化工仪表格与自动化9-1(控制系统规律)

1、word化工仪表与自动化教案课题第九章根本控制规律1授课教师授课日期授课班级课时2学时课程类型新课教学方法教学设备过程控制室教学目标知识与技能1.2.熟悉控制规律特点对控制系统的影响掌握控制不同规律对控制系统的影响过程与方法实训基地、讲解、多媒体展示。情感与态度创设问题情境，激发学生探索，求知欲望，使学生积极观察、分析，主动参与，强化学生主体地位。教学重点1.2.控制规律特点控制/、同规律对控制系统的影响教学难点1.2.控制规律特点控制/、同规律对控制系统的影响重、难点解决措施教学过程教师活动学生活动时间分配教学步骤教学容液位的比一.实训设备观摩25分种例控制操作上h甫巨变操作二.实训步骤1

2、.手动控制液位至稳定值2 .给一适宜比例度，自动控制，观察曲线3 .重复以上过程，改变比例度，观察曲线理论教学讲解重点：控制规律概念概论1 .控制规律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即pfeezx在研究控制器的控制规律时经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。2 .控制器的根本控制规律位:式控制其中以双位控制比拟常用、50分钟6 / 23比例控制P听课积分控制I微分控制D第一节位式控制、双位控制理想的双位控制器具输出p与输入偏差额e之间的关系重点：双位控制控制器输出只有最大值和最小值pmax ,e 0（或 e 0）Pmi

3、n , e 。或 e 0图9-1理想双位控制特性图9-2双位控制示例二、具有中间区的双位控制将上图中的测量装置与继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器，见如下图。由于设置了中间区，当偏差在中间区变化时，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，延长了控制器中运动部件的使用寿命。关结论:双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标，被控变量波动的上、下限在允许围，使周期长些比拟有利。双位控制器结构简单、本钱较低、易于实现，因而应用很普遍。三、多位控制对系统的控制效果较好，但会使控制装置的复杂程度增加。I cm/图9-5三位控制器特性图第二节比例控制在双位控制系统

4、中，被控变量不可防止地会产生持续的等幅振荡过程，为了防止这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平图9-6水槽液位控制、比例控制规律与其特点pKce9-4一J比例捽制器A户，Ac图9-7比例控制器重点：比例控制规律比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量图9-8简单比例控制系统示意图如上图，根据相似三角形原理abeP所以，对于具有比例控制的控制器bpeKCe9-5a二、比例度与其对控制过程的影响1 .比例度1比例度是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的

5、百分数。e/P100%9-7xmaxxminpmaxpminword2例一只比例作用的电动温度控制器，它的量程是100200C,电动控制器的输出是010mA，假设当指示值从140c变化到160c时,相应的控制器输出从3mA变化到8mA,这时的比例度为40%160140/200100100%83/100说明当温度变化全量程的40%时，控制器的输出从0mA变化到10mA。在这个围，温度的变化和控制器的输出变化Ap是成比例的。但是当温度变化超过全量程的40%时(在上例中即温度变化超过40c时)，控制器的输出就不能再跟着变化了。这是因为控制器的输出最多只能变化100%。所以,比例度实际上就是使控制器输

6、出变化全围时，输入偏差重点：什么是比例度改变量占满量程的百分数。36与KC关系将式9-7改写后得且(-pmaxpmn)100%即pxmaxxmin(PmaxPmin)100%9-8KCxmaxxmin对于一只具体的比例控制器，仪表的量程和控制器的输出围都是固定的，令KPmaxPmin9-9xmaxxminword图9-9比例度与输入输出的关系对一只控制器来说，K是一个固定常数。一K一一一、将式（9-9）代入式（9-8），得一100%9-10Kc而Kc-pKC值与6值都可以用来表示比例控制作e用的强弱。1,、4在单兀组合式仪表中100%9-11Kc2.比例控制系统的过渡过程与余差左如下图为简单水

7、槽的比例控制系统的过渡过程。（1）比例控制特点e=0,Ap=0。拄制阀/、动作;6越小，Ap4fc控制作用强。2比例控制是有余差的，具原因是：假设e=0,Ap=0。控制阀无动作。要使控制器有输出。偏差一定不为零。重点：比 例控制是有 差控制重点：比 例度对过 渡过程的 影响重点：比 例控制适 用场合液位开始下降作用在控加b的信号进水量增加偏差的变化在线在匕与时，系统外力扰作用图9-10简单水槽的比例控制过程3.比例度对过渡过程的影响比例度对过渡过程影响如图9-11所示图9-11比例度对过渡过程的影响比例度对余差的影响是：比例度越小，余差越小；比例度对过渡过程的影响是：比例度越大，过渡过程曲线越

8、平稳；比例度越小，过渡过程越振荡。所以一般要求衰减比为:4:110:1之间的过渡过程为佳。比例控制优缺点：优点：反响快，控制与时缺点：存在余差结论假设对象的滞后较小、时间常数较大以与放大倍数较小时，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形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。互动教学总结提问1 .什么是双位控制2 .什么是比例控制3 .比例控制对过渡过程的影响回答10分种布置作业作业P1431、2、4、5、6、7、85分钟化工仪表与自动化教案课题第九章根本控制规律2授课教师授课日期授课班级课时2学时课程类型新课教学方法教学设备过程控制室教学目标识技知

9、与能1.熟悉控制规律特点对控制系统的影响2.掌握控制不同规律对控制系统的影响过程与方法讲解、多媒体展示。情感与态度创设问题情境，激发学生探索，求知欲望，使学生积极观察、分析，主动参与，强化学生主体地位。教学重点1.控制规律特点2.控制/、同规律对控制系统的影响教学难点1 .控制规律特点2 .控制/、同规律对控制系统的影响重、难点解决措施教学过程教师活动学生活动时间分配教学步骤教学容理论教学讲解重点：积分规律第二节积分控制一、积分控制规律与其特点对控制质量有更图要求时，就需要在比例控制的根底上，再加上能消除余差的积分控制作用。1 .积分控制出变化里Ap与轴入偏差e的积分成正比，即1 一一、ped

10、t9-12Ti1t,、当输入偏差是常数A时pedt=A9-13TiTi听课75分钟J1AM1r重点：积图9-12积分控制规律2.积分控制特点积分控制规律特点：1e<>0时，p变化，E=0时，p/、变化，保持。注意：积分控制作用输出信号的大小不仅取决于偏差信号的大小，而且主要取决于偏差存在的时间长短。24 / 23分控制特3.积分控制过程点如下图是一液位控制系统，控制器具有积分控制规律，其在阶跃干扰下的控制过程如图9-14。图9-14积分控制过程二、比例积分控制规律与积分时间1 .比例积分控制规律可用下式表示pKceKiedt9-152 .积分时间求法输入为阶跃信号，幅度为Ao积分时

11、间与比例度求法如图图9-15比例积分控制规律当有输入A时，记下控制器输出：KcA;当输出为KcA2KcA经过时间为Ti,重点：积分时间求法一，1一、理由：T一9-16Ki，一_1如此pKceedt9-17TiKcppPpIKcAAt9-18Ti在时间t=Ti时，有ppppiKcAKcAKcA2pp三、积分时间对系统过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响具有两重性当缩短积分时间Ti,积分控制作用加强。后果是：1克制余差的能力增加。2会使过程振荡加剧，稳定性降低。注：积分时间越短振荡倾向越强烈，甚至会成为不稳重点：积 分时间对 过渡过程 的影响图9-16积分时间对过渡过程的影响第四节微分控制比例积

12、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，可能控制时间较长、最大偏差也较大；负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作用不与时，此时可增加微分作用。一、微分控制规律与其特点具有微分控制规律的控制器pTD9-20dta微分输入b理想微分输出c实际微分输出图9-17微分控制的动态特性1微分控制特点偏差e不变，Ap=0;偏差变化，Ap与偏差变化率成正比。2优点：具有超前控制功能二、实际的微分控制规律与微分时重点：微分控制特点微分作用的特点一在偏差存在但不变化时，微分作用都没有输出。实际微分控制规律是由两局部组成：比例作用与近似微分作用，具比例度是固定不变的

13、，6包等于100%,所以认为：实际的微分控制器是一个比例度为100%的比例微分控制器。微分作用重点：求微分时间的方法图9-18实际微分器输出变化曲线当输入是一幅值为A的阶跃信号时，其微分输出最大值Kd-1A,其微分输出慢慢下降。经过T时,下降为36.8%,止匕时T为微分时间Td当输入是一幅值为A的阶跃信号时KDtpPpPdAAKd1eTD(9-21)可见，t=0时，Ap=KDA;t=°0时,Ap=A0微分控制器在阶跃信号的作用下，输出Ap一开始就立即升高到输入幅值A的KD倍，然后再逐渐下降，到最后就只有比例作用A了。微分放大倍数KD决定了微分控制器在阶跃作用瞬间的最大输出幅度。微分时

14、间TD是表征微分作用强弱的一个重要参数，它决定了微分作用的衰减快慢，且它是可以调整的。KDtPdAKd1eTd(9-22)假定TTD-(9-24)Kd如止匕PdAKd1e10.368AKd1(9-23)在1=T时，整个微分控制器的输出为PtA0.368AKd1(9-25)三、比例微分控制系统的过渡过程当比例作用和微分作用结合时，构成比例微分控制重点：比例微分控制系统过渡过程规律depPpPdKceTd一9-27dt说明：比例微分控制器的输出Ap等于比例作用的输出App与微分作用的输出APd之和。改变比例度6(或KC)和微分时间Td分别可以改变比例作用的强弱和微分作用的强弱。重点：PID应用场合

15、图9-19微分时间对过渡过程的影响微分作用具有抑制振荡的效果，可以提高系统的稳定性，减少被控变量的波动幅度，并降低余差。微分作用也不能加得过大。微分控制具有“超前控制作用。四、比例积分微分控制同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为比例积分微分控制器。.1._de/、ppppiPdKceedtTd9-28TIdt三个可调参数比例度6、积分时间TI和微分时间TD。适用场合对象滞后较大、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。MJ图9-20PID控制器输出特性例题分析1.目前，在化工生产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、比例积分

16、控制、比例微分控制和比例积分微分控制。试综述它们的特点与使用场合。解：列表分析如下：解制至士曲片废描跣皆值为触上他工。莫割就瓯"喀奥E应越宣科.灼生懿踊覆大负荷划七小招燃童食跖博五：W隈蚱CP1建卧荀里丹帛上时春审姓稚神咤翱建什拿冬黄工中而守C不士胡济言小坤肓谢在，醐*、注彳吊山冷轴班舱震龌血融磁等比怛蚓PItd-Lb艇静除草根饰戳制空咚.班系我垃5Tt馨渊i诟较大国有孰较大，期C舞新佛斯题遮呼孤直胴短力隹猫航史燮会的情嘘的具喇蒙比利册田式阳可:用硒.藤小.和部福就治用提前蝴作乱孤党皖豁息隹型情臬由亲至对翻献轲砌匕布丸般变量变怀瓶端昉闫木相a出自积分前号F1D式通调飕棹制解嬴琮春遍罚

17、萧丽呻?后大贞蔽Y段大理市朝鬟.Jins丽，励情醐，就触陋亦等湛归.码好/卜嬲耨1pKceedt(9-11)Tide一一一、pKceTd9-27dtKce1一edtTiTdeDdt9-282.对一台比例积分控制器作开环试验。KC=2,TI=0.5min。假设输入偏差如图9-21所示，试画出该控制器的输出信号变化曲线图9-21输入偏差信号变化曲线当Kc=2时,输出波形如图9-22(a)所示。解：对于PI控制器，其输入输出的关系式为.,1.pKceedtTi将输出分为比例和积分两局部，分别画出后再叠加就得到PI控制器的输出波形。比例局部的输出为PpKce故ApI输出波形如图9-22(b)所示Kc积分局部的输出为PiedtTi当KC=2,TI=0.5min时