第三章调节器调节规律及其对过渡过程影响

第三章调节器的调节规律及对过渡过程的影响§3.1概述§3.2比例调节规律及其对控制过程的影响§3.3积分调节规律及其对过渡过程的影响§3.4微分调节规律及其对过渡过程的影响华北电力大学§3.1

概述一、自动控制系统的组成

自动控制系统如图3-1，它是由变送器、调节器、执行器和被控对象组成的闭合回路。图3-1控制系统原理框图华北电力大学二、自动控制系统的工作过程

被控参数经检测元件测量并由变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送调节器；调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u；该信号由执行器和调节阀转换后控制对象被调量的变化。当被调量偏离给定值时，调节器动作，执行机构及调节阀开度变化，调节流入量，使流入量与流出量重新平衡，而将被调量保持在给定值或在其偏差允许的范围内。华北电力大学图3-2控制系统等效原理图三、广义对象

在求取对象的动态特性时往往将调节阀开度作扰动，从变送器输出信号的变化曲线来获取。因此，在系统分析时又往往将执行器（包括调节阀）、对象及变送器称为“广义对象”。

基本的闭环控制系统由调节器和广义对象（下称对象）两部分组成，除调节阀对对象的扰动作用外，其它扰动信号综合为d。华北电力大学四、系统的传递方框图

如图3-3所示：图3-3控制系统传递方框图

图中，WT（s）为调节器的传递函数；W（s）为广义对象的传递函数；WZ（s）为扰动通道的传递函数；D（s）为扰动作用，它通过WZ（s）影响被调量C（s）；调节器的控制作用U（s）影响对象的被调量为控制通道。华北电力大学五、调节规律

调节规律是指调节器输出信号与其输入信号之间的动态关系，理论上可有各种形式的函数关系，然而在实践中总结出三种广为采用的基本调节规律。这三种基本调节规律分别是比例调节规律、积分调节规律、微分调节规律。三种调节规律的组合可设计出多种调节规律的调节器，如比例调节器、比例积分调节器、比例积分微分调节器等。华北电力大学§3.2 比例调节规律及其对控制过程影响

一、比例调节规律

指调节器输出的控制作用u（t）与其偏差输入信号e(t)之间成比例关系，即比例增益

比例调节器的传递函数：

工程中，常用比例带δ来描述其控制作用的强弱，即其物理意义是在调节机构的位移改变时，被调量应有的改变量。华北电力大学比例调节器的阶跃响应曲线如下:比例调节规律的特点：

（1）调节及时、迅速；（2）调节过程结束，被调量偏差仍存在，称为有差调节。δ对控制过程的影响华北电力大学§3.3积分调节规律及其对过渡过程的影响一、积分调节规律

积分调节规律是调节器输出控制作用u（t）与其偏差输入信号e（t）随时间的积累值成正比，即传递函数：积分时间

积分作用曲线二、特点

只要偏差存在，积分控制作用一直增加；消除稳态偏差，实现无差调节，其控制作用体现在调节过程的后期。

华北电力大学Ti对控制过程的影响

三、积分调节器的积分时间对控制过程的影响

非周期过程衰减振荡过程

等幅振荡过程

华北电力大学四、比例积分调节规律

比例积分调节规律的动态方程是：

比例增益

积分时间

传递函数为：比例积分响应曲线

华北电力大学

特点：

积分调节规律总是与比例调节规律结合成为比例积分规律，以发扬各自的特长，弥补对方的不足。比例积分调节规律要比纯积分调节规律优越得多，工程中广泛采用的是比例积分调节器。然而在比例积分调节器中，积分作用的强弱要适当，过强的积分作用可能使系统不稳定，因为积分作用旨在消除偏差，但使系统的稳定性下降。因此与采用纯比例调节器相比，比例积分调节器的比例带应适当加大，以补偿积分作用造成的稳定性下降。华北电力大学§3.4微分调节规律及其对过渡过程的影响一、微分调节规律

微分调节规律是调节器输出的控制作用与其偏差输入信号的变化速度成正比。对于定值控制系统，偏差信号的变化速度就是被调量的变化速度，即

微分时间

传递函数式为

加入微分调节作用实现超前调节，将大大改善调节过程。微分调节作用的大小仅与偏差信号的变化速度有关，而与偏差值大小无关。微分作用要与比例作用或比例积分作用相结合，形成比例微分调节规律或比例微分积分调节规律。

华北电力大学实际的微分调节规律具有惯性，传递函数为下式：微分增益

微分调节的阶跃响应

微分作用的引入使系统控制过程的稳定性和准确性都得以提高，可适当减小静态偏差，但它不能像积分作用那样消除稳态偏差。华北电力大学过渡过程曲线

曲线1由于比例调节规律具有调节及时的特点，所以调节过程时间较曲线2短，动态偏差也较曲线2小。而比例调节为有差调节。通过减小调节器的比例带可减小静态偏差，但会使系统的稳定性下降。曲线3是能消除静态偏差，实现无差调节。然而积分作用的调节不及时，又使调节过程的动态偏差加大，过渡过程时间加长（与曲线1相比），相对而言又使系统的稳定性下降。华北电力大学

曲线5是配比例积分微分调节器的控制过程。微分调节是一种超前调节方式，其实质是阻止被调量的一切变化。适当的微分作用可减小动态偏差、缩短调节过程时间，这样可适当减小比例带和积分时间。

综上所述，比例调节作用是最基本的调节作用，而积分和微