控制规律与控制器

第八、九章控制规律与控制器控制器的作用控制规律控制器集散控制系统及现场总线小结几个概念：２给定值：工艺上对被控变量的期望值。符号Sv,Ps/Hs/Ts/Qs１被控变量：工艺需要控制的变量4偏差：给定值与测量值之差，符号用Dv或e表示，３测量值：变送器的输出，测得的被控变量值。符号Pv

５操纵值：控制器的输出，执行器的输入。符号Mv6操纵变量：执行器的输出，被控对象的输入。通常为Q７干扰：是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。

第一节自动控制系统组成及分类第一节控制器的作用若Pv>Sv，正偏差；

Pv<Sv，负偏差。无干扰即：Pv=Sv

，Dv=0，控制器输出不变(稳态)。返回控制点：当控制点偏差：当控制精度：当第一节控制器的作用无干扰稳态时：

关心ΔMv应如何变化？而不是Mv

。控制点偏差：控制精度：

△Mv=0，即控制器输出不变时，测量与给定的差值。当△Mv=0时，ΔMv大小和方向由控制规律所决定。返回如何控制调节阀?第一节控制器的作用控制规律所研究的内容：

当Pv≠Sv时，Mv相对于Mv0有一变化量△Mv，使执行器产生控制作用，Pv→Sv，即克服偏差。以前的Dv当前的Dv

今后的Dv(发展趋势,预测)控制规律：自适应、预估、模糊控制算法、PID算法等。最常用是PID算法，由基本控制规律组成。P、PI、PD、PID，统称PID控制。即：△Mv与Dv随时间变化的关系。返回第二节控制规律一、比例控制规律定义：控制器的输出变化量与输入偏差

Dv成比例。

KP—比例增益；

Kp↑→ΔMv↑→控制作用↑Dv↑→△Mv↑

KP有量纲，工程上将其转换成一个无量纲的量：比例度PB返回当前的Dv

最简单的

决策是：

第二节控制规律比例度PB：对于变送器、控制器、执行器均采用标准信号4-20mA时：

Mv变化范围=Pv

变化范围

故：PB↑→Kp↓→比例控制作用↓返回第二节控制规律第二节控制规律特点：

1.KP↑(PB↓)→△Mv↑，即：比例控制作用越强。

2.△Mv只与当前的Dv有关，动作迅速，作用及时。

适用于滞后小，负荷变化小，对余差无要求的场合。3.稳定时。但因Mv

≠Mv0，ΔMv=KPDv，则Dv(∞)≠0，

即必然存在余差。

KP↑→余差C↓如：中间储罐或精馏塔塔釜液位等

。返回但KP过大，系统易发生震荡。第二节控制规律二、积分与比例积分控制规律（一）积分控制规律I

TI—积分时间。3.

TI↑→积分作用↓，

TI→∞，积分作用为零。

特点：

1.△Mv与Dv积分成比例，Dv存在，输出随时间变化，直到Dv=0，Mv稳定，故可消除余差。

2.动作缓慢不及时，一般不单独采用。

定义：△Mv与偏差Dv存在时间成正比。

阶跃偏差作用下：

返回比例作用只与当前时刻Dv有关，考虑到以前的Dv情况：

第二节控制规律（二）比例积分控制规律PI

阶跃偏差作用下：

积分时间：阶跃偏差作用下，积分作用输出达到比例作用

输出所用的时间。返回第二节控制规律1.P动作快，I消除余差。特点：

适用滞后小，负荷小，不允许有余差的场合。如：压力、流量或不允许有余差的液位控制

。3.TI↓→积分作用↑→系统稳定性↓。

2.Ti→∞时，积分作用趋于零，PI→P

。

容量滞后(对象特性中的时间常数T)：因物料或能量的传递需要通过一定的阻力所致。返回4.加入积分作用后，积分存在滞后，所以对于温度、成分等容量滞后较大对象，采用PI控制过渡过程时间较长，最大偏差加大，虽最终可消除偏差，但控制质量较差。第二节控制规律三、微分与比例微分控制规律（一）微分控制规律DTD—微分时间；返回定义：

△Mv与输入偏差Dv变化速度成正比。

P只与当前时刻Dv有关，I考虑到以前的Dv情况,预测到以后的Dv发展变化趋势，提前控制：第二节控制规律返回第二节控制规律1.

TD↑→微分作用↑3.对恒定偏差不起作用:Dv存在，但Dv=常数，dDv/dt=0，则ΔMv=0，不能克服静偏差，有余差。特点：

返回2.根据Dv变化趋势，进行超前控制，具有预测作用。

故无法单独使用。4.微分作用对测量噪声有放大作用。

第一节控制规律当Dv=at时，△MV的响应如右图所示特点：

1P与D的综合。P动作快，D超前动作。

，

，

23因微分作用对恒定偏差不起作用，所以对纯滞后对象无效。

适用于：温度、成分等容量滞后的对象，且无余差要求。不适用于：纯滞后对象。4微分作用对测量噪声有放大作用，所以微分作用不宜太强。

（二）比例微分控制规律PD返回TD对过渡过程的影响:TD增大,微分作用增强，调节时间减小，最大偏差减小，稳定性增强。TD减小,微分作用减弱。第二节控制规律四、比例积分微分控制规律(PID)

特点：

1.集中PID优点，具有“超前”作用，可消除余差，快速及时，控制质量提高。

2.实际控制系统并非PID最好。实际系统的控制规律、参数设定与具体的控制对象特性有关：如：流量控制系统PI；温度控制系统用PD。TD→0，PITI→∞，PDTD→0，TI→∞，P返回第二节控制规律控制方案确定后，各环节特性即确定。控制器：

仪表（模拟调节器、数字调节器）

计算机（PLC、DCS、FCS）等，

无论何种控制器，均具有相同的基本控制功能。需通过控制器实现。返回控制质量主要取决于控制器的控制规律（P、PI、PID）选择和控制器参数(KP、TD、TI)

设置。

第三节控制器控制器的基本功能：1.控制运算：常规PID、自整定PID、自适应等。

2.显示功能：偏差、输出、测量值、给定值及编程参数等。

3.内、外给定选择与提供内给定信号：

内给定：由控制器内部设置，用于定值控制系统；外给定：来自外部输入，多用于复杂控制系统。返回第三节控制器返回第三节控制器4.控制器正、反作用选择（实现控制系统的闭环负反馈）

Dv＞0时，若△Mv＞0，即：Mv↑，控制器为正作用；(Pv>Sv)

若△Mv＜0，即：Mv↓，控制器为反作用。

Dv＜0时，若△Mv＞0，则控制器为反作用；

(Pv<Sv)

若△Mv＜0

，为正作用。正反作用可根据控制要求选择，选定后不随偏差而改变。返回正作用：

反作用：

相对于控制点

第三节控制器5.手/自切换与手动操作

自动：控制器输出Mv根据控制规律随Dv变化而变；

手动：控制器输出Mv与Dv无关，此时控制规律无效。直接由手动操纵Mv，类似直接手调阀门开度。

返回手操功能必不可少，在自动控制系统刚投入运行时，往往先进行手动操作来改变控制器输出信号，等到系统基本稳定后再切换为自动运行。当控制器的自动部分失灵后，也必须切换到手动状态。

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