第五章常規(guī)過(guò)程控制策略

第五章常規(guī)過(guò)程控制策略第一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*2掌握PLC的基本工作原理和特點(diǎn)掌握PID控制的基本工作原理和特點(diǎn)第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院了解PID參數(shù)整定了解PID控制器的控制規(guī)律第二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*3蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院可編程序控制器(PLC)系統(tǒng)

5.1

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略5.1.1可編程序控制器概述

PLC(ProgrammableLogicController)是由早期繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的，它是以微處理器為主的一種工業(yè)控制儀表，它融計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體，集順序控制、過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理于一身，可靠性高、功能強(qiáng)大、控制靈活、操作維護(hù)簡(jiǎn)單。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)從傳統(tǒng)的繼電器控制、數(shù)字邏輯控制發(fā)展到了今天的計(jì)算機(jī)控制。

第三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*4第5章常規(guī)過(guò)程控制策略5.1.2PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器的具體結(jié)構(gòu)各不相同，但其基本結(jié)構(gòu)一般都由中央處理單元、輸入／輸出單元、電源及其他外部設(shè)備構(gòu)成如下圖：

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*5第5章常規(guī)過(guò)程控制策略(1)中央處理單元中央處理單元是PLC控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)指揮、協(xié)調(diào)整個(gè)PLC的工作。它包括微處理器(CPU)和ROM、RAM存儲(chǔ)器。微處理器可以采用通用的8位、16位CPU芯片或單片機(jī)，也可采用專用的芯片。它通過(guò)總線讀取指令和數(shù)據(jù)，根據(jù)指令進(jìn)行運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理、輸出。

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*6

ROM存儲(chǔ)器里的內(nèi)容相當(dāng)于PLC的操作系統(tǒng)，它包括對(duì)PLC的監(jiān)控、故障檢測(cè)、系統(tǒng)管理、用戶程序翻譯、子程序及其調(diào)用等多項(xiàng)功能。

RAM存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器及功能存儲(chǔ)器，前者用于存儲(chǔ)用戶程序，后者可作為PLC的內(nèi)部器件，如輸入／輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、移位繼電器、數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*7

(2)輸入/輸出在輸入／輸出端子的配線上，通常是若干個(gè)輸入／輸出端子共用一個(gè)公共端子，公共端子之間在電氣上絕緣，這稱為匯點(diǎn)方式。若輸入／輸出設(shè)備需獨(dú)立電源或?qū)Ω蓴_較敏感，也可采用各回路間相互獨(dú)立的隔離方式。PLC一般都提供了這兩種配線方式。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*8(3)電源

PLC的電源用來(lái)將交流電轉(zhuǎn)換成中央處理單元工作所需的低壓直流電，它也需要較好的性能及穩(wěn)定性，以免影響PLC的工作。目前大多采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。(4)外部設(shè)備

中央處理單元、輸入／輸出單元和電源是PLC工作必不可少的三部分。另外，PLC還配有多種接口，以便進(jìn)行擴(kuò)展和連接一些外部設(shè)備，如編程器、打印機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、計(jì)算機(jī)等。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*95.1.3PLC的工作原理繼電器控制系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是并行控制，所有繼電器的動(dòng)作在時(shí)間上完全并行。而PLC采用的是“循環(huán)掃描，順序執(zhí)行”的工作方式，一個(gè)循環(huán)的工作過(guò)程通常包括以下幾個(gè)部分。(1)自診斷每次循環(huán)PLC都要通過(guò)監(jiān)控程序?qū)φ麄€(gè)PLC進(jìn)行故障檢測(cè)并復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器。監(jiān)控定時(shí)器是一個(gè)預(yù)置時(shí)間的定時(shí)器，用來(lái)在程序進(jìn)入死循環(huán)后終止程序運(yùn)行。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*10(2)輸入刷新

PLC有個(gè)專門的存儲(chǔ)區(qū)域叫“輸人狀態(tài)區(qū)”，每次循環(huán)都要將輸人端口的狀態(tài)寫入該處，用戶程序運(yùn)行時(shí)所需的輸人數(shù)據(jù)都從這里讀取，一般不直接讀取輸人端口。(3)用戶程序執(zhí)行

CPU從存儲(chǔ)器中將用戶程序逐條讀出，順序執(zhí)行每條程序。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*11“狀態(tài)區(qū)”是PLC控制中的一個(gè)重要概念。輸入狀態(tài)區(qū)的使用保證了在一個(gè)掃描周期內(nèi)輸入點(diǎn)的狀態(tài)對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)引起混亂。采用輸出狀態(tài)區(qū)則保證了對(duì)輸出的同時(shí)更新。

PLC控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字采樣控制系統(tǒng)，只要循環(huán)掃描周期足夠小，輸入／輸出刷新頻率足夠高，就可以滿足大多數(shù)工業(yè)設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性、并行性的要求。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*125.1.4PLC的基本技術(shù)指標(biāo)

PLC基本技術(shù)指標(biāo)可分為硬件指標(biāo)與軟件指標(biāo)兩大類，詳細(xì)劃分可包括環(huán)境、抗干擾性、I／O特性、元件特性、程序容量、運(yùn)行速度等許多項(xiàng)指標(biāo)。PLC的分類也是根據(jù)這些技術(shù)指標(biāo)來(lái)劃分。一般來(lái)說(shuō)，主要的基本技術(shù)指標(biāo)有以下幾個(gè)方面:(1)CPU類型

CPU是PLC的核心部件，決定著整個(gè)PLC系統(tǒng)的工作能力。CPU的數(shù)量及字長(zhǎng)是主要的技術(shù)指標(biāo)。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*13(2)存儲(chǔ)器容量?jī)?nèi)存的容量影響著用戶程序的規(guī)模，從而對(duì)被控對(duì)象的復(fù)雜性有所限制。一般小型PLC的內(nèi)存容量在2k以下，中型PLC的內(nèi)存容量在2k一8k之間，大型PLC的內(nèi)存容量在8k以上。(3)I／O點(diǎn)數(shù)這是指PLC外部輸入／輸出的端子數(shù)，它是PLC選型中的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。一般小型PLC的I／O點(diǎn)數(shù)小于128，中型PLC的I／O點(diǎn)數(shù)為128～512，大型PLC的I／O點(diǎn)數(shù)大于512。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*14(4)掃描速度

PLC的掃描速度通常以執(zhí)行1000條指令所需要的時(shí)間來(lái)估算，單位為ms／k，由于用戶程序千變?nèi)f化，因此這個(gè)技術(shù)指標(biāo)只是粗略的估計(jì)值。(5)編程軟件對(duì)用戶而言，PLC編程軟件的易學(xué)易用性、庫(kù)函數(shù)的數(shù)量及功能的強(qiáng)弱都是相當(dāng)重要的技術(shù)指標(biāo)。(6)擴(kuò)展功能

用的功能模塊越多，擴(kuò)展后的PLC的系統(tǒng)功能越完善，使用也更方便。常見的功能模塊包括：I／O擴(kuò)展模塊、模擬量I／O模塊、通信模塊、中斷輸人模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制模塊、PID控制模塊、溫度控制模塊等。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*155.1.5梯形圖

PLC的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級(jí)語(yǔ)言，也不同與一般的匯編語(yǔ)言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。目前，還沒(méi)有一種對(duì)各廠家產(chǎn)品都能兼容的編程語(yǔ)言。為方便廣大電氣技術(shù)人員使用，PLC的編程方法通常不采用一般微機(jī)的編程語(yǔ)言，而是各種面向控制的編程方法，如梯形圖法、功能圖法、邏輯圖法等。蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第5章常規(guī)過(guò)程控制策略第十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*16

梯形圖(LadderDiagram)法是應(yīng)用最為廣泛的一種。梯形圖是通過(guò)連線把PLC指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號(hào)指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來(lái)連接指令組的。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*17PID控制

5.2

5.2.1

PID基本概念

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的控制器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*18

PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的控制方式。它具有以下優(yōu)點(diǎn):①原理簡(jiǎn)單，使用方便；②適應(yīng)性強(qiáng)；③魯棒性強(qiáng)。

PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。PID控制是一種負(fù)反饋控制?？刂破焚|(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感。在反饋控制系統(tǒng)中，自動(dòng)調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象構(gòu)成一個(gè)閉合回路，在連接成閉合回路時(shí)，可能出現(xiàn)兩種情況：正反饋和負(fù)反饋。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*19正反饋?zhàn)饔眉觿”豢貙?duì)象流入量流出量的不平衡，導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。負(fù)反饋?zhàn)饔脛t緩解對(duì)象中的不平衡，正確地達(dá)到自動(dòng)控制的目的。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*20工業(yè)調(diào)節(jié)器都設(shè)置有正、反作用開關(guān)。正作用方式是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u隨著被調(diào)量y的增大而增大，整個(gè)調(diào)節(jié)器的增益為“+”。反作用方式是u隨著被調(diào)量y的增大而減小，調(diào)節(jié)器的增益為“-”。負(fù)反饋控制就可以通過(guò)正確選定調(diào)節(jié)器的作用方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*21假定被控對(duì)象是一個(gè)加熱過(guò)程，即利用蒸汽加熱某種介質(zhì)使之自動(dòng)保持在某一設(shè)定溫度上。如果蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度隨著控制信號(hào)u的加大而加大，那么就廣義被控對(duì)象看，顯然介質(zhì)溫度y將會(huì)隨著信號(hào)u的加大而升高。如果介質(zhì)溫度y降低了，自動(dòng)調(diào)節(jié)器就應(yīng)加大其輸出信號(hào)u才能正確地起負(fù)反饋控制作用，因此調(diào)節(jié)器應(yīng)置于反作用方式下。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*22如果被控對(duì)象是一個(gè)冷卻過(guò)程，并假定冷卻劑調(diào)節(jié)閥的開度隨著u信號(hào)的加大而加大，那么被冷卻介質(zhì)溫度將隨著信號(hào)u的加大而降低。在這個(gè)應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器應(yīng)置于正作用方式下。此外，調(diào)節(jié)器的正、反作用也可以借助于控制系統(tǒng)方框圖加以確定。在方框圖中，各個(gè)環(huán)節(jié)的增益有正有負(fù)，負(fù)反饋要求閉合回路上所有環(huán)節(jié)(包括調(diào)節(jié)器的運(yùn)算部分在內(nèi))的增益之乘積是正數(shù)。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*23輸入、輸出量用相對(duì)值表示，閥門開度以全行程的百分?jǐn)?shù)表示，被調(diào)量則以相對(duì)于測(cè)量?jī)x表全量程的百分?jǐn)?shù)表示。經(jīng)過(guò)一段滯后時(shí)間τ后，被調(diào)量開始以某個(gè)速度變化，這個(gè)起始速度稱為響應(yīng)速度，以ε表示，有

經(jīng)過(guò)τ時(shí)間后，被調(diào)量的變化量近似為Δy=ετ第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*24ετ值愈大，則過(guò)程愈接近一個(gè)純滯后過(guò)程，該過(guò)程就屬難控之列。ετ值愈小，K極小，過(guò)程的自平衡能力極強(qiáng)第5章常規(guī)過(guò)程控制策略用ετ的大小作為衡量被控對(duì)象控制難易程度的簡(jiǎn)易指標(biāo)。比例帶也是與ετ成正比，在過(guò)程控制中，比例帶是從另一角度衡量控制難易程度的標(biāo)志。

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*255.2.2比例調(diào)節(jié)(P調(diào)節(jié))在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與偏差信號(hào)e成比例，即u=Kce（kc稱為比例增益）當(dāng)偏差e為零因而u＝0時(shí)，并不意味著調(diào)節(jié)器沒(méi)有輸出，它只說(shuō)明此時(shí)有u＝u0。在過(guò)程控制中習(xí)慣用增益的倒數(shù)表示第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*26調(diào)節(jié)器輸入與輸出之間的比例關(guān)系：(δ稱為比例帶。δ具有重要的物理意義)u代表調(diào)節(jié)閥開度的變化量δ就代表使調(diào)節(jié)閥開度改變100%即從全關(guān)到全開時(shí)所需要的被調(diào)量的變化范圍。當(dāng)被調(diào)量處在這個(gè)范圍以內(nèi)，調(diào)節(jié)閥的開度(變化)才與偏差成比例。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*27超出這個(gè)“比例帶”以外，調(diào)節(jié)閥已處于全關(guān)或全開的狀態(tài)，調(diào)節(jié)器的輸入與輸出已不再保持比例關(guān)系.調(diào)節(jié)器的比例帶δ習(xí)慣用它相對(duì)于被調(diào)量測(cè)量?jī)x表的量程的百分?jǐn)?shù)表示。

如若測(cè)量?jī)x表的量程為100℃則δ＝50%就表示被調(diào)量需要改變50℃才能使調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開。根據(jù)P調(diào)節(jié)器的輸入輸出測(cè)試數(shù)據(jù)，很容易確定它的比例帶的大小。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*28比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：有差調(diào)節(jié)第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*29在這個(gè)控制系統(tǒng)中，熱水溫度θ是由傳感器θT獲取信號(hào)并送到調(diào)節(jié)器θC的，調(diào)節(jié)器控制加熱蒸汽的調(diào)節(jié)閥開度以保持出口水溫恒定，加熱器的熱負(fù)荷既決定于熱水流量Q也決定于熱水溫度θ。假定現(xiàn)在采用比例調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)閥開度μ直接視為調(diào)節(jié)器的輸出。水溫愈高，調(diào)節(jié)器應(yīng)把調(diào)節(jié)閥開得愈小。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第二十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*30比例帶對(duì)于調(diào)節(jié)過(guò)程的影響：

比例調(diào)節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大。從這一方面考慮，希望盡量減小比例帶。減小比例帶就等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，其后果是導(dǎo)致系統(tǒng)激烈振蕩甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定性是任何閉環(huán)控制系統(tǒng)的首要要求，比例帶的設(shè)置必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第三十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*31第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第三十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*32δ很大意味著調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度很小，因此被調(diào)量的變化比較平穩(wěn)，甚至可以沒(méi)有超調(diào)，但殘差很大，調(diào)節(jié)時(shí)間也很長(zhǎng)。減小δ就加大了調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度，引起被調(diào)量來(lái)回波動(dòng)，但系統(tǒng)仍可能是穩(wěn)定的，殘差相應(yīng)減小。δ具有一個(gè)臨界值，系統(tǒng)處于穩(wěn)定邊界的情況，進(jìn)一步減小δ系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。δ的臨界值δcr可以通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定出來(lái)：如果被調(diào)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型已知，根據(jù)控制理論計(jì)算出來(lái)。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第三十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*33比例調(diào)節(jié)過(guò)程的靜差:

在加熱爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，被調(diào)參數(shù)維持不變，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，被調(diào)參數(shù)發(fā)生變化，如開始下降，通過(guò)比例調(diào)節(jié)器使調(diào)節(jié)閥開度開大，煤氣或重油流量增加，逐漸使被調(diào)參數(shù)下降速度緩慢下來(lái)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，又建立了新的平衡，此時(shí)被調(diào)參數(shù)溫度達(dá)到新的穩(wěn)定值，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院但此時(shí)被調(diào)參數(shù)的新的穩(wěn)定值與給定值不相等，它們的差值叫做余差或靜差。第三十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*34這個(gè)靜差的大小與調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K或比例帶有關(guān)，放大系數(shù)越小，即比例帶越大，靜差就越大；反之，調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)越大，即比例帶越小，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，靜差就越小。比例帶越大，即放大系數(shù)越小，在擾動(dòng)產(chǎn)生后，調(diào)節(jié)器的輸出變化小，因而調(diào)節(jié)閥移動(dòng)量小，這樣被調(diào)參數(shù)就變化緩慢，靜差就越大。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院比例帶越小，即放大系數(shù)越大，在干擾產(chǎn)生后對(duì)調(diào)節(jié)器輸出變化大，調(diào)節(jié)閥移動(dòng)量大，調(diào)參數(shù)就變化比較靈敏，有些振蕩，但靜差小。

第三十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*35比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：（1）比例調(diào)節(jié)的輸出增量與輸入增量呈一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系。即：u=Ke

（2）比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸出與輸入同步，沒(méi)有時(shí)間滯后，其動(dòng)態(tài)特性好。（3）比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生靜差。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院比例調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生靜差，這是比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合，可以單獨(dú)用比例調(diào)節(jié)；而對(duì)精度要求高的場(chǎng)合，就必須選擇其它的調(diào)節(jié)方式。

第三十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*36比例帶的一般選擇原則:

若對(duì)象較穩(wěn)定（對(duì)象的靜態(tài)放大系數(shù)較小，時(shí)間常數(shù)不太小，滯后較?。﹦t比例帶可選小些，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)速度加快一些；相反，若對(duì)象的放大系數(shù)較大，時(shí)間常數(shù)較小，滯后時(shí)間較大，則應(yīng)當(dāng)將比例帶可選大一些，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略

比例帶的選取，一般情況下，比例帶的范圍大致如下：壓力調(diào)節(jié)：30~70%流量調(diào)節(jié)：40~100%液位調(diào)節(jié)：20~80%溫度調(diào)節(jié)：20~60%蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第三十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*375.2.3積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié))

調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)的變化速度du／dt與偏差信號(hào)e成正比。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略(S。稱為積分速度)調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號(hào)的積分成正比。

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第三十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*38圖示的自力式氣壓調(diào)節(jié)閥就是一個(gè)簡(jiǎn)單的積分調(diào)節(jié)器；管道壓力P是被調(diào)量，它通過(guò)針形閥R與調(diào)節(jié)閥膜頭的上部空腔相通，而膜頭的下部空腔則與大氣相通。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第三十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*39重錘w的重力使上部空腔產(chǎn)生一個(gè)恒定的壓力Po。Po就是被調(diào)量的設(shè)定值；它可以通過(guò)改變杠桿比L1/L2或錘重W加以調(diào)整。當(dāng)管道壓力P等于設(shè)定值Po時(shí)，沒(méi)有氣流通過(guò)針形閥R，因此膜片以及與它連接在一起的閥桿靜止不動(dòng)。只要P不等于其設(shè)定值Po，就會(huì)有氣流以正向或反向流過(guò)針形閥，使膜片帶動(dòng)閥桿上下移動(dòng)。流過(guò)它的氣量就與被調(diào)量偏差成比例，因此閥桿的移動(dòng)速度也就與被調(diào)量偏差成正比，改變針形閥的開度就可改變積分速度S。的大小。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第三十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*40積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：無(wú)差調(diào)節(jié)當(dāng)被調(diào)量偏差e為零時(shí)，積分調(diào)節(jié)器的輸出會(huì)保持不變。調(diào)節(jié)器的輸出可以停在任何數(shù)值上。

被控對(duì)象在負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，被調(diào)量沒(méi)有殘差，而調(diào)節(jié)閥則可以停在新的負(fù)荷所要求的開度上。

采用積分調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)閥開度與當(dāng)時(shí)被調(diào)量的數(shù)值本身沒(méi)有直接關(guān)系，積分調(diào)節(jié)也稱為浮動(dòng)調(diào)節(jié)。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*41積分調(diào)節(jié)的另一特點(diǎn)是它的穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差。采用積分調(diào)節(jié)不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略積分速度對(duì)于調(diào)節(jié)過(guò)程的影響

采用積分調(diào)節(jié)時(shí)，控制系統(tǒng)的開環(huán)增益與積分速度S0成正比。增大積分速度將會(huì)降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直到最后出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過(guò)程。

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*42第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*43調(diào)節(jié)效果與應(yīng)用：

積分速度（積分常數(shù)）的大小對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程影響較大。積分速度大，調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，當(dāng)積分速度大到超過(guò)某一臨界值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定。反之，減小積分速度，調(diào)節(jié)閥的速度減慢，結(jié)果是系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加了，但調(diào)節(jié)速度變慢，當(dāng)積分常數(shù)小到某一臨界值時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程變?yōu)榉钦袷庍^(guò)程。因?yàn)镾0愈大，則調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作愈快，就愈容易引起和加劇振蕩，振蕩頻率將愈來(lái)愈高，而最大動(dòng)態(tài)偏差則愈來(lái)愈?。徽{(diào)量最后都沒(méi)有殘差，這是積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*44積分調(diào)節(jié)的特性：節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差值隨時(shí)間的積分成正比，亦即輸出的變化速度與輸入偏差成正比。對(duì)于積分調(diào)節(jié)器，輸出變化量的大小，不僅決定于偏差的大小，而且取決于偏差存在的時(shí)間長(zhǎng)短。只要輸入偏差存在，輸出就一直在變化，只有輸入偏差為零,輸出才不再變化。積分調(diào)節(jié)作用能自動(dòng)消除靜差。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*45對(duì)于同一偏差信號(hào)，積分常數(shù)越大，積分輸出增加得越快，表示積分調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)；相反，積分常數(shù)越小，積分輸出增加得越慢，表示積分調(diào)節(jié)作用越弱；積分常數(shù)就表示了積分作用的大小。積分常數(shù)的倒數(shù)叫積分時(shí)間，用TI表示。積分調(diào)節(jié)的顯著特點(diǎn)是它們執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置是“浮動(dòng)”的，也就是，它和被調(diào)量之間沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此這就解說(shuō)了產(chǎn)生靜差的原因。只要偏差不為零，控制輸出就不為零，它就要?jiǎng)幼鞯桨驯徽{(diào)量的靜差完全消除為止，積分調(diào)節(jié)的特性就是無(wú)差調(diào)節(jié)。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*46比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的比較：積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。但對(duì)比例調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)，當(dāng)被調(diào)參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器能立即按比例地把調(diào)節(jié)閥的開度開得很大，但積分調(diào)節(jié)器就做不到這一點(diǎn)，它需要一定的時(shí)間才能將調(diào)節(jié)閥的開度開大或減小，因此，積分調(diào)節(jié)會(huì)使調(diào)節(jié)過(guò)程非常緩慢。

比例調(diào)節(jié)能及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)可以消除靜差。但它的輸出有段積累過(guò)程，過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的十分緩慢，如果系統(tǒng)干擾作用頻繁，更顯得十分乏力，單獨(dú)的積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)較罕見，它作為一種輔助調(diào)節(jié)規(guī)律與比例調(diào)節(jié)一起組成比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*47第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*485.2.4比例積分調(diào)節(jié)(PI調(diào)節(jié))

積分調(diào)節(jié)可以消除靜差,但有滯后現(xiàn)象，比例調(diào)節(jié)沒(méi)有滯后現(xiàn)象，但存在靜差。

PI調(diào)節(jié)就是綜合P、I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用I調(diào)節(jié)消除殘差。

比例積分調(diào)節(jié)有比例調(diào)節(jié)，即將輸入偏差信號(hào)立即放大輸出，又有積分調(diào)節(jié)作用，即輸入偏差使調(diào)節(jié)器輸出變化按時(shí)間逐漸積累從而消除靜差。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*49它的調(diào)節(jié)規(guī)律為(δ為比例帶，可視情況取正值或負(fù)值，TI為積分時(shí)間)。δ和TI是PI調(diào)節(jié)器的兩個(gè)重要參數(shù).第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第四十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*50第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第五十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*51在施加階躍輸入的瞬間，調(diào)節(jié)器立即輸出一個(gè)幅值為Δe／δ的階躍，然后以固定速度Δe／δTI變化。當(dāng)t=TI時(shí)，調(diào)節(jié)器的總輸出為2Δe／δ。輸出的積分部分正好等于比例部分。TI可以衡量積分部分在總輸出中所占的比重：TI愈小，積分部分所占的比重愈大。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院比例積分調(diào)節(jié)過(guò)程:

殘差的消除是PI調(diào)節(jié)器積分動(dòng)作的結(jié)果。積分部分的閥位輸出使調(diào)節(jié)閥開度最終得以到達(dá)抵消擾動(dòng)所需的位置。

第五十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*52PI調(diào)節(jié)引入積分動(dòng)作帶來(lái)消除系統(tǒng)殘差，卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為保持控制系統(tǒng)原來(lái)的衰減率，PI調(diào)節(jié)器比例帶必須適當(dāng)加大。PI調(diào)節(jié)在比例帶不變的情況下，減小積分時(shí)間TI，將使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性降低、振蕩加劇、調(diào)節(jié)過(guò)程加快、振蕩頻率升高。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院比例部分的閥位輸出Up在調(diào)節(jié)過(guò)程的初始階段起較大作用，但調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后又返回到擾動(dòng)發(fā)生前的數(shù)值。第五十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*53第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第五十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*54比例積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：具有比例調(diào)節(jié)作用反應(yīng)快、無(wú)滯后的優(yōu)點(diǎn)，可以加快調(diào)整作用，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，又具有積分調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，可以消除靜差。對(duì)于一般調(diào)節(jié)對(duì)象，均可用比例積分調(diào)節(jié)，比例帶和積分時(shí)間選擇合適，基本可以滿足生產(chǎn)工藝要求。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施：

具有積分作用的調(diào)節(jié)器，只要被調(diào)量與設(shè)定值之間有偏差，其輸出就會(huì)不停地變化。如果由于某種原因(如閥門關(guān)閉、泵故障等)，被調(diào)量偏差一時(shí)無(wú)法消除，然而調(diào)節(jié)器還是要試圖校正這個(gè)偏差，結(jié)果經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，調(diào)節(jié)器輸出將進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。第五十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*55進(jìn)入深度積分飽和的調(diào)節(jié)器，要等被調(diào)量偏差反向以后才慢慢從飽和狀態(tài)中退出來(lái)，重新恢復(fù)控制作用。氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的積分動(dòng)作是通過(guò)一階慣性環(huán)節(jié)的正反饋實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)器的輸出第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第五十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*56第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第五十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*57正常情況下，f=u，則上式為這為比例積分調(diào)節(jié)的動(dòng)作規(guī)律?？狗e分飽和的措施：一是接入外部積分反饋,如果在正反饋回路中加入一個(gè)間隙單元。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第五十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*58第5章常規(guī)過(guò)程控制策略在正常操作時(shí)，u低于輸出高限值uh，放大器K的輸出ua較大，（ua=k*（uh-u））經(jīng)低值選擇器LS在u和ua中優(yōu)先選擇較低的u信號(hào)，正反饋信號(hào)f=u，這就是正常的積分動(dòng)作(間隙單元不起作用）。蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第五十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*59一旦出現(xiàn)積分飽和，調(diào)節(jié)器輸出u達(dá)到高限值時(shí)，高增益放大器K輸出ua較小。（ua=k*（uh-u））低值選擇器LS優(yōu)先接受較低的ua信號(hào)，從而使得正反饋信號(hào)f=ua。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院調(diào)節(jié)器的輸出輸入關(guān)系將成為

第五十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*60第二項(xiàng)為常數(shù)，調(diào)節(jié)器切換為比例作用，防止積分飽和現(xiàn)象。另一種辦法是由調(diào)節(jié)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院調(diào)節(jié)器附加的抗積分飽和電路。

第六十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*615.2.5比例微分調(diào)節(jié)(PD調(diào)節(jié))

P和I是根據(jù)已經(jīng)形成的被調(diào)參數(shù)與給定值之偏差而動(dòng)作的(即偏差的方向和大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的)。

如果調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)被調(diào)量的變化速度來(lái)移動(dòng)調(diào)節(jié)閥。而不要等到被調(diào)量已經(jīng)出現(xiàn)較大偏差后才開始動(dòng)作，那么調(diào)節(jié)的效果將會(huì)更好，等于賦予調(diào)節(jié)器以某種程度的預(yù)見性，這種調(diào)節(jié)動(dòng)作稱為微分調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)是根據(jù)偏差信號(hào)的微分,即偏差變化的速度而動(dòng)作的。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第六十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*62如加熱爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié),當(dāng)溫度低于給定值時(shí),則煤氣閥門應(yīng)開大,這是比例調(diào)節(jié)作用,但同時(shí)發(fā)現(xiàn),溫度降低的速度很快,說(shuō)明出現(xiàn)了較大的擾動(dòng),則下一時(shí)刻的偏差將會(huì)更大,因此應(yīng)予先采取措施,即提前動(dòng)作,把煤氣閥門的開度開得更大一些,這叫超前作用。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略微分調(diào)節(jié)就是根據(jù)偏差變化速度而進(jìn)行調(diào)節(jié)的.只要偏差一露頭,調(diào)節(jié)器就立即動(dòng)作,這樣的調(diào)節(jié)效果更好.偏差沒(méi)有變化,微分調(diào)節(jié)不起作用.微分調(diào)節(jié)主要用于克服調(diào)節(jié)對(duì)象有較大的傳遞滯后和容量滯后。

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第六十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*63微分調(diào)節(jié)器的輸出與被調(diào)量或其偏差對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比，即與輸入偏差速度成正比。

U--輸出的控制量S2--微分時(shí)間de/dt---偏差的變化速度

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第六十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*64第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第六十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*65調(diào)節(jié)器在t=t0時(shí)刻，輸入階躍偏差e，偏差的變化速度為：調(diào)節(jié)器的輸出立即又回到零，理想的微分調(diào)節(jié)特性曲線為一垂直直線。單純按上述規(guī)律動(dòng)作的調(diào)節(jié)器是不能工作的。微分調(diào)節(jié)只能起輔助的調(diào)節(jié)作用，與其它調(diào)節(jié)動(dòng)作結(jié)合成PD和PID調(diào)節(jié)動(dòng)作。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第六十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*66PD調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律是第5章常規(guī)過(guò)程控制策略

(δ為比例帶，TD為微分時(shí)間)

按照上式，PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)應(yīng)為：

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第六十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*67工業(yè)上實(shí)際采用的PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院當(dāng)輸入偏差e是一個(gè)階躍變化時(shí)，微分的輸出是很大的，輸出量出現(xiàn)一個(gè)峰值。以后由于輸入偏差不再變化，微分作用消失，輸出按照指數(shù)規(guī)律慢慢下降。由于比例作用的存在，輸出不會(huì)下降到零。第六十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*68不論偏差e的大小如何，只要偏差e不變，即de/dt=0，u=0，即微分作用的輸出總是零。只要偏差e一有變化，微分作用就立即動(dòng)作，調(diào)節(jié)器輸出就有變化，偏差e變化速度越大，微分作用輸出越大。微分調(diào)節(jié)只對(duì)變化的偏差起調(diào)節(jié)作用。偏差存在，但變化速度為零，微分調(diào)節(jié)不起作用。理想的微分調(diào)節(jié)是不能單獨(dú)使用的，它總是依附于比例調(diào)節(jié)或比例積分調(diào)節(jié)的。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院微分作用的強(qiáng)弱用微分時(shí)間TD來(lái)衡量，微分時(shí)間TD越大，微分作用越強(qiáng)，即超前時(shí)間越大。改變微分時(shí)間TD的大小，可以調(diào)節(jié)微分作用的強(qiáng)弱。第六十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*69根據(jù)PD調(diào)節(jié)器的斜坡響應(yīng)也可以單獨(dú)測(cè)定它的微分時(shí)間TD：

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第六十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*在穩(wěn)態(tài)下，de／dt＝0，PD調(diào)節(jié)器的微分部分輸出為零，因此PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)，與P調(diào)節(jié)相同。微分調(diào)節(jié)動(dòng)作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩，它有提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。

比例微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn):適度引入微分動(dòng)作可以允許稍許減小比例帶，同時(shí)保持衰減率不變。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略如果TD=0即沒(méi)有微分動(dòng)作，那么輸出u將按虛線變化。微分動(dòng)作的引入使輸出的變化提前一段時(shí)間發(fā)生，而這段時(shí)間就等于TD。PD調(diào)節(jié)器有導(dǎo)前作用，其導(dǎo)前時(shí)間即是微分時(shí)間TD。

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*71第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*72適度引入微分動(dòng)作后，可以采用較小的比例帶，減小了殘差，減小了短期最大偏差和提高了振蕩頻率。微分調(diào)節(jié)動(dòng)作也有一些不利之處。微分動(dòng)作太強(qiáng)容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開度向兩端飽和，在PD調(diào)節(jié)中總是以比例動(dòng)作為主，微分動(dòng)作只能起輔助調(diào)節(jié)作用。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院PD調(diào)節(jié)器的抗干擾能力很差，這只能應(yīng)用于被調(diào)量的變化非常平穩(wěn)的過(guò)程，一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。微分調(diào)節(jié)動(dòng)作對(duì)于純滯后過(guò)程是無(wú)效的。第七十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*73第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院引入微分動(dòng)作要適度。在大多數(shù)PD控制系統(tǒng)隨著微分時(shí)間Td增大，其穩(wěn)定性提高，但某些特殊系統(tǒng)也有例外，當(dāng)TD超出某一上限值后，系統(tǒng)反而變得不穩(wěn)定了。第七十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*74將比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)作用結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)，即PID調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律是5.2.6PID調(diào)節(jié)規(guī)律第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*75蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院比例帶、積分時(shí)間、微分時(shí)間這三個(gè)特征參數(shù)表示比例積分微分的調(diào)節(jié)特性，改變這三個(gè)特征參數(shù)的數(shù)值，就可以改變比例積分微分的調(diào)節(jié)的強(qiáng)弱。

PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*76第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*77當(dāng)比例積分微分調(diào)節(jié)器輸入一個(gè)階躍偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出調(diào)節(jié)信號(hào)等于比例作用、積分作用、微分作用輸出之和。比例作用的輸出與偏差大小成正比；積分作用的輸出變化速度與偏差成正比；微分作用輸出與偏差變化速度成正比。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*78比例積分微分調(diào)節(jié)器的工作過(guò)程：當(dāng)擾動(dòng)一出現(xiàn)，即輸入一個(gè)階躍偏差時(shí)，微分作用立即動(dòng)作，使調(diào)節(jié)器輸出突然發(fā)生大幅度變化，然后就慢慢下降，比例作用也同時(shí)動(dòng)作，偏差減小，按照積分作用動(dòng)作，隨著時(shí)間增加，積分作用越來(lái)越起主導(dǎo)作用，最后慢慢把靜差完全克服掉。三個(gè)特性參數(shù)選擇適當(dāng)，就能充分發(fā)揮比例、積分、微分調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，得到較為滿意的調(diào)節(jié)效果。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*79第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第七十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*80選擇調(diào)節(jié)器動(dòng)作規(guī)律時(shí)應(yīng)根據(jù)對(duì)象特性、負(fù)荷變化、主要擾動(dòng)和系統(tǒng)控制要求等具體情況，同時(shí)還應(yīng)考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)投入方便等。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略（1）廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容積延遲較大時(shí)，應(yīng)引入微分動(dòng)作。如工藝容許有殘差，可選用比例微分動(dòng)作，如工藝要求無(wú)殘差時(shí)，則選用比例積分微分動(dòng)作。如溫度、成分、pH值控制等。蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院（2）當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化也不大，而工藝要求無(wú)殘差時(shí)，可選擇比例積分動(dòng)作。如管道壓力和流量的控制。第八十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*81蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院（3）廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化較小，工藝要求不高時(shí)，可選擇比例動(dòng)作，如貯罐壓力、液位的控制。

（4）當(dāng)廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)或容積滯后很大，負(fù)荷變化亦很大時(shí)，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)已不能滿足要求，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*82如果被控對(duì)象傳遞函數(shù)可用第5章常規(guī)過(guò)程控制策略則可根據(jù)對(duì)象的可控比τ／T選擇調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律。當(dāng)τ／T<0．2時(shí)，選擇比例或比例積分動(dòng)作;當(dāng)0.2<τ／T≤1.0時(shí)，選擇比例微分或比例積分微分動(dòng)作;當(dāng)τ／T>1.0時(shí)，采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)往往不能滿足控制要求，應(yīng)選用如串級(jí)、前饋等復(fù)雜控制系統(tǒng)。

蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*83總結(jié)：比例（P）控制

比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

積分（I）控制

在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大，這樣即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*84微分（D）控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性或有滯后，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。即在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*85調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用P靈敏、簡(jiǎn)單，只有一個(gè)整定參數(shù)存在靜差負(fù)荷變化不顯著，工藝指標(biāo)要求不高的對(duì)象PI能消除靜差，又控制靈敏對(duì)于滯后較大的對(duì)象，比例積分調(diào)節(jié)太慢，效果不好應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較小、負(fù)荷變化不大、精度要求高的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。例如，流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)PD增進(jìn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定度，可調(diào)小比例度，而加快調(diào)節(jié)過(guò)程，減小動(dòng)態(tài)偏差和靜差系統(tǒng)對(duì)高頻干擾特別敏感，系統(tǒng)輸出易夾雜高頻干擾應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大，但調(diào)節(jié)精度要求不高的對(duì)象PID綜合了各類調(diào)節(jié)作用的優(yōu)點(diǎn)，所以有更高的調(diào)節(jié)質(zhì)量對(duì)于滯后很大，負(fù)荷變化很大的對(duì)象，PID調(diào)節(jié)也無(wú)法滿足要求，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大、負(fù)荷變化較大、精度要求高的對(duì)象第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*86PID控制器的參數(shù)整定

PID控制器的參數(shù)整定是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院5.3

第八十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*87參數(shù)的工程整定方法在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)或安裝完畢后，被控對(duì)象、測(cè)量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。只能通過(guò)控制器參數(shù)的工程整定，來(lái)調(diào)整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量?？刂破鲄?shù)的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。具體來(lái)說(shuō)，就是確定最合適的控制器比例度P、積分時(shí)間TI，和微分時(shí)間TD。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*88穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）：

屬于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)（臨界比例度Pm和振蕩周期Tm），按經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。（1）置調(diào)節(jié)器Ti，Td=0，比例度P較大值，將系統(tǒng)投入運(yùn)行。（2）逐漸減小P，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時(shí)的臨界值Pm和Tm。y(t)Tm

系統(tǒng)臨界振蕩曲線t第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*89經(jīng)驗(yàn)公式雖然是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上歸納出來(lái)的，但它有一定的理論依據(jù)。就以表中PI調(diào)節(jié)器整定數(shù)值為例，可以看出PI調(diào)節(jié)器的比例度較純比例調(diào)節(jié)時(shí)增大，這是因?yàn)榉e分作用產(chǎn)生一滯后相位，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定度的緣故。根據(jù)Pm和Tm，按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出控制器的參數(shù)整定值。

整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律P（%）Ti

Td

P 2Pm ————PI 2.2Pm0.85Tm——PID1.7Pm 0.50Tm0.125Tm表

穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計(jì)算表第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第八十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*90

穩(wěn)定邊界方法在下面兩種情況下不宜采用：臨界比例度過(guò)小時(shí)，調(diào)節(jié)閥容易游移于全開或全關(guān)位置，對(duì)生產(chǎn)工藝不利或不容許。例如，一個(gè)用燃料油加熱的爐子，如果閥門發(fā)生全關(guān)狀態(tài)就要熄火。

工藝上的約束條件嚴(yán)格時(shí)，等幅振蕩將影響生產(chǎn)的安全。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*91衰減曲線法:屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。方法：（1）把調(diào)節(jié)器設(shè)成比例作用（Ti=∞，Td=0），置于較大比例度，投入自動(dòng)運(yùn)行。（2）在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍改變給定值（通常以5%左右為宜），觀察調(diào)節(jié)過(guò)程曲線。（3）適當(dāng)改變比例度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，到出現(xiàn)滿意的衰減曲線為止。記下此時(shí)的比例度Ps及周期Ts。n=10:1時(shí)，記P’s及TsTsTr第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*92（4）按表（n=4:1）或按表（n=10:1）求得各種調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)的整定參數(shù)。衰減比為4:1時(shí)，整定參數(shù)計(jì)算表衰減比為10:1時(shí)，整定參數(shù)計(jì)算表0.1Ts0.3Ts0.8PsPID

——0.5Ts1.2PsPI————PsPTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律0.4Ts1.2Tr0.8P'sPID

——2Tr1.2P'sPI————P'sPTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*93響應(yīng)曲線法:屬于開環(huán)整定方法。以被控對(duì)象控制通道的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)整定值。方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得響應(yīng)曲線，找出廣義對(duì)象的特性參數(shù)K0、T0、τ0，用下表的經(jīng)驗(yàn)公式求整定參數(shù)。第九十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*94T0τ0此方法在不加控制作用的狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)于不允許工藝失控的生產(chǎn)過(guò)程，不能使用。表

響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式0.5τ02τ0PID——3.3τ0PI————PTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*95經(jīng)驗(yàn)法:憑經(jīng)驗(yàn)湊試。其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”。在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，憑經(jīng)驗(yàn)先將控制器參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上，通過(guò)改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，根據(jù)P、TI

、TD對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響為指導(dǎo)，對(duì)比例度P

、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD逐個(gè)整定，直到獲得滿意的曲線為止。經(jīng)驗(yàn)法的方法簡(jiǎn)單，但必須清楚控制器參數(shù)變化對(duì)過(guò)渡過(guò)程曲線的影響關(guān)系。在缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或過(guò)渡過(guò)程本身較慢時(shí)，往往較為費(fèi)時(shí)。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*96控制器參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響：比例度逐漸減小→積分時(shí)間逐漸減小→微分時(shí)間逐漸增大→第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*97幾種整定方法的比較整定方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)反應(yīng)曲線法方法簡(jiǎn)單系統(tǒng)開環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn)穩(wěn)定邊界法系統(tǒng)閉環(huán)會(huì)出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)經(jīng)驗(yàn)法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*98PID控制器控制規(guī)律選擇5.4.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.過(guò)程控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基本要求生產(chǎn)過(guò)程對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的要求可簡(jiǎn)要?dú)w納為安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。2.過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等四個(gè)主要內(nèi)容。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院5.4

第九十八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*993.過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟1）掌握生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求2）建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型3）確定控制方案包括控制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定，是過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。

4）控制設(shè)備選型5）實(shí)驗(yàn)（或仿真）驗(yàn)證第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第九十九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*1005.4.2被控參數(shù)與控制變量的選擇被控參數(shù)的選擇:被控變量—生產(chǎn)過(guò)程中希望借助自動(dòng)控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量。合理選擇被控變量，關(guān)系到生產(chǎn)工藝能否達(dá)到穩(wěn)定操作、保證質(zhì)量、保證安全等目的。被控變量的選擇依據(jù)：1、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量作為被控變量第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*101例：

儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)工藝要求儲(chǔ)槽液位穩(wěn)定。那么設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)就應(yīng)以儲(chǔ)槽液位為被控變量。LCTTh第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*102例：換熱器出口溫度控制系統(tǒng)工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器TTTC第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*1032、當(dāng)不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時(shí)，應(yīng)選擇與直接工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)作為被控變量。例：化工的精餾物純度控制系統(tǒng)精餾工藝是利用被分離物中各組分的揮發(fā)溫度不同，將各組分分離。如圖將苯—甲苯混合液進(jìn)行分離。苯—甲苯苯甲苯

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*104

該精餾塔的工藝要求是要使塔頂（或塔底）餾出物達(dá)到規(guī)定的純度。按照被控變量的選擇原則1，塔頂（或塔底）餾出物的組分應(yīng)作為被控變量。但是，沒(méi)有合適的儀表在線檢測(cè)餾出物的純度，則不能直接作為被控變量。苯甲苯

苯—甲苯第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*105只好在與餾出物的純度有單值關(guān)系的工藝參數(shù)中，找出合適的變量作為被控變量，進(jìn)行間接參數(shù)控制。經(jīng)工藝分析發(fā)現(xiàn)，塔內(nèi)壓力和塔內(nèi)溫度都對(duì)餾出物純度有影響。需要對(duì)二者進(jìn)行比較試驗(yàn)，選出一個(gè)合適的變量。苯甲苯

苯—甲苯第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*106間接控制參數(shù)的確定經(jīng)試驗(yàn)得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力和溫度有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。（塔底餾出物甲苯也一樣）從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。

第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*1073、被控變量必須有足夠大的靈敏度被控變量必須靈敏，容易被測(cè)量。4、選擇被控變量時(shí)，必須考慮工藝合理性上例中，選擇塔內(nèi)溫度作被控變量，就是考慮了工藝上，塔內(nèi)壓力是最佳分離效率控制系統(tǒng)的被控變量。若塔頂、塔底的產(chǎn)品純度都分別設(shè)置溫控系統(tǒng)，會(huì)相互干擾，存在關(guān)聯(lián)。因此，若采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，只能設(shè)置一個(gè)溫控系統(tǒng)，保證塔頂或塔底一端的產(chǎn)品質(zhì)量。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*108控制變量選擇:把用來(lái)克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為控制變量或操縱變量。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的。LCTTh第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零八頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*109控制變量的確定:被控變量選定以后，應(yīng)對(duì)工藝進(jìn)行分析，找出所有影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是可控的，有些是不可控的。在諸多影響被控變量的因素中選擇一個(gè)對(duì)被控變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。被控變量影響變量第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百零九頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*110對(duì)象特性對(duì)控制品質(zhì)影響的分析：1．過(guò)程（通道）靜態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響如圖所示為單回路控制系統(tǒng)的等效框圖。Gc(s)—控制器的傳遞函數(shù)；Go(s)—廣義控制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；Gf(s)—擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)。Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百一十頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*111被控參數(shù)y(t)受到設(shè)定信號(hào)x(t)和干擾信號(hào)f(t)的共同影響：干擾通道控制通道Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百一十一頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*112代入系統(tǒng)偏差公式中：將

可見，控制通道偏差和干擾通道偏差的傳函分母是一樣的。將Gc(s)、Go(s)代入：第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百一十二頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*113K0越大，被調(diào)參數(shù)對(duì)控制作用的反應(yīng)越靈敏，系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性越低。Kf越大，干擾作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越大。故應(yīng)選放大系數(shù)大的變量作為控制變量。K0越大，控制作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越??；第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百一十三頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*1142．過(guò)程（通道）動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響1）干擾通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響

干擾通道的慣性因子（Tfs+1）使干擾作用的影響緩慢。Tf越大，干擾對(duì)被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。

干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置離被控變量檢測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則Tf越大，控制時(shí)最大偏差越小。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百一十四頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*115例：某控制系統(tǒng)中，干擾f1、f2、f3分別在三個(gè)位置進(jìn)入系統(tǒng)。干擾離被控變量檢測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則干擾通道的時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)被控變量的影響越慢。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百一十五頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*116

f1(t)通道慣性小，受干擾后被調(diào)參數(shù)變化速度快；當(dāng)控制作用見效時(shí)，被調(diào)參數(shù)已經(jīng)變化較大——造成動(dòng)態(tài)偏差較大。所以擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn)，干擾對(duì)被控參數(shù)影響越小。

y(t)yk(t)tyyk(t)yy(t)tyk(t)yy(t)t第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百一十六頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*117

因?yàn)?，τf使干擾對(duì)被控變量的影響推遲了τf時(shí)間，則控制作用也推遲τf時(shí)間，整個(gè)過(guò)渡過(guò)程曲線也推遲時(shí)間τf

，但控制品質(zhì)未變。干擾通道純滯后τf不影響控制質(zhì)量。第5章常規(guī)過(guò)程控制策略蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院第一百一十七頁(yè)，共一百三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五*118

2）控制通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響tGCGVGO2GFGmfre