过程控制课件第一章模拟调节器

第一章

模拟调节器第一章模拟式控制器第一节控制器的运算规律和构成方式第二节基型控制器第三节特种控制器和附加单元模拟式控制器第一节调节器的运算规律和构成方法

第一节调节器的运算规律和构成方法一、概述1、偏差定义：

调节器调节阀对象测量变送器XS(t)X(t)Y(t)f单回路控制系统方框图ΔX第一节调节器的运算规律和构成方法2、何谓调节规律？

调节器的输出信号随输入信号变化的规律。

调节器输入偏差输出变化量第一节调节器的运算规律和构成方法3、调节规律的表示方法不同的仪表，输入、输出信号的量纲不同，为了用一个统一的式子来表示调节器的特性，信号用相对量表示。调节器输入偏差输出变化量调节器输入偏差输出变化量第一节调节器的运算规律和构成方法二、PID调节器的运算规律（一）比例调节规律PtYtXXKPX1、比例度（比例带）实际调节器中常用比例度δ来表示比例作用的强弱。第一节调节器的运算规律和构成方法２、P调节特性（１）调节及时，但有余差；（２）增大KP（减小δ）比例作用增强，可减小余差；（３）适用于干扰较小，允许有余差的场合。第一节调节器的运算规律和构成方法（二）积分调节规律（I）

tXXtY特点：１、能消除余差，但动作缓慢，调节不及时；２、减小TI,积分作用增强；３、适用于干扰较小，不允许有余差的场合。第一节调节器的运算规律和构成方法（三）微分调节规律D特点：１、与偏差的变化速度成正比，具有超前调节作用，稳态无输出；２、增大TD,可使微分作用增强；３、用于变化较慢的参数调节（如温度、成份）。ttXYX=atΔy=TDa第一节调节器的运算规律和构成方法（四）PI运算规律１、理想PI调节器的特性tXXtY调节器的输出Δy可表示为比例作用的输出Δyp与积分作用的输出ΔyI之和：Δy=Δyp+ΔyI其中：第一节调节器的运算规律和构成方法问题：如何测量积分时间？

tY在阶跃信号作用下：即：在阶跃信号的作用下，积分作用的输出值变化到等于比例作用的输出值所经历的时间，就是积分时间。第一节调节器的运算规律和构成方法2、实际PI调节器的特性在阶跃信号的作用下，利用拉氏反变换可求得实际PI调节器的输出随时间变化的表达式为：第一节调节器的运算规律和构成方法实际PI调节器的阶跃响应特性如图：ttXXYKPXKPKIX积分增益KI的意义：在阶跃信号的作用下，PI调节器输出变化的最终值与初始值之比：开环增益K的意义：在阶跃信号的作用下，PI调节器输出变化的最终值与输入值之比：第一节调节器的运算规律和构成方法3、控制点偏差与调节精度由于实际PI调节器的积分增益不是无穷大，当调节器的输出稳定在某一值时，测量值与给定值之间依然存在偏差，这种偏差称为控制点偏差。调节器调节阀对象测量变送器XS(t)X(t)Y(t)f单回路控制系统方框图ΔXεΔY第一节调节器的运算规律和构成方法控制点最大偏差的相对变化值即为调节精度：调节精度表征了调节器消除余差的能力。KI越大，调节精度越高。第一节调节器的运算规律和构成方法（五）PD运算规律１、理想PD调节器的特性XYX=atΔyD=KPTDaΔyp=KPat调节器的输出Δy可表示为比例作用的输出Δyp与微分作用的输出ΔyD之和：Δy=Δyp+ΔyD=Kpat+KPTDa =Kpa(t+TD)第一节调节器的运算规律和构成方法问题：如何测量微分时间？

在斜坡信号作用下：Δy=Δyp+ΔyD=Kpat+KPTDa令：Δyp=ΔyD则：t=TDtYXX=at即：在斜坡信号的作用下，微分作用的输出值变化到等于比例作用的输出值所经历的时间，就是微分时间。第一节调节器的运算规律和构成方法2、实际PD调节器的特性在阶跃信号的作用下，利用拉氏反变换可求得实际PD调节器的输出随时间变化的表达式为：第一节调节器的运算规律和构成方法实际PD调节器的阶跃响应特性如图：tXXYt微分增益KD的意义：在阶跃信号的作用下，PD调节器输出变化的初始值与最终值之比：微分增益愈大，微分作用愈接近理想。在电动调节器中，一般取KD=5~10当KD=1,等同于纯比例作用；当KD<1,微分作用反而减弱，这时称为反微分。在噪声较大的系统中，反微分能起到较好的滤波效果。第一节调节器的运算规律和构成方法实际PD调节器中，微分时间如何测定？Y在阶跃信号的作用下,实际PD调节器的输出从最大值下降了微分输出幅度的63.2%所经历的时间,就是TD/KD,乘上微分增益即为微分时间TD.第一节调节器的运算规律和构成方法(六)PID运算规律１、理想PID调节器的特性tXXtY注：微分方程中的Y为增量，若用实际输出值y表示，则：第一节调节器的运算规律和构成方法2、实际PID调节器的特性在阶跃信号的作用下，利用拉氏反变换可求得实际PID调节器的输出随时间变化的表达式为：F—干扰系数第一节调节器的运算规律和构成方法阶跃响应曲线如图：Y第一节调节器的运算规律和构成方法三、基本调节规律的实现方法（一）用无源RC网络实现ttV0ViKPVi

缺点:KP<1,负载能力差.1.比例器第一节调节器的运算规律和构成方法2.积分器tViV0t

缺点:KP=1,积分饱和.第一节调节器的运算规律和构成方法3.微分器XY第一节调节器的运算规律和构成方法4.比例微分P+DXY第一节调节器的运算规律和构成方法缺点:(1)KP<1(2)积分饱和(3)负载能力差V1V2第一节调节器的运算规律和构成方法(二).PID调节器的构成调节器是对输入信号与给定信号的偏差进行PID运算,因此它包括偏差检测和PID运算两部分.偏差检测电路PID运算电路调节器构成示意图测量值给定值第一节调节器的运算规律和构成方法1.由放大器和PID反馈电路构成放大器K0PID反馈电路结构框图DDZ-II型及一些基地式模拟控制仪表均采用这种组成方式第一节调节器的运算规律和构成方法(1)比例P放大器K0第一节调节器的运算规律和构成方法(2)比例积分(PI)放大器K0第一节调节器的运算规律和构成方法放大器K0第一节调节器的运算规律和构成方法(3)比例微分(PD)放大器K0第一节调节器的运算规律和构成方法放大器K0第一节调节器的运算规律和构成方法第一节调节器的运算规律和构成方法(4)PID电路放大器K0第一节调节器的运算规律和构成方法等效电路：第一节调节器的运算规律和构成方法第一节调节器的运算规律和构成方法第一节调节器的运算规律和构成方法第一节调节器的运算规律和构成方法2、由PD和PI电路串联构成PDPI(b)基本PID(c)微分先行PIDPDPI注：1、