根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)增益的乘積必須為正這一原則確定調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 CK正負(fù)，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)器的正反作用類型。正負(fù)，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)器的正反作用類型。 pk確定各調(diào)節(jié)器正負(fù)的基本原則確定各調(diào)節(jié)器正負(fù)的基本原則構(gòu)成系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)靜態(tài)增構(gòu)成系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)靜態(tài)增益的乘積必須為正益的乘積必須為正 vomck k kk31調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的任務(wù)是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的任務(wù)是根據(jù)被控過程的特性，確定根據(jù)被控過程的特性，確定PID調(diào)調(diào)節(jié)器的比例

37、度節(jié)器的比例度 、積分時間、積分時間 IT以及微分時間以及微分時間 DT的大小。的大小。在簡單過程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)在簡單過程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的響應(yīng)的衰減率衰減率 9 . 075. 0有一定的穩(wěn)定裕量。另外還應(yīng)滿足有一定的穩(wěn)定裕量。另外還應(yīng)滿足 偏差（或超調(diào)量）和過渡過程時間等其它指標(biāo)。偏差（或超調(diào)量）和過渡過程時間等其它指標(biāo)。 參數(shù)整定的方法可以分為三類，即理論計算整定法、工程整參數(shù)整定的方法可以分為三類，即理論計算整定法、工程整定法和自整定法定法和自整定法為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差、最大動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差

38、、最大動態(tài)32 理論計算整定法理論計算整定法主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根軌跡法、頻率特性法、對數(shù)頻率特性法、擴(kuò)充頻理論中的根軌跡法、頻率特性法、對數(shù)頻率特性法、擴(kuò)充頻率特性法等，經(jīng)過理論計算確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的數(shù)值。率特性法等，經(jīng)過理論計算確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的數(shù)值。 這種方這種方法只有理論指導(dǎo)意義。法只有理論指導(dǎo)意義。 工程整定法工程整定法主要是依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過程控制系統(tǒng)主要是依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過程控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行。的實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行。 自整定法自整定法是對一個正在運(yùn)行中的控制系統(tǒng)特別是設(shè)定值是對一個正在運(yùn)行中的控制系統(tǒng)特別是設(shè)定值改變的

39、控制系統(tǒng)改變的控制系統(tǒng),進(jìn)行自動整定控制回路中的進(jìn)行自動整定控制回路中的PID參數(shù)。參數(shù)。33 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ) 1. 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與衰減指數(shù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與衰減指數(shù) 簡單控制系統(tǒng)，在干擾簡單控制系統(tǒng)，在干擾 )(sF作用下，閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為作用下，閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ( )( )( )( )1( )( )( )( )1( )ffcvokGsGsG sF sG sG sG sH sG s閉環(huán)系統(tǒng)特征方程閉環(huán)系統(tǒng)特征方程 0)(1sGk一般形式為一般形式為 00111asasaSnnn各系數(shù)各系數(shù)ia由廣義對象的特性和調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)所確定。由

40、廣義對象的特性和調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)所確定。 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，使其閉環(huán)選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，使其閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征方程的每一個根都能滿足穩(wěn)定性的要求控制系統(tǒng)的特征方程的每一個根都能滿足穩(wěn)定性的要求。 34 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ) 1. 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與衰減指數(shù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與衰減指數(shù) )(sF作用下，閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為作用下，閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ( )( )( )( )1( )( )( )( )1( )ffcvokGsGsG sF sG sG sG sH sG s具體分析如下具體分析如下 如果特征方程有

41、一個如果特征方程有一個實(shí)根實(shí)根( s)，其通解，其通解 tAe為非周期變化過程，為非周期變化過程， 0時，其幅值越來越小，最終趨于時，其幅值越來越小，最終趨于0；0時，其幅值越來越大時，其幅值越來越大,系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)不穩(wěn)定。 如果特征方程有一對如果特征方程有一對共軛復(fù)根共軛復(fù)根( jS2 , 1)，則通解，則通解 )cos(tAet為振蕩為振蕩過程，過程，當(dāng)當(dāng)0時時, 呈發(fā)散振蕩呈發(fā)散振蕩,系統(tǒng)不穩(wěn)定；系統(tǒng)不穩(wěn)定；0時時,呈等幅振蕩。呈等幅振蕩。 當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)35對于穩(wěn)定的振蕩分量對于穩(wěn)定的振蕩分量 ) 0)(cos()(tAetyt，假定在，假定在 0tt 時到達(dá)時到達(dá)第一個峰值經(jīng)過一個振

42、蕩周期，第一個峰值經(jīng)過一個振蕩周期，20 tt時，又到達(dá)第二個峰值。時，又到達(dá)第二個峰值。由衰減率定義可知由衰減率定義可知mtttmmmeeAeAeAeyyy22)2(13111其中衰減指數(shù)為其中衰減指數(shù)為為為 與與之比之比 如圖如圖36mtttmmmeeAeAeAeyyy22)2(13111其中衰減指數(shù)為其中衰減指數(shù)為與與之比之比 衰減指數(shù)與衰減率的關(guān)系如下表衰減指數(shù)與衰減率的關(guān)系如下表00.1500.3000.4500.6000.7500.9000.95000.0260.0570.0950.1450.2210.3660.478m總之，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，就是總之，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，就是通過選

43、擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)比例度通過選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)比例度 、積分時間、積分時間 IT以及微分時間以及微分時間 DT的大小，使特征方程所有實(shí)根與所有復(fù)根的實(shí)數(shù)部分均為的大小，使特征方程所有實(shí)根與所有復(fù)根的實(shí)數(shù)部分均為負(fù)數(shù)，從而保證系統(tǒng)是穩(wěn)定的；另外還要滿足衰減指數(shù)負(fù)數(shù)，從而保證系統(tǒng)是穩(wěn)定的；另外還要滿足衰減指數(shù)m在在0.221-0.366之間，之間，以滿足衰減率在以滿足衰減率在0.75-0.9的要求的要求。37. 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量穩(wěn)定裕量可以用衰減率穩(wěn)定裕量可以用衰減率 或衰減指數(shù)或衰減指數(shù)m的大小來表征。它們和阻尼系數(shù)的大小來表征。它們和阻尼系數(shù) 有一一對應(yīng)的關(guān)系：有一一對應(yīng)的關(guān)系：

44、 2121e21m通過上式可以得出以下結(jié)論：通過上式可以得出以下結(jié)論：為了保證系統(tǒng)的過渡過程具有一定的穩(wěn)定裕量，就要使閉環(huán)系統(tǒng)的特征根具有為了保證系統(tǒng)的過渡過程具有一定的穩(wěn)定裕量，就要使閉環(huán)系統(tǒng)的特征根具有一定的衰減指數(shù)一定的衰減指數(shù) 當(dāng)復(fù)根的實(shí)部當(dāng)復(fù)根的實(shí)部相同時，即系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需的過渡時間也相同。相同時，即系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需的過渡時間也相同。 系統(tǒng)過渡過程時間為系統(tǒng)過渡過程時間為 /3st系統(tǒng)的最大動態(tài)偏差也與衰減指數(shù)系統(tǒng)的最大動態(tài)偏差也與衰減指數(shù)m有關(guān)有關(guān) 綜上所述，無論是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕量，還是控制系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)綜上所述，無論是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕量，還是控制系統(tǒng)

45、的快速性、準(zhǔn)確性均與確性均與系統(tǒng)的衰減率或衰減指數(shù)有關(guān)系統(tǒng)的衰減率或衰減指數(shù)有關(guān)。所以，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是通。所以，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)就是通過選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，以達(dá)到規(guī)定的衰減率或衰減指數(shù)，從而最終保證系過選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，以達(dá)到規(guī)定的衰減率或衰減指數(shù)，從而最終保證系統(tǒng)的控制質(zhì)量。統(tǒng)的控制質(zhì)量。 38調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定 臨界比例度法臨界比例度法 ：是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需要測試過程的動態(tài)特性：是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需要測試過程的動態(tài)特性 具體步驟具體步驟：1.調(diào)節(jié)器的積分時間置最大，微分時間置零，比例度置較大數(shù)值調(diào)節(jié)器的積分時間置最大，微分時間置零

46、，比例度置較大數(shù)值 2.等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對設(shè)定值施加一個階躍變化，并減小等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對設(shè)定值施加一個階躍變化，并減小 直到出現(xiàn)下圖所直到出現(xiàn)下圖所示的等幅振蕩曲線為止。記錄下此時的臨界比例度示的等幅振蕩曲線為止。記錄下此時的臨界比例度K和等幅振蕩周期和等幅振蕩周期 KT3.按下表的經(jīng)驗(yàn)公式計算出調(diào)節(jié)器的按下表的經(jīng)驗(yàn)公式計算出調(diào)節(jié)器的 ITDT392衰減曲線法衰減曲線法 衰減曲線法的做法與臨界比例法類似。不同的是在改變比例度，觀察衰減比。衰減曲線法的做法與臨界比例法類似。不同的是在改變比例度，觀察衰減比。當(dāng)衰減比為當(dāng)衰減比為4:1的振蕩過程，或的振蕩過程，或10:1的振蕩過程，如下圖。記

47、錄下此時的的振蕩過程，如下圖。記錄下此時的及衰減振蕩周期或者輸出響應(yīng)的上升時間。然后對比下表經(jīng)驗(yàn)公式計算：及衰減振蕩周期或者輸出響應(yīng)的上升時間。然后對比下表經(jīng)驗(yàn)公式計算：以以衰減曲線法對多數(shù)過程都衰減曲線法對多數(shù)過程都適用。適用。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：較難準(zhǔn)確確較難準(zhǔn)確確定定4:1（或（或10:1）的衰減）的衰減程度程度。對于一些干擾比較頻繁、對于一些干擾比較頻繁、過程變化較快的控制系統(tǒng)過程變化較快的控制系統(tǒng)，如，如管道動、流量管道動、流量等控制系統(tǒng)不宜采用此法等控制系統(tǒng)不宜采用此法。 403反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)法）反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)法） 反應(yīng)曲線法是利用系統(tǒng)廣義過程的階躍響應(yīng)曲線對調(diào)節(jié)器參數(shù)

48、進(jìn)行整定。反應(yīng)曲線法是利用系統(tǒng)廣義過程的階躍響應(yīng)曲線對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。 具體做法先使系統(tǒng)具體做法先使系統(tǒng)處于開環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)狀態(tài)，在輸入端，在輸入端 施加一個階躍信施加一個階躍信號，號，記錄記錄下測量變送環(huán)節(jié)的輸出下測量變送環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)曲線響應(yīng)曲線 )(sGv1）對于無自衡能力的廣義被控過程，傳遞函數(shù)可寫為）對于無自衡能力的廣義被控過程，傳遞函數(shù)可寫為sessG)(0單位階躍響應(yīng)，系統(tǒng)中各參數(shù)的意義如右圖單位階躍響應(yīng)，系統(tǒng)中各參數(shù)的意義如右圖根據(jù)階躍響應(yīng)曲線求得廣義被控過程的傳遞函數(shù)后根據(jù)階躍響應(yīng)曲線求得廣義被控過程的傳遞函數(shù)后根據(jù)下表的經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)下表的經(jīng)驗(yàn)公式 計算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。計算

49、調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 41）對于有自衡能力的廣義被控）對于有自衡能力的廣義被控過程，傳遞函數(shù)可寫為過程，傳遞函數(shù)可寫為若是單位階躍響應(yīng)，系統(tǒng)中各參數(shù)的意義如下圖若是單位階躍響應(yīng)，系統(tǒng)中各參數(shù)的意義如下圖根據(jù)階躍響應(yīng)曲線求得廣義被控過程的傳遞函數(shù)后根據(jù)階躍響應(yīng)曲線求得廣義被控過程的傳遞函數(shù)后據(jù)下表經(jīng)驗(yàn)公式計算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。據(jù)下表經(jīng)驗(yàn)公式計算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 ssesTesTKsG0000111)(4三種工程整定方法的比較三種工程整定方法的比較42 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計實(shí)例單回路控制系統(tǒng)設(shè)計實(shí)例 干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計 乳化物干燥過程示意圖乳化物干燥過程示意圖 工藝要求：工藝要求：由于

50、乳化物屬于膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，也不能用由于乳化物屬于膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用泵抽送，因而采用高位槽高位槽的辦法的辦法 由于需要蒸發(fā)掉乳液中的水分，使由于需要蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為粉狀物，并隨濕空氣一起送之成為粉狀物，并隨濕空氣一起送出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后的出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動太大，因而需要對波動太大，因而需要對干燥的溫度干燥的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。試驗(yàn)證明，若溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。試驗(yàn)證明，若溫度波動在波動在22以內(nèi)，則產(chǎn)品質(zhì)量符以內(nèi)，則產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。合要求。43方案設(shè)計與參數(shù)整定

51、方案設(shè)計與參數(shù)整定 1. 被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇 1）被控參數(shù)的選擇）被控參數(shù)的選擇 根據(jù)生產(chǎn)工藝，水分含量與干燥溫度密切相關(guān)。選用干燥的溫度為被控參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)工藝，水分含量與干燥溫度密切相關(guān)。選用干燥的溫度為被控參數(shù)，水分與溫度一一對應(yīng)。將溫度控制在一定數(shù)值上。水分與溫度一一對應(yīng)。將溫度控制在一定數(shù)值上。2）控制參數(shù)的選擇）控制參數(shù)的選擇 經(jīng)過對裝置的分析，可知經(jīng)過對裝置的分析，可知影響干燥器溫度的因素有乳液流量影響干燥器溫度的因素有乳液流量 )(1tf旁路空氣旁路空氣流量流量2( )f t和加熱蒸汽流量和加熱蒸汽流量 3( )f t任選一個作控制參數(shù)，均可構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)。任選一個作控制參數(shù)，均可構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)。 44旁路風(fēng)量為控制參數(shù)時的系統(tǒng)框圖：旁路風(fēng)量為控制參數(shù)時的系統(tǒng)框圖：加熱蒸汽流量加熱蒸汽流量乳液流量乳液流量分析可知：分析可知：旁路空氣量與熱風(fēng)量混合，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，與選取旁路空氣量與熱風(fēng)量混合，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，與選取乳液流量為控制參數(shù)相比雖然控制通道存在一定的純滯后，