第四章基本控制规律

1、山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室通知通知: 1、请、请学号尾数为学号尾数为2、8的同学交第三章第一节第二节作的同学交第三章第一节第二节作业，其他同学将作业交课代表。业，其他同学将作业交课代表。2、交课外小设计。（每人都交）、交课外小设计。（每人都交）少交一次作业扣少交一次作业扣3分，作业不分，作业不合格扣合格扣2分，得优加分，得优加1分分,优优-加加0.5分，良好以下不加分。分，良好以下不加分。课外小设计满分为课外小设计满分为6分。分。交交作作业业喽喽！山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室第四章第四章 基本控制规律基本控制规律山东师范大学化工系仪表教

2、研室山东师范大学化工系仪表教研室n基本控制规律基本控制规律n位式控制位式控制n比例控制（比例控制（P）n积分控制（积分控制（I）n微分控制（微分控制（D）n组合式（组合式（PI、PD、PID）山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室第一节第一节 双位控制规律双位控制规律n一、双位控制一、双位控制n测量值测量值给定值（给定值（e0) 输出为最大（最输出为最大（最小）小）n测量值测量值 给定值（给定值（e0) 输出为最小（最输出为最小（最大）大）n又称开关控制又称开关控制n控制规律（理想）控制规律（理想）)0(0)0(0minmaxeepeepp山东师范大学化工系仪表教研室山东师范

3、大学化工系仪表教研室n一、双位控制一、双位控制)0(0)0(0minmaxeepeepp山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n一、双位控制一、双位控制实例：液位控制实例：液位控制电极、继电器、电磁阀电极、继电器、电磁阀HH0 断路，阀全开断路，阀全开HH0 通路，阀全闭通路，阀全闭继电器频繁动作继电器频繁动作山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n一、双位控制一、双位控制n实际的双位控制（具有中间区域）实际的双位控制（具有中间区域）HHLLyypyyyyyppminmax不变山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n一、双位控制一、双位控制

4、n控制作用控制作用等幅振荡、不能稳定在给定值等幅振荡、不能稳定在给定值振幅、周期振幅、周期n应用应用结构简单结构简单允许被控变量有一定幅度振荡允许被控变量有一定幅度振荡的场合的场合山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室第二节第二节 比例控制规比例控制规律律n二、比例控制二、比例控制n控制器输出与输入成比例控制器输出与输入成比例nKp=p/e 放大倍数（比例增放大倍数（比例增n益），有单位益），有单位n比例度比例度eKppebapepba/山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n二、比例控制二、比例控制n比例度比例度n含义：控制器输出变化满刻含义：控制器输出变

5、化满刻度时测量值变化相对量度时测量值变化相对量%1001%100)/(minmaxminmaxminmaxminmaxxxppKpppxxeP山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n二、比例控制二、比例控制n控制作用控制作用n能稳定下来，但有余差能稳定下来，但有余差n减小余差，增加减小余差，增加KP，但，但稳定性变差稳定性变差比例作用具有动作快，调节及时，但不能克服余差之特点，过渡过程结束后，被控变量不能回到给定值上来。山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室二、比例控制二、比例控制控制作用控制作用能稳定下来，但有余差能稳定下来，但有余差减小余差，增加减小余差

6、，增加KP，但稳定性变差，但稳定性变差对象滞后对象滞后较小、时间常数较小、时间常数T较大及较大及放大倍数放大倍数K较小时，取较小比例度较小时，取较小比例度；反之，取较大比例度反之，取较大比例度，求稳定，求稳定山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n第三节、积分控制规律第三节、积分控制规律n控制器输出控制器输出P与输入与输入e的积分成正比的积分成正比nKI：代表积分速度：代表积分速度n当输入是常数当输入是常数A时时edtKpIAtKpI山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n三、积分控制三、积分控制n控制作用控制作用n能消除余差，但控制作用随时间积累能消除余差

7、，但控制作用随时间积累增强，控制动作缓慢增强，控制动作缓慢n比例积分控制：控制即及时，又能消比例积分控制：控制即及时，又能消除余差除余差山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n三、积分控制三、积分控制n比例积分控制比例积分控制 TI：积分时间：积分时间n当偏差为阶跃当偏差为阶跃A变化时变化时)1()(edtTeKedtKeKpIpIpIpIppPPAtTKAKp山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n三、积分控制三、积分控制n比例积分控制比例积分控制n当当Pp=PI时时 t=TInTI的含义：当积分作用与比例作用的含义：当积分作用与比例作用相同时，所经历的时

8、间相同时，所经历的时间IpIppPPAtTKAKp山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n三、积分控制三、积分控制n比例积分控制比例积分控制n积分时间积分时间TI越小，积分作用越强越小，积分作用越强nTI过大，余差消除慢，（过大，余差消除慢，（ Ti无穷无穷大时，纯比例）大时，纯比例）nTI过小，引起不稳定过小，引起不稳定n可加入微分作用（滞后大；变化可加入微分作用（滞后大；变化大，提前控制）大，提前控制）山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室第四节第四节 微分控制规律微分控制规律n控制器输出控制器输出P与输入与输入e的微分（变的微分（变化速度）成正比化速度

9、）成正比nTD：微分时间：微分时间n当当e为阶跃变化时，为阶跃变化时，Pt0=，Pt=0 ，e较小时也能进行干预，与偏差大小无较小时也能进行干预，与偏差大小无关不能单独使用。关不能单独使用。dtdeTpD山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室比例微分控制比例微分控制n当当e=mt变化时变化时n当当PP=PD时时 t=TDnTD含义：含义： 超前控制超前控制)(dtdeTeKpDpDpDppppmTKmtKpTDemtpDpPTDp山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n比例微分控制比例微分控制nTD大，微分作用强，大，微分作用强，但过大会引起振荡，过但过大会

10、引起振荡，过小作用弱，小作用弱，=0，纯比例，纯比例)(dtdeTeKpDp山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n比例积分微分控制比例积分微分控制n阶跃输入阶跃输入n作用：既快速调节，又消除余差作用：既快速调节，又消除余差)1(dtdeTedtTeKpDIp山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室三、型控制器的功能实现一、型控制器的功能 DDZ-型控制器型控制器二、型控制器的构成山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室指示单元：指示单元：测量信号测量信号Vi指示电路及显示表指示电路及显示表 : 显示显示 Vi的大小的大小 给定信号给定信号Vs

11、指示电路及显示表指示电路及显示表: 显示显示Vs的大小的大小控制单元：控制单元：输入电路：偏差运算、电平移动输入电路：偏差运算、电平移动 V01= 2(Vi -Vs) PD电路：对电路：对V01进行进行PD运算运算 PI电路：对电路：对V02信号进行信号进行PI运算运算 输出电路输出电路:电压电压V03电流电流I0的转换、电平移动的转换、电平移动附加：附加：内给定电路内给定电路:提供提供Vs内内 软手操电路软手操电路:提供提供VR 硬手操电路硬手操电路:提供提供VH控制器有四种工作状态：控制器有四种工作状态：A、M、H、保持特性：、保持特性：一、一、型控制器的功能型控制器的功能山东师范大学化工

12、系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室测量指示电路%Vi%Vs输入电路比例微分电路比例积分电路输出电路给定电路软手操电路电路硬手操电路电路MHHViVH1 5 VV01V02V03MAI04 20 mA4 20 mA1 5 V给定指示电路输出指示-测量指示给定指示%I0VsK1ISVRVS内内VS外外内给定外给定A：自动控制K5软手操硬手操指示单元控制单元附加电路附加电路:手动遥控手动遥控测量输入外给定输入输出电流给定信号3 V DC测量标定K6主电路: PID运算运算PD运算PI运算二、二、型控制器的构成型控制器的构成山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室1.作用：作用：

13、(1)将将Vi与与Vs进行减运算，并放大进行减运算，并放大2倍，倍， V01=-2（Vi-Vs） (2)进行电平移动进行电平移动 (3)消除引线电阻上压降的影响消除引线电阻上压降的影响2.为什么要进行电平移动为什么要进行电平移动 为了使运放器为了使运放器IC1工作在允许的共模输入电压范围之内。工作在允许的共模输入电压范围之内。3.为什么要采用差动输入电路为什么要采用差动输入电路 为了消除集中供电引线电阻压降引入的误差为了消除集中供电引线电阻压降引入的误差4.输入电路的特性：输入电路的特性：V01= 2(Vi -Vs) = KP(Vi -Vs) = KPe KP= -2 （一）输入电路（一）输入

14、电路山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室 DDZ DDZ型控制器有型控制器有自动自动(A)(A)、软手动软手动(M)(M)、硬手动硬手动(H)(H)和保和保持持四种工作状态，并通过联动开关进行切换。四种工作状态，并通过联动开关进行切换。 在自动运行方式下，是以控制器的输出指挥执行器，因而在自动运行方式下，是以控制器的输出指挥执行器，因而执行器输出轴的位移同控制器的输出电流是相对应的。一般执执行器输出轴的位移同控制器的输出电流是相对应的。一般执行器输出轴的转角从行器输出轴的转角从0%0%到到100%100%变化时，所对应的控制器输出变化时，所对应的控制器输出电流为电流为4 4

15、20mADC20mADC。 只要被控量的偏差为零时就可以从手动切换为自动。只要被控量的偏差为零时就可以从手动切换为自动。 在自动运行时，控制器的手动输出信号，一般都不能自动在自动运行时，控制器的手动输出信号，一般都不能自动地跟踪自动输出信号，因此，由自动切换到手动前，必须将手地跟踪自动输出信号，因此，由自动切换到手动前，必须将手操拨盘的刻度拨到与自动输出信号相对应的值上，然后由自动操拨盘的刻度拨到与自动输出信号相对应的值上，然后由自动切换到手动，方能达到无扰动切换。切换到手动，方能达到无扰动切换。控制器的运行方式控制器的运行方式一、自动运行方式一、自动运行方式山东师范大学化工系仪表教研室山东师

16、范大学化工系仪表教研室 控制器的手动操作功能是必不可少的。在自动控制系统投入控制器的手动操作功能是必不可少的。在自动控制系统投入运行时，往往先进行手动操作，来改变控制器的输出信号，待运行时，往往先进行手动操作，来改变控制器的输出信号，待系统基本稳定后再切换至自动运行。系统出现某种故障、设备系统基本稳定后再切换至自动运行。系统出现某种故障、设备启停或控制器的自动部分失灵，也必须切换到手动操作。启停或控制器的自动部分失灵，也必须切换到手动操作。二、手动运行方式二、手动运行方式3.3 基型控制器的运行方式基型控制器的运行方式山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室(1)软手动操作电路

17、软手动操作电路 当切换开关当切换开关K K1 1，置于，置于“M”M”位置位置时，为软手动操作状态，又称速度时，为软手动操作状态，又称速度式手操，是指控制器的输出电流随式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成积分关系而变化。手动输入电压成积分关系而变化。 (2)硬手动操作电路硬手动操作电路 当切换开关当切换开关K K1 1，置于，置于“”位置位置时，为硬手动操作状态，又称比例式时，为硬手动操作状态，又称比例式手操，是指控制器的输出电流随手动手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成比例关系而变化。输入电压成比例关系而变化。 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室三、手动自

18、动无扰动切换三、手动自动无扰动切换(1)(1)无平衡无扰动切换无平衡无扰动切换 所谓无平衡切换，是指在自动、手动切换时，不需要事所谓无平衡切换，是指在自动、手动切换时，不需要事先调平衡，可以随时切换至所需要位置。所谓无扰动切换先调平衡，可以随时切换至所需要位置。所谓无扰动切换是指在切换时控制器的输出不发生变化，对生产过程无扰是指在切换时控制器的输出不发生变化，对生产过程无扰动。动。 型控制器由自动或硬手动向软手动的切换以及由软型控制器由自动或硬手动向软手动的切换以及由软手动或硬手动向自动的切换均为无平衡无扰动的切换方式。手动或硬手动向自动的切换均为无平衡无扰动的切换方式。(2)(2)有平衡无扰动的切换有平衡无扰动的切换 凡是向硬手动方向的切换，从自动到硬手动或从软手凡是向硬手动方向的切换，从自动到硬手动或从软手动到硬手动，均为有平衡的无扰动切换。即要做到无扰动动到硬手动，均为有平衡的无扰动切换。即要做到无扰动切换，必须事先平衡。切换，必须事先平衡。 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室n自动(A)软手动(M) n硬手动(H) 软手动(M) 为无平衡无扰动切换为无平衡无扰动切换A3处于保持工作状态，处于保持工作状态，U03保持不变保持不变 n软手动软手动自动自动n硬手动硬手动 自动自动 为无平衡无扰动切换为无平衡无扰动切换