安工大-化工儀表及自動化-第4章自動控制儀表-位圖

第四章

自動控制儀表基本要求：掌握各種基本控制規(guī)律及其特點。熟悉比例度、積分時間、微分時間對控制系統(tǒng)的影響。了解DDZ-Ⅲ型控制器的特點和基本組成。1第一節(jié)

概述1.作用：回憶控制器作用

被控對象

測量變送控制器執(zhí)行器被控變量設(shè)定值擾動22.發(fā)展基地式儀表一般與檢測裝置、顯示裝置一起組裝在一個整體之內(nèi)；同時具有檢測、控制與顯示的功能；結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用方便，通用性差，信號不易傳遞；一般應(yīng)用于簡單控制系統(tǒng)中。單元組合式儀表中控制單元按各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表分為若干單元，各單元能獨立實現(xiàn)某種功能，使用時可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑選需要的單元加以組合，其特點是應(yīng)用靈活，通用性強，使用維護方便，特別適用于中、小企業(yè)的過程控制系統(tǒng)；計算機控制系統(tǒng)以計算機為中心控制單元，以測試儀表、執(zhí)行機構(gòu)等單元為外圍設(shè)備的系統(tǒng)。3第二節(jié)

基本控制規(guī)律及其對控制過程的影響控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系，即輸出p與輸入e之間的函數(shù)關(guān)系。

p=f(e)=f(z-x)基本控制規(guī)律：位式、P、I、D或PID的組合4一、位式控制雙位控制52、具有中間區(qū)的雙位控制過程ptytyHyL圖4-363、品質(zhì)指標(biāo)等3、品質(zhì)指標(biāo)：振幅：yH-yL周期：T4、特點：結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實現(xiàn)，應(yīng)用普遍。5、適用場合控制質(zhì)量不高、適于位式控制。圖4-47二、比例控制P定義：輸出p與輸入e成比例關(guān)系，即：

p=Kpe

Kp-比例增益例：特點：Kp可調(diào)；無時間因子，變化迅速、及時；存在余差（e≠0）。83、比例度（帶）定義：控制器輸入的變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分?jǐn)?shù)。公式：具體意義：使控制器的輸出變化滿刻度時(也就是控制閥從全關(guān)到全開或相反)，相應(yīng)的儀表測量值變化占儀表測量范圍的百分?jǐn)?shù)。9比例度10練習(xí)例：某DDZ-Ⅱ型比例作用控制器，溫度刻度范圍為400~800℃、控制器輸出工作范圍是0~10mA。當(dāng)指示指針從600℃移到700℃，此時控制器相應(yīng)的輸出從4mA變?yōu)?mA，其比例度的值為多少？114、比例度對過渡過程的影響δ越大，比例控制作用越弱，δ越小，比例控制作用越強。比例度的選擇原則:

若對象的滯后較小，時間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小，那么可以選擇小的比例度來提高系統(tǒng)的靈敏度，從而使過渡過程曲線的形狀較好。反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要選擇大的比例度來保證穩(wěn)定。

12三、積分控制I1、定義：積分控制作用的輸出變化量p與輸入偏差e的積分成正比。比例積分控制TI—積分時間；KI:積分速度133、積分時間對過渡過程的影響左圖表示在同樣比例度下積分時間對過渡過程的影響。由圖中曲線３可以看出，TI過大時積分作用不明顯，余差消除地也慢，從圖中曲線１、２可以看出，TI較小時易于消除余差，但系統(tǒng)的振蕩加劇。相比之下，曲線２就比較理想。積分作用可以消除余差。14四、微分控制

D1.定義：輸出信號與偏差信號的變化速度成正比，即：et0tt0∞tP在階躍信號輸入的瞬間，控制器的輸出為無窮大，其余時間輸出為零。TD—控制器的微分時間；152.比例微分控制

PD

tetp理想PD控制器的階躍響應(yīng)曲線實際的PD控制器的階躍響應(yīng)曲線et

tp163、微分時間對過渡過程的影響PD控制優(yōu)點：能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時改善過程的動態(tài)品質(zhì)，抑制過渡過程的最大動態(tài)偏差，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PD控制不足之處：一般只適應(yīng)于時間常數(shù)較大或多容過程的調(diào)節(jié)控制，而不適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過程。其次，當(dāng)微分作用太強時會導(dǎo)致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。PD控制一般總是以比例動作為主，微分動作為輔。17五、比例積分微分控制規(guī)律PIDPID階躍響應(yīng)特性曲線

PID控制規(guī)律吸取了比例控制的快速反應(yīng)功能、積分控制的消除余差功能和微分控制的預(yù)測功能，從控制效果看，是比較理想的一種控制規(guī)律。階躍響應(yīng)特性可以看作是PI階躍響應(yīng)曲線PD階躍響應(yīng)曲線的疊加。

PID三作用控制器雖然性能效果比較理想，但并非任何情況下都可采用PID三作用控制器。因為PID三作用控制器需要整定比例度、積分時間和微分時間三個變量，而在實際工程上是很難將這三個變量都整定到最佳值。18幾種調(diào)節(jié)方法的比較19例：

一臺具有比例積分控制規(guī)律的DDZ-Ⅱ型控制器，其比例度為80％，積分時間TI為1min。穩(wěn)態(tài)時，輸出為6mA。某瞬間，輸入偏差突然增加了0.3mA，問其輸出為多少?經(jīng)過3min后，其輸出將為多少?解：比例度為80％，故比例放大系數(shù)Kp＝1/＝1.25,輸入變化了0.3mA，輸出在比例作用下將變化0.3×1.25＝0.375mA,

假定控制器為正作用式的，輸出將在6mA的基礎(chǔ)上增加0.375mA、故為6.375mA。

由于積分時間為1min，故在積分作用下，每經(jīng)過1min，輸出將增加0.375mA。經(jīng)過了3min后，在積分作用下，輸出將增加的數(shù)值為3×0.375＝1.125mA。所以，在經(jīng)過3min后，由于比例作用與積分作用共同作用的結(jié)果，使輸出共增加了0.375+1.125＝1.5mA。由于穩(wěn)態(tài)時為6mA，故經(jīng)過3min后，輸出將變?yōu)?.5mA(如果是反作用式控制器，輸出將變?yōu)?.5mA)。20第三節(jié)

模擬式控制器信號形式：連續(xù)的模擬信號一、基本構(gòu)成比較環(huán)節(jié)將測量值與設(shè)定值進行比較（電流、電壓、氣壓相減），產(chǎn)生偏差信號。放大器將偏差信號、反饋信號、載波信號疊加后進行放大。反饋環(huán)節(jié)將輸出信號通過一定的運算關(guān)系反饋到放大器的輸入端，以實現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律。21一、基本構(gòu)成給定信號比較環(huán)節(jié)測量信號偏差放大器輸出信號反饋環(huán)節(jié)-22二、氣動控制器QDZ20~100KPa工作原理：力平衡和力矩平衡特點：結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜缺點：信號傳送慢、滯后大，不易與計算機聯(lián)用氣動單元組合儀表是以0.14MPa壓縮空氣為能源,各單元之間以統(tǒng)一的0.02～0.1MPa氣壓標(biāo)準(zhǔn)信號相聯(lián)系,整套儀表的精度一般為1.0級。23三、DDZ—Ⅲ電動控制器1.儀表的特點采用國際電工委員會（IEC）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號：4~20mADC或1~5VDC，信號電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250。電氣零點不是從零開始，且不與機械零點重合，容易識別斷電、斷線等故障。高度集成化，可靠性高，維修量少。全系統(tǒng)統(tǒng)一采用24VDC電源供電，單元儀表無須單獨設(shè)置電源。功能齊全，結(jié)構(gòu)合理。具有本安（本質(zhì)安全）性能。DDZ-Ⅰ型——電子管器件為主要器件DDZ-Ⅱ型——晶體管等分立元件為主要器件DDZ-Ⅲ型——線性集成電路作為核心器件242.基本功能控制功能自動控制：針對偏差，按PID規(guī)律自動調(diào)整輸出。手動控制：由人工直接設(shè)定輸出值——遙控執(zhí)行器。軟手動：輸出隨時間按一定的速度增加或減小。硬手動：瞬間直接改變輸出值。顯示功能輸入顯示、設(shè)定值顯示、手動給定顯示、輸出顯示、（輸出）限位報警。調(diào)整功能給定輸入調(diào)整：控制參數(shù)整定：25無干擾切換在不同的控制方式相互切換過程中，輸出參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)不發(fā)生突變。無干擾切換的實現(xiàn)：在切換前，調(diào)節(jié)手動輸出參數(shù)或設(shè)定值，使輸出值與自動輸出值保持一致。263.結(jié)構(gòu)原理274.外形結(jié)構(gòu)爐溫控制儀表整體為長方體，伸入控制箱（盤）內(nèi)部PID參數(shù)設(shè)定位于儀表內(nèi)部，拉開整個儀表，可用螺絲刀調(diào)整變阻器。284.外形結(jié)構(gòu)圖5-18DTL-3110型調(diào)節(jié)器正面圖1—自動-軟手動-硬手動切換開關(guān)；2—雙針垂直指示器；3—內(nèi)給定設(shè)定輪；4—輸出指示器；5—硬手動操作桿；6—軟手動操作板鍵；7—外給定指示燈；8—閥位指示器；9—輸出記錄指示；10—位號牌；11—輸入檢測插孔；12—手動輸出插孔29四、數(shù)字式控制器通過A/D，D/A轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)化。數(shù)字量控制器的基本結(jié)構(gòu)原理為：A/DAIODIOI/O模擬量信號數(shù)字量信號CPU計算電路D/AAIODIOI/O模擬量信號數(shù)字量信號30數(shù)字控制器的分類單回路數(shù)字控制器為適應(yīng)DDZ系列單元模式（功能、外形）而設(shè)計的簡易計算機控制系統(tǒng)。PLC控制器具有大量I/O接口的專用計算機系統(tǒng)，通常使用專門的編程語言。工業(yè)控制計算機基