过程控制系统参数

1、过程控制系统运行与维护过程控制系统运行与维护四川工程职业技术学院四川工程职业技术学院 电气化教研室电气化教研室第二章第二章液位控制系统液位控制系统 2-2 2-2 过程控制系统参数过程控制系统参数2-1 2-1 调节规律调节规律2-2 2-2 比例比例P P控制控制2-3 2-3 积分积分I I控制控制2-4 2-4 微分微分D D控制控制2-5 PID2-5 PID控制控制2-1 调节规律调节规律1 1、调节器的控制规律、调节器的控制规律 控制规律是指控制器的输出信号与控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。在输入偏差信号随时间变化的规律。在单回路定值控制系统中，由于扰动

2、作单回路定值控制系统中，由于扰动作用的存在，会使被控变量对给定值产用的存在，会使被控变量对给定值产生偏差，此偏差数值上等于被控变量生偏差，此偏差数值上等于被控变量给定值与测量值之差。即：给定值与测量值之差。即：iXXoe 式中式中ee偏差偏差 X X0 0被控变量的给定值被控变量的给定值 X Xi i被控变量的测量值被控变量的测量值2、偏差、偏差正作用调节器正作用调节器：e 0e 0， u 0u 0反作用调节器反作用调节器：e 0e 0， u 0u 0 u- u-调节器输出信号变化量调节器输出信号变化量 调节器的输出信号是相对于调节器输调节器的输出信号是相对于调节器输入信号入信号e e的输出的

3、变化量的输出的变化量uu。如果输入。如果输入e e与输出与输出uu的变化方向相同，则称调节器的变化方向相同，则称调节器为正作用调节器；为正作用调节器； 如果输入如果输入e e与输出与输出uu变化方向相反，变化方向相反，则称调节器为反作用调节器。则称调节器为反作用调节器。U:U:为控制器的输出为控制器的输出 e :e :输入（偏差）输入（偏差） K KP:P:为比例增益，表示为比例增益，表示比例控制作比例控制作用的强弱程度。用的强弱程度。 2-2 比例比例P控制控制比例控制的输出与输入的关系为比例控制的输出与输入的关系为uKP eKpAAT0T000eutt比例控制输入输出曲线比例控制输入输出曲

4、线比例控制最大的比例控制最大的优点优点： 及时、迅速及时、迅速。控制器的输出。控制器的输出与输入成正比，只要与输入成正比，只要有偏差存在，有偏差存在，控制器输出与偏差成比例地变化控制器输出与偏差成比例地变化。比例控制的比例控制的缺点缺点： 在负荷变化时在负荷变化时有余差有余差。 通常习惯用比例增益的倒数即比例通常习惯用比例增益的倒数即比例度表示控制器的输入与输出之间的比度表示控制器的输入与输出之间的比例关系以及比例作用的强弱。比例度例关系以及比例作用的强弱。比例度可表示为可表示为=1/K=1/KP P 越大，比例控制作用越弱，越大，比例控制作用越弱，越小，比例控制作用越强。越小，比例控制作用越

5、强。比比例例度度的的影影响响比例度的选择原则比例度的选择原则: : 若对象的滞后较若对象的滞后较小，时间常数较大以小，时间常数较大以及放大倍数较小，那及放大倍数较小，那么可以选择小的比例么可以选择小的比例度来提高系统的灵敏度来提高系统的灵敏度，从而使过渡过程度，从而使过渡过程曲线的形状较好。反曲线的形状较好。反之，为保证系统的稳之，为保证系统的稳定性，就要选择大的定性，就要选择大的比例度来保证稳定比例度来保证稳定。 AtKdteKuItI01、积分、积分I控制：控制：调节器的输出变化量调节器的输出变化量与输入偏差量的积分成正比。与输入偏差量的积分成正比。2-3 积分积分I控制控制K KI I：

6、调节器的积分速度：调节器的积分速度表示积分速度的大小和积分作用的强弱表示积分速度的大小和积分作用的强弱。优点：优点：积分控制可以积分控制可以消除余差消除余差缺点：缺点：输出变化滞后于偏差的变输出变化滞后于偏差的变 化，开始变化小，随着时间增加，化，开始变化小，随着时间增加，变化才逐渐增强。变化才逐渐增强。(时间长、有滞后时间长、有滞后)积分控制积分控制2 2、PIPI控制控制 在阶跃信号作用下（幅值为在阶跃信号作用下（幅值为A)A)ATtKAKATtKuIPPIP)1 (PIPI输出响应由比例和积分两部分组成输出响应由比例和积分两部分组成 )1e (K0PdteTutI当当 t=Tt=TI I

7、 u= 2Ku= 2KP PA A由此可确定积分常数由此可确定积分常数T TI I 。积分时间积分时间T TI I的物理意义的物理意义：在阶跃信号在阶跃信号作用下，调节器输出变化达到比例输作用下，调节器输出变化达到比例输出变化量两倍时所经过的时间。出变化量两倍时所经过的时间。 积分时间越大，积分时间越大，积分作用越小积分作用越小积积分分时时间间的的影影响响左图表示在同样比例度下左图表示在同样比例度下积分时间对过渡过程的影积分时间对过渡过程的影响。由图中曲线可以看响。由图中曲线可以看出，出，TITI过大时积分作用不过大时积分作用不明显，余差消除地也慢，明显，余差消除地也慢，从图中曲线、可以看从图

8、中曲线、可以看出，出，TITI较小时易于消除余较小时易于消除余差，但系统的振荡加剧。差，但系统的振荡加剧。相比之下，曲线就比较相比之下，曲线就比较理想。理想。 1 1、 D控制控制dtdeTuD2-4 微分微分D控制控制微分控制规律是调节器的输出与微分控制规律是调节器的输出与输入偏差的变化速度成正比。输入偏差的变化速度成正比。微分时间微分时间微分时间越大，微分时间越大，微分作用越强。微分作用越强。 微分控制微分控制优点优点：提前控制，有助于稳定提前控制，有助于稳定缺点缺点：有余差有余差)(dtdeTeKuDP2 2、PDPD控制控制微微分分时时间间的的影影响响PDPD控制优点控制优点：能：能提

9、高系统的响应速度提高系统的响应速度，同时改善过程，同时改善过程的动态品质，抑制过渡过程的最大动态偏差，有助于的动态品质，抑制过渡过程的最大动态偏差，有助于提提高系统的稳定性。高系统的稳定性。PDPD控制缺点控制缺点： 一般只适应于时间常数较大或多容过程的调节控制，一般只适应于时间常数较大或多容过程的调节控制，而不适用于流量、压力等一些变化剧烈的过程。其次，而不适用于流量、压力等一些变化剧烈的过程。其次，当微分作用太强时会导致系统中的控制阀频繁开启，容当微分作用太强时会导致系统中的控制阀频繁开启，容易造成系统振荡。易造成系统振荡。适应场合较少适应场合较少。PDPD控制：控制：比例为主，微分为辅。

10、比例为主，微分为辅。 eKuP比例作用（比例作用（P P） )1(0edtTeKutIP比例积分作用（比例积分作用（PIPI） )(dtdeTeKuDP比例微分作用（比例微分作用（PDPD） )1(0dtdeTedtTeKuDtIP比例积分微分作用（比例积分微分作用（PIDPID）K KP P控制器的比例增益；控制器的比例增益； T TI I控制器的积分时间；控制器的积分时间； T TD D控制器的微分时间控制器的微分时间； 2-5 PID控制控制PIDPID控制控制 优点：优点：比例控制的比例控制的反应快反应快、积分控制的、积分控制的消除余差消除余差功能和微分控制的功能和微分控制的提前控制提

11、前控制，从，从控制效果看，是比较理想的一种控制规律。控制效果看，是比较理想的一种控制规律。阶跃响应特性可以看作是阶跃响应特性可以看作是PIPI阶跃响应曲线阶跃响应曲线PDPD阶跃响应曲线的叠加。阶跃响应曲线的叠加。 缺点缺点：PIDPID三作用控制器虽然性能效果三作用控制器虽然性能效果比较理想，但并非任何情况下都可采用比较理想，但并非任何情况下都可采用PIDPID三作用控制器。因为三作用控制器。因为PIDPID三作用控制器三作用控制器需要整定比例度、积分时间和微分时间三需要整定比例度、积分时间和微分时间三个变量，而在实际工程上是个变量，而在实际工程上是很难将这三个很难将这三个变量都整定到最佳值

12、。变量都整定到最佳值。PID调整口诀调整口诀参数整定找最佳，从小到大顺序查参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢，微分时间应加长动差大来波动慢，微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低理想曲线两个波，前高后低4比比1一看二调多分析，调节

13、质量不会低一看二调多分析，调节质量不会低DDZ-DDZ-型控制器型控制器 DDZ-DDZ-型型PIDPID控制器的特点：控制器的特点： 元器件以线性集成电路为主，大大提高了可靠性，降低了功耗；提高了控制器的操作性能；易于控制器功能的扩展;采用安全火花防爆措施，提高了稳定性和可靠性。同时，DDZ-型PID控制器中采用的运算放大器是高增益高输入阻抗的，因此具有较高的积分增益和良好的保持特性。 DDZ-型控制器有两个基型品种，全刻度指示控制器 偏差指示控制器 PIDPID控制器的组成原理控制器的组成原理 PID控制器组成框图 IDID控制器的特性分析控制器的特性分析 主要作用主要作用: : 对输入信

14、号和给定信号进行综合比较，获得偏差信号并进行放大，同时实现电平的移动，把以零伏为基准的输入电压转换成以10V参考电压为基准的输出电压信号。)(201siVVVVBIC1R1R6+R2R4R7R3VSViVo1R8R5FT 输入电路输入电路图中以零伏（地）为基准的测量信号Vi和给定信号VS，反相地加到运算放大器IC1的两个输入端，电路的输出是已经进行了电平移动的以VB=10V为基准的电压信号VO1。同相端：设 为理想运放， ，开环增益为Ri反相端：2VVVVVVVVVVVIII BO1iF5BBO1F3F1Fi32121310R)(21RR0对于理想运放,VVFTVVVVVVV2VVVVVBSi

15、BiSO1BO1iBS22213131VVVRRRRVVRVVRVI I IBST6336B73TS2T3213100VBIC1R1R6+R2R4R7R3VSViVo1R8R5FTIC1 IDID控制器的特性分析控制器的特性分析 RP1aR1RD断CDV02KIC21K9.1K通+V01VBVBRP1aV02IC2+VTRDCD1K9.1KV01VB 比例微分电路的作用是对输入电路的输出信号VO1进行比例微分运算。电路如图所示。将PD电路分为无源比例微分网络图和比例运算电路图两部分单独进行分析。无源比例微分网络 比例电路 微分电路构成 充电结束时， 9.1K电阻上的电压全部加到电容CD上，此时 VCD（）= VO1 并保持该值不变。 比例微分电路的输出信号VO与VT成简单的比例放大关系，因为比例系数为，所以有 VOVO1 PDPD电路电路IDID控制器的特性分析控制器的特性分析 PI电路的作用是对PD电路的输出信号VO2进行比例积分运算，然后输出以10V为基准的15V的电压信号至输出电路。为便于分析，我们把射极跟随器等包括在IC3中，则PI电路简化图.PI电路 PI电路的等效电路VB24VV02自CI1K1+I C3DWBG12.4KD3.9K软硬硬软自K2109.1KR