第三章調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律及其對過渡過程影響

第三章調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律及對過渡過程的影響§3.1概述§3.2比例調(diào)節(jié)規(guī)律及其對控制過程的影響§3.3積分調(diào)節(jié)規(guī)律及其對過渡過程的影響§3.4微分調(diào)節(jié)規(guī)律及其對過渡過程的影響華北電力大學(xué)§3.1

概述一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖3-1，它是由變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和被控對象組成的閉合回路。圖3-1控制系統(tǒng)原理框圖華北電力大學(xué)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過程

被控參數(shù)經(jīng)檢測元件測量并由變送器轉(zhuǎn)換處理獲得測量信號c，測量值c與給定值r的差值e送調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器對偏差信號e進(jìn)行運(yùn)算處理后輸出控制作用u；該信號由執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)換后控制對象被調(diào)量的變化。當(dāng)被調(diào)量偏離給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器動(dòng)作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及調(diào)節(jié)閥開度變化，調(diào)節(jié)流入量，使流入量與流出量重新平衡，而將被調(diào)量保持在給定值或在其偏差允許的范圍內(nèi)。華北電力大學(xué)圖3-2控制系統(tǒng)等效原理圖三、廣義對象

在求取對象的動(dòng)態(tài)特性時(shí)往往將調(diào)節(jié)閥開度作擾動(dòng)，從變送器輸出信號的變化曲線來獲取。因此，在系統(tǒng)分析時(shí)又往往將執(zhí)行器（包括調(diào)節(jié)閥）、對象及變送器稱為“廣義對象”。

基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)由調(diào)節(jié)器和廣義對象（下稱對象）兩部分組成，除調(diào)節(jié)閥對對象的擾動(dòng)作用外，其它擾動(dòng)信號綜合為d。華北電力大學(xué)四、系統(tǒng)的傳遞方框圖

如圖3-3所示：圖3-3控制系統(tǒng)傳遞方框圖

圖中，WT（s）為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；W（s）為廣義對象的傳遞函數(shù)；WZ（s）為擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)；D（s）為擾動(dòng)作用，它通過WZ（s）影響被調(diào)量C（s）；調(diào)節(jié)器的控制作用U（s）影響對象的被調(diào)量為控制通道。華北電力大學(xué)五、調(diào)節(jié)規(guī)律

調(diào)節(jié)規(guī)律是指調(diào)節(jié)器輸出信號與其輸入信號之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，理論上可有各種形式的函數(shù)關(guān)系，然而在實(shí)踐中總結(jié)出三種廣為采用的基本調(diào)節(jié)規(guī)律。這三種基本調(diào)節(jié)規(guī)律分別是比例調(diào)節(jié)規(guī)律、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、微分調(diào)節(jié)規(guī)律。三種調(diào)節(jié)規(guī)律的組合可設(shè)計(jì)出多種調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，如比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器等。華北電力大學(xué)§3.2 比例調(diào)節(jié)規(guī)律及其對控制過程影響

一、比例調(diào)節(jié)規(guī)律

指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用u（t）與其偏差輸入信號e(t)之間成比例關(guān)系，即比例增益

比例調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：

工程中，常用比例帶δ來描述其控制作用的強(qiáng)弱，即其物理意義是在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移改變時(shí)，被調(diào)量應(yīng)有的改變量。華北電力大學(xué)比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下:比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)：

（1）調(diào)節(jié)及時(shí)、迅速；（2）調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在，稱為有差調(diào)節(jié)。δ對控制過程的影響華北電力大學(xué)§3.3積分調(diào)節(jié)規(guī)律及其對過渡過程的影響一、積分調(diào)節(jié)規(guī)律

積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用u（t）與其偏差輸入信號e（t）隨時(shí)間的積累值成正比，即傳遞函數(shù)：積分時(shí)間

積分作用曲線二、特點(diǎn)

只要偏差存在，積分控制作用一直增加；消除穩(wěn)態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，其控制作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的后期。

華北電力大學(xué)Ti對控制過程的影響

三、積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間對控制過程的影響

非周期過程衰減振蕩過程

等幅振蕩過程

華北電力大學(xué)四、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律

比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律的動(dòng)態(tài)方程是：

比例增益

積分時(shí)間

傳遞函數(shù)為：比例積分響應(yīng)曲線

華北電力大學(xué)

特點(diǎn)：

積分調(diào)節(jié)規(guī)律總是與比例調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合成為比例積分規(guī)律，以發(fā)揚(yáng)各自的特長，彌補(bǔ)對方的不足。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律要比純積分調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)越得多，工程中廣泛采用的是比例積分調(diào)節(jié)器。然而在比例積分調(diào)節(jié)器中，積分作用的強(qiáng)弱要適當(dāng)，過強(qiáng)的積分作用可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，因?yàn)榉e分作用旨在消除偏差，但使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。因此與采用純比例調(diào)節(jié)器相比，比例積分調(diào)節(jié)器的比例帶應(yīng)適當(dāng)加大，以補(bǔ)償積分作用造成的穩(wěn)定性下降。華北電力大學(xué)§3.4微分調(diào)節(jié)規(guī)律及其對過渡過程的影響一、微分調(diào)節(jié)規(guī)律

微分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與其偏差輸入信號的變化速度成正比。對于定值控制系統(tǒng)，偏差信號的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即

微分時(shí)間

傳遞函數(shù)式為

加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，將大大改善調(diào)節(jié)過程。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無關(guān)。微分作用要與比例作用或比例積分作用相結(jié)合，形成比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律或比例微分積分調(diào)節(jié)規(guī)律。

華北電力大學(xué)實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，傳遞函數(shù)為下式：微分增益

微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)

微分作用的引入使系統(tǒng)控制過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都得以提高，可適當(dāng)減小靜態(tài)偏差，但它不能像積分作用那樣消除穩(wěn)態(tài)偏差。華北電力大學(xué)過渡過程曲線

曲線1由于比例調(diào)節(jié)規(guī)律具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，所以調(diào)節(jié)過程時(shí)間較曲線2短，動(dòng)態(tài)偏差也較曲線2小。而比例調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)。通過減小調(diào)節(jié)器的比例帶可減小靜態(tài)偏差，但會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。曲線3是能消除靜態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。然而積分作用的調(diào)節(jié)不及時(shí)，又使調(diào)節(jié)過程的動(dòng)態(tài)偏差加大，過渡過程時(shí)間加長（與曲線1相比），相對而言又使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。華北電力大學(xué)

曲線5是配比例積分微分調(diào)節(jié)器的控制過程。微分調(diào)節(jié)是一種超前調(diào)節(jié)方式，其實(shí)質(zhì)是阻止被調(diào)量的一切變化。適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔每蓽p小動(dòng)態(tài)偏差、縮短調(diào)節(jié)過程時(shí)間，這樣可適當(dāng)減小比例帶和積分時(shí)間。

綜上所述，比例調(diào)節(jié)作用是最基本的調(diào)節(jié)作用，而積分和微