第五章自动控制仪表

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 自动控制仪表,第一节 概述,第二节 基本控制规律及其对系统过渡,过程的影响,第三节 模拟式控制器,第四节 数字式控制器,第一节 概述,偏差信号,e,:,给定值与测量信号之差,(,Z,-,X,),测量信号,Z,:,代表被控变量大小的信号,给定值,X,:,代表规定值之大小的信号,控制信号,p,:,控制器的输出信号,控制规律,:,第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响,基本控制规律：,位式控制 比例控制,积分控制 微分控制,一、双位控制,1.,理想双位控制规律,p,max,e,0,（,e,0,）,p,=,p,min,e,0,（,e,0,）,e,p,p,max,p,min,理想双位控制规律,2.,实例,液位 电磁线圈 阀门 进料 液位,H,H,0,通电 关闭 切断进料,H,H,0,H,H,0,断电 打开 进料,H,H,0,中间区：,被控变量有一定,的变化范围,3.,品质指标：振幅 周期,原则：,使振幅在允许的范围内，尽可能的使周期延长,4.,特点：结构简单、成本低、易实现,二、比例控制,1.,比例控制规律及比例度,控制规律,测量元件,浮球,控制器,杠杆,执行器,调节阀,a,b,比例控制系统示意图,p,e,e,液位控制系统,放大倍数,K,P,控制作用,K,P,控制作用,e,p,a,b,比例控制规律的,输出变化量与输入偏差,e,成正比。,比例度使控制器输出变化全范围时,输入偏差改变了满量程的百分数。,比例度,由于比例增益,K,p,是有量纲的量，在工程上常将其转换,成一个无量纲的量：,比例度,例如：,一台电动比例控制器，输入信号的变化范围为,100,200,，输出信号的变化范围为,4,20mA,，当输入变量从,140,变化到,160,时，控制器输出信号从,12mA,16mA,，问该控制器的比例度？,解：,当测量温度变化了全量程的,80%,时，控制器的输出,从,4mA,2,0mA,。在这个范围内，控制器的输出,p,与温度的变化是成比例的。,100,200,t,I,4,20,150,p,min,p,max,e,%,0%,100%,0%,80%,0,50%,100%,e%,P,max,P,min,P,max,-P,min,2,比例度示意图,=200,%,=100,%,=50,%,对于单元组合仪表：,K,=1,d,K,P,控制作用,d,K,P,控制作用,比例控制系统的过渡过程,Q,2,Q,2,Q,1,h,Q,1,Q,1,= Q,2,余差,比例度对过渡过程的影响,a,b,比例控制系统示意图,使系统出现等幅振荡时的,d,，称为临界比例度。,t,T,K,t,T,K,优、缺点,优点：,控制及时，简单、可靠,缺点：,余差存在,三,.,积分控制,1.,积分控制规律,K,I,积分速度,T,I,积分时间,e,（,mA,）,t,0,A,t,0,p,（,mA,）,T,I1,T,I2,T,I3,T,I1,T,I2,t,0,，,de/dt=0,，,p,=,0,特点：,不管有无输入和它的数值如何，只要输入不改变，,微分作用的输出总是零。,不能消除偏差，,不能单独使用。,2.,实际的微分控制规律,K,D,微分增益,p,t,A,3.,比例微分控制规律,理想：,实际：,T,D,微分作用,T,D,微分作用,4.,比例积分微分（,PID,）控制,理想：,t,0,p,(mA),t,0,“,”,实际：,p,(mA),t,0,A,常用的控制规律：,P PI PID,特点：,集,P,、,I,、,D,三者之优点，,克服其不足；,实际系统并非,PID,是最好，,应根据具体情况进行选择。,控制规律是通过控制器来实现的。控制器有,模拟控制器、数字控制器、,PLC,、,DCS,、,FCS,等形式，无论何种控制器，它们均具有一些相同的基本功能。,控制器,控制器的基本功能：,1.,控制运算：,常规,PID,、自整定,PID,、自适应等。,2.,显示功能：,偏差、输出、测量值、给定值以及编程,参数等。,外给定,:,来自外部输入，一般用于复杂控制系统。,3.,内外给定信号：,内给定,:,来自仪表内部设置，一般用于定值简单控制,系统；,4.,控制器的正、反作用选择,（实现控制系统的闭环负反馈）,e,=,Z,-,X,正作用：,正偏差越大，,测量值越大，,反作用：,负偏差越大，,测量值越小，,则控制器输出越大；,则控制器输出越大。,5.,手动,/,自动切换与手动操作,自动：,控制器的输出信号,M,v,根据控制规律随偏差,D,v,变化而变；,手动：,控制器的输出信号,M,v,与,偏差,D,v,无关，这时,控制规律无效；,直接由手操纵,M,v,，类似于直接用手调节阀门。,无扰动切换：,控制器的输出不能由于切换而发生变化。,解：,又,测量值减少时，控制器输出减少，,是正作用方向,答,:,控制器的实际比例度为,100%,，控制器是正作用方向。,例,1,、,当,智能单元型,电动控制器的测量指针由,50,变化到,25,，若控制器的纯比例输出信号由,12mA,下降到,8mA,，则控制器的实际比例度为多少？并指出控制器的作用方向。,例,2,、,实验测得标准信号为,4,20mA,电动控制器的阶跃响 应曲线，如图所示。,问：,该控制器的控制规律？,控制器的比例度、积分时间、微分时间？,解,: ,该控制器为,PI,控制规律,答：控制器的比例度为,200%,、积分时间为,2,分、,微分时间为,0,有一比例积分调节器（智能单元型），测量值与给定值均为,12mA,，若将比例度定在,50,，积分时间定在最大，调节器的作用方向定在反作用位置，则当测量值由,12mA,变化到,13mA,时，,p,将由,12mA,变化到什么数值？当积分时间不是定在最大时，则情况又会如何？,作业,:,又 控制器的作用方向定在反作用位置。,测量值增加，输出将减少。,答,:,p,将由,12mA,变化到,10mA,。,解：,当积分时间不是定在最大时，,p,将一直减小下去，,直到最小值。,某台智能单元型比例积分调节器，比例度为,100,，,积分时间为,2,分，稳态时，输出为,5mA,。某瞬间，输入突然增加了,0.2mA,，试问经过,5min,后，输出将变化多少？,答：调节器的输出将变化,0.7,mA,。,解：,例,3,：,有一台,PI,调节器，,d,=,100,%,，,T,I,=,1,分，,DDZ,。,p,t,13,15,