化工仪表自动化ppt课件

1、 主讲人主讲人: 李鹰李鹰营口职业技术学院环化系营口职业技术学院环化系化工仪表及自动化化工仪表及自动化第九章第九章 根本控制规律根本控制规律 v位式控制位式控制v双位控制双位控制v具有中间区的双位控具有中间区的双位控制制v多位控制多位控制v比例控制比例控制v比例控制规律及其特比例控制规律及其特点点v比例度及其对控制过比例度及其对控制过程的影响程的影响1目录：目录：v积分控制积分控制v积分控制规律及其特点积分控制规律及其特点v比例积分控制规律与积分时比例积分控制规律与积分时间间v积分时间对系统过渡过程的积分时间对系统过渡过程的影响影响v微分控制微分控制v微分控制规律及其特点微分控制规律及其特点v

2、实践的微分控制规律及微分实践的微分控制规律及微分时间时间v比例微分控制系统的过渡过比例微分控制系统的过渡过程程v比例积分微分控制比例积分微分控制概论概论3控制器的控制规律是指 控制器的输出信号与输入信号之间的关系。 xzeefp即 经常是假定控制器的输入信号经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后来研讨控制器的输出是一个阶跃信号，然后来研讨控制器的输出信号信号p随时间的变化规律。随时间的变化规律。 概论概论 位式控制其中以双位控制比较常用、比例控制位式控制其中以双位控制比较常用、比例控制P P、积、积分控制分控制I I、微分控制、微分控制D D。 4第一节第一节 位式控制位式控制一、双

3、位控制500,)0(0,minmaxeepeepp或或理想的双位控制器其输出p与输入偏向额e之间的关系为图9-1 理想双位控制特性图9-2 双位控制例如第一节第一节 位式控制位式控制6 将上图中的丈量安装及继电器线路稍加改动，便可成为一个具有中间区的双位控制器，见以下图。由于设置了中间区，当偏向在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延伸了控制器中运动部件的运用寿命。 图9-3 实践的双位控制规律二、具有中间区的双位控制二、具有中间区的双位控制图9-4 具有中间区的双位控制过程第一节第一节 位式控制位式控制双位控制过程中普通采用振幅与周期作为质量目的 结论

4、结论被控变量动摇的上、下限在允许范围内，使周期长些比较有利。 双位控制器构造简单、本钱较低、易于实现，因此运用很普遍。7第一节第一节 位式控制位式控制三、多位控制 对系统的控制效果较好，但会使控制安装的复杂程度添加。图9-5 三位控制器特性图8第二节第二节 比例控制比例控制9 在双位控制系统中，被控变量不可防止地会产生继续的等幅振荡过程，为了防止在双位控制系统中，被控变量不可防止地会产生继续的等幅振荡过程，为了防止这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏向成比例，根据偏向的大小，控制阀可这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏向成比例，根据偏向的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有能够

5、获得与对象负荷相顺应的支配变量，从而使被控变量以处于不同的位置，这样就有能够获得与对象负荷相顺应的支配变量，从而使被控变量趋于稳定，到达平衡形状。趋于稳定，到达平衡形状。 图9-6 水槽液位控制第二节第二节 比例控制比例控制eKpC9-410 一、比例控制规律及其特点比例控制器KCep图9-7 比例控制器图9-8 简单比例控制系统表示图比例控制器实践上是一个放大倍数可调的放大量比例控制器实践上是一个放大倍数可调的放大量第二节第二节 比例控制比例控制pbeaeKeabpC9-511第二节第二节 比例控制比例控制12%100/minmaxminmaxpppxxe9-7 二、比例度及其对控制过程的影

6、响二、比例度及其对控制过程的影响第二节第二节 比例控制比例控制举例一只比例作用的电动温度控制器,它的量程是 100200,电动控制器的输出是010mA ,假设当指示值从140变化到160时,相应的控制器输出从3mA变化到8mA ,这时的比例度为为 %40%100010/38100200/14016013第二节第二节 比例控制比例控制 当温度变化全量程的40%时,控制器的输出从0mA变化到10mA。在这个范围内,温度的变化和控制器的输出变化p是成比例的。但是当温度变化超越全量程的40%时 (在上例中即温度变化超越40时) ,控制器的输出就不能再跟着变化了。 这是由于控制器的输出最多只能变化100

7、%。所以,比例度实践上就是使控制器输出变化全范围时,输入偏向改动量占满量程的百分数。 14第二节第二节 比例控制比例控制15图9-9 比例度与输入输出的关系%100)(1minmaxminmaxxxppKC即9-8%100)(minmaxminmaxxxpppe将式9-7改写后得minmaxminmaxxxppK 对于一只详细的比例控制器，仪表的量程和控制器的输出范围都是固定的,令9-9第二节第二节 比例控制比例控制对一只控制器来说， K是一个固定常数。%100CKK将式 (9-9)代入式 (9-8) ，得9-10epKC而 KC值与值都可以用来表示比例控制造用的强弱。%1001CK在单元组合

8、式仪表中9-1116第二节第二节 比例控制比例控制17左以下图为简单水槽的比例控制系统的过渡过程。左以下图为简单水槽的比例控制系统的过渡过程。图9-10 简单水槽的比例控制过程液位开场下降液位开场下降作用在控制阀上的信号作用在控制阀上的信号进水量添加进水量添加偏向的变化曲线偏向的变化曲线图9-11 比例度对过渡过程的影响在在t=t0t=t0时，系统外时，系统外加一个干扰作用加一个干扰作用第二节第二节 比例控制比例控制 假设对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反响快些，从而过渡过程曲线的外形较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。 结

9、论结论18第三节第三节 积分控制积分控制一、积分控制规律及其特点19 当对控制质量有更高要求时，就需求在比例控制的根底上，再加上能消除余差的积分控制造用。 edtKpI 积分控制造用的输出变化量p与输入偏向e的积分成正比，即 9-12图9-12 积分控制规律对式 (9-12)微分,可得eKdtpdI9-14AtKedtKpII当输入偏向是常数A时9-13第三节第三节 积分控制积分控制20第三节第三节 积分控制积分控制图9-13 液位控制系统图9-14 积分控制过程21第三节第三节 积分控制积分控制 二、比例积分控制规律与积分时间二、比例积分控制规律与积分时间比例积分控制规律可用下式表示 edt

10、KeKpIC9-15图9-15 比例积分控制规律22第三节第三节 积分控制积分控制23IKT1由于9-16那么edtTeKpIC19-17AtTKAKpppICCIP假设偏向是幅值为A的阶跃干扰9-18PCCCIPpAKAKAKppp2在时间t = TI时，有9-19第三节第三节 积分控制积分控制三、积分时间对系统过渡过程的影响图9-16 积分时间对过渡过程的影响 当缩短积分时间当缩短积分时间, ,加强积加强积分控制造用时分控制造用时, ,一方面抑制余一方面抑制余差的才干添加。另一方面会差的才干添加。另一方面会使过程振荡加剧使过程振荡加剧, ,稳定性降低。稳定性降低。积分时间越短积分时间越短,

11、 ,振荡倾向越剧振荡倾向越剧烈烈, ,甚至会成为不稳定的发散甚至会成为不稳定的发散振荡。振荡。 24第四节第四节 微分控制微分控制比例积分控制器对于多数系统都可采用，比例度和积分时间两个参数均可调整。 当对象滞后很大时，能够控制时间较长、最大偏向也较大； 负荷变化过于猛烈时，由于积分动作缓慢，使控制造用不及时，此时可添加微分作用。 25第四节第四节 微分控制微分控制一、微分控制规律及其特点26图9-17 微分控制的动态特性dtdeTpD9-20第四节第四节 微分控制微分控制二、实践的微分控制规律及微分时间二、实践的微分控制规律及微分时间 实践微分控制规律是由两部分组成：比例作用与近似微分作用，

12、其比例度是固定不变的，恒等于100%，所以以为：实践的微分控制器是一个比例度为 100%的比例微分控制器。 27第四节第四节 微分控制微分控制图9-18 实践微分器输出变化曲线tTKDDPDDeKAAppp1当输入是一幅值为 A的阶跃信号时(9-21)可见，t =0时, p=KDA；t =时,p =A。 微分控制器在阶跃信号的作用下,输出p一开场就立刻升高到输入幅值A的KD倍,然后再逐渐下降,到最后就只需比例作用A了。 微分放大倍数KD决议了微分控制器在阶跃作用瞬间的最大输出幅度。 28第四节第四节 微分控制微分控制 微分时间TD是表征微分作用强弱的一个重要参数，它决议了微分作用的衰减快慢，且

13、它是可以调整的。tTKDDDDeKAp1(9-22)在t = T时,整个微分控制器的输出为1368. 0DTKAAp(9-25)1368. 011DDDKAeKApDDKTT 假定那么(9-23)(9-24)29第四节第四节 微分控制微分控制 三、比例微分控制系统的过渡过程三、比例微分控制系统的过渡过程dtdeTeKpppDCDP当比例作用和微分作用结合时,构成比例微分控制规律9-27 比例微分控制器的输出比例微分控制器的输出pp等于比例作用的输出等于比例作用的输出pPpP与微分作用的输出与微分作用的输出pDpD之和。改动比例度之和。改动比例度( (或或KC)KC)和微分时间和微分时间 TD

14、TD分别可以改动比例作用的强弱和微分作分别可以改动比例作用的强弱和微分作用的强弱。用的强弱。 阐明：阐明：30第四节第四节 微分控制微分控制图9-19 微分时间对过渡过程的影响 微分作器具有抑制振荡的效果，可以提高系统的稳定性,减少被控变量的动摇幅度,并降低余差。微分作用也不能加得过大。 微分控制具有“超前控制造用。 31第四节第四节 微分控制微分控制四、比例积分微分控制 同时具有比例、积分、微分三种控制造用的控制器称为比例积分微分控制器。dtdeTedtTeKppppDICDIP19-2832第四节第四节 微分控制微分控制图9-20 PID控制器输出特性 比例度、积分时间 TI和微分时间 T

15、D。三个可调参数适用场所 对象滞后较大、负荷变化较快、不允许有余差的情况。 控制规律 比例控制、积分控制、微分控制。33例题分析例题分析 1.目前目前,在化工消费过程中的自动控制系统在化工消费过程中的自动控制系统,常用控制器的控制规律有位式控制、比例控制、常用控制器的控制规律有位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。试综述它们的特点及运用场所。比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。试综述它们的特点及运用场所。abcd34控制规律输入e与输出p(或p)的关系式阶跃作用下的响应（阶跃幅值为A）优缺点适用场合位式P=pmax(e0)P=pmin(e0)结构简单 ;价

16、格便宜 ;控制质量不高 ;被控变量会振荡 对象容量大 ,负荷变化小 ,控制质量要求不高 ,允许等幅振荡 比例（P）p=KCe(a)图结构简单 ;控制及时 ;参数整定方便 ;控制结果有余差 对象容量大 ,负荷变化不大、纯滞后小 ,允许有余差存在 ,例如一些塔釜液位、贮槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽压力控制系统等 比例积分PI式(9-11)(b)图能消除余差 ;积分作用控制缓慢 ;会使系统稳定性变差 对象滞后较大 ,负荷变化较大 ,但变化缓慢 ,要求控制结果无余差。此种规律广泛应用于压力、流量、液位和那些没有大的时间滞后的具体对象 35控制规律输入e与输出p(或p)的关系式阶跃作用下的响应（阶跃幅

17、值为A）优缺点适用场合比例微分PD式(9-27)(c)图响应快、偏差小、能增加系统稳定性;有超前控制作用,可以克服对象的惯性;控制结果有余差对象滞后大,负荷变化不大,被控变量变化不频繁,控制结果允许有余差存在 比例积分微分PID式(9-28)(d)图控制质量高;无余差;参数整定较麻烦 对象滞后大;负荷变化较大,但不甚频繁;对控制质量要求高。例如精馏塔、反应器、加热炉等温度控制系统及某些成分控制系统 36例题分析例题分析edtTeKpIC1(9-11)dtdeTeKpDC9-27dtdeTedtTeKpDIC19-2837例题分析例题分析 2.对一台比例积分控制器作开环实验。知KC=2，TI= 0.5min。假设输入偏向如图9-21所示,试画出该控制器的输出信号变化曲线。图9-21 输入偏向信号变化曲线38例题分析例题分析edtTeKpIC1eKpCp 将输出分为比例和积分两部分,分别画出后再叠加就得到PI控制器的输出波形。比例部分的输