自动控制仪表

自动控制仪表第1页，共45页，2023年，2月20日，星期二第一节概述偏差信号e:给定值与测量信号之差(Z-X)

测量信号Z:代表被控变量大小的信号给定值X:代表规定值之大小的信号控制信号p

:控制器的输出信号第2页，共45页，2023年，2月20日，星期二控制规律:第3页，共45页，2023年，2月20日，星期二第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律：位式控制比例控制积分控制微分控制一、双位控制1.理想双位控制规律

pmaxe＞0（e＜0）p=

pmine＜0（e＞0）

eppmaxpmin理想双位控制规律第4页，共45页，2023年，2月20日，星期二2.实例液位电磁线圈阀门进料液位H＞H0

通电关闭切断进料H→H0

H＜H0

断电打开进料H→H0

中间区：被控变量有一定的变化范围第5页，共45页，2023年，2月20日，星期二第6页，共45页，2023年，2月20日，星期二第7页，共45页，2023年，2月20日，星期二第8页，共45页，2023年，2月20日，星期二3.品质指标：振幅周期原则：使振幅在允许的范围内，尽可能的使周期延长4.特点：结构简单、成本低、易实现第9页，共45页，2023年，2月20日，星期二二、比例控制

1.比例控制规律及比例度⑴控制规律测量元件——浮球控制器——杠杆执行器——调节阀ab

比例控制系统示意图p

ee液位控制系统第10页，共45页，2023年，2月20日，星期二—放大倍数KP↑控制作用↑KP↓控制作用↓epab比例控制规律的输出变化量与输入偏差e成正比。

第11页，共45页，2023年，2月20日，星期二比例度使控制器输出变化全范围时,输入偏差改变了满量程的百分数。⑵比例度由于比例增益Kp是有量纲的量，在工程上常将其转换成一个无量纲的量：比例度第12页，共45页，2023年，2月20日，星期二例如：一台电动比例控制器，输入信号的变化范围为100℃～200℃，输出信号的变化范围为4～20mA，当输入变量从140℃变化到160℃时，控制器输出信号从12mA～16mA，问该控制器的比例度？解：当测量温度变化了全量程的80%时，控制器的输出从4mA～20mA。在这个范围内，控制器的输出p与温度的变化是成比例的。第13页，共45页，2023年，2月20日，星期二100200tI420150pminpmaxe%0%100%0%80%第14页，共45页，2023年，2月20日，星期二050%100%e%PmaxPminPmax-Pmin2比例度示意图

=200%

=100%

=50%第15页，共45页，2023年，2月20日，星期二对于单元组合仪表：K=1

d↓

KP↑控制作用↑d↑

KP↓控制作用↓

第16页，共45页，2023年，2月20日，星期二⑶比例控制系统的过渡过程

Q2↑→Q2′〉Q1→h↓→Q1↑→Q1′=Q2′

余差第17页，共45页，2023年，2月20日，星期二⑷比例度对过渡过程的影响ab

比例控制系统示意图使系统出现等幅振荡时的d，称为临界比例度。第18页，共45页，2023年，2月20日，星期二

t↓T↑

K↓

δ↓

t↑T↓K↑δ↑⑷优、缺点优点：控制及时，简单、可靠缺点：余差存在第19页，共45页，2023年，2月20日，星期二三.积分控制1.积分控制规律KI—积分速度TI—积分时间e（mA）t0At0Δp（mA）TI1TI2TI3TI1<TI2<TI3第20页，共45页，2023年，2月20日，星期二⑴△p与e的积分成比例,有e存在,输出就会变化,直到

e=0,p才稳定,故可消除余差。

⑵动作缓慢控制不及时,一般不单独采用。

⑶TI↑→积分作用↓，TI→∞，积分作用为零。特点：第21页，共45页，2023年，2月20日，星期二2.比例积分控制规律(PI)∆PIt积分∆PtPI∆PPt比例第22页，共45页，2023年，2月20日，星期二

积分时间：在阶跃偏差作用下，积分作用的输出达到比例作用的输出所经历的时间。t0e(mA)At0ΔP(mA)KPAKPATI第23页，共45页，2023年，2月20日，星期二积分时间对过渡过程的影响TI

↑

KI

↓积分作用↓TI

↓

KI↑

积分作用↑第24页，共45页，2023年，2月20日，星期二⑴

P动作快,I消除余差。用于要求无余差的系统。

适用于滞后小,负荷变化不大,不允许有余差要求的场合。如：压力、流量等控制系统，不允许有余差的液位控制等。⑶TI↓→积分作用↑→系统稳定性↓。

⑵当TI→∞时,积分作用趋于零,PI→P，即比例积分变成纯比例控制规律。

特点：及时、消除余差

第25页，共45页，2023年，2月20日，星期二四、微分控制1.理想微分控制规律TD—微分时间t0Δp(mA)t0“∞”“0”e(mA)t0t02t=t0，de/dt→∞，Δp→∞t>t0，de/dt=0，Δp=0第26页，共45页，2023年，2月20日，星期二特点：①不管有无输入和它的数值如何，只要输入不改变，微分作用的输出总是零。②不能消除偏差，不能单独使用。

第27页，共45页，2023年，2月20日，星期二2.实际的微分控制规律

KD—微分增益

△ptA第28页，共45页，2023年，2月20日，星期二3.比例微分控制规律理想：

实际：TD↑微分作用↑TD↓微分作用↓第29页，共45页，2023年，2月20日，星期二4.比例积分微分（PID）控制理想：

t0Δp(mA)t0“∞”第30页，共45页，2023年，2月20日，星期二实际：

Δp(mA)t0A常用的控制规律：PPIPID

特点：

⑴集P、I、D三者之优点，克服其不足；

⑵实际系统并非PID是最好，应根据具体情况进行选择。

第31页，共45页，2023年，2月20日，星期二控制规律是通过控制器来实现的。控制器有模拟控制器、数字控制器、PLC、DCS、FCS等形式，无论何种控制器，它们均具有一些相同的基本功能。控制器第32页，共45页，2023年，2月20日，星期二第33页，共45页，2023年，2月20日，星期二控制器的基本功能：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、给定值以及编程参数等。

外给定:来自外部输入，一般用于复杂控制系统。3.内外给定信号：内给定:来自仪表内部设置，一般用于定值简单控制系统；第34页，共45页，2023年，2月20日，星期二第35页，共45页，2023年，2月20日，星期二4.控制器的正、反作用选择（实现控制系统的闭环负反馈）

e=Z-X正作用：正偏差越大，测量值越大，反作用：负偏差越大，测量值越小，则控制器输出越大；则控制器输出越大。第36页，共45页，2023年，2月20日，星期二5.手动/自动切换与手动操作

自动：控制器的输出信号Mv根据控制规律随偏差Dv变化而变；

手动：控制器的输出信号Mv与偏差Dv无关，这时控制规律无效；直接由手操纵Mv，类似于直接用手调节阀门。

无扰动切换：控制器的输出不能由于切换而发生变化。

第37页，共45页，2023年，2月20日，星期二解：

∵又∵测量值减少时，控制器输出减少，∴是正作用方向

答:控制器的实际比例度为100%，控制器是正作用方向。

例1、当智能单元型电动控制器的测量指针由50％变化到25％，若控制器的纯比例输出信号由12mA下降到8mA，则控制器的实际比例度为多少？并指出控制器的作用方向。

第38页，共45页，2023年，2月20日，星期二例2、实验测得标准信号为4～20mA电动控制器的阶跃响

应曲线，如图所示。

问：①该控制器的控制规律？

②控制器的比例度、积分时间、微分时间？

第39页，共45页，2023年，2月20日，星期二解:①该控制器为PI控制规律

答：控制器的比例度为200%、积分时间为2分、微分时间为0

第40页，共45页，2023年，2月20日，星期二有一比例积分调节器（智能单元型），测量值与给定值均为12mA，若将比例度定在50％，积分时间定在最大，调节器的作用方向定在反作用位置，则当测量值由12mA

变化到13mA时，p将由12mA变化到什么数值？当积分时间不是定在最大时，则情况又会如何？作业:第41页，共45页，2023年，2月20日，星期二又∵控制器的作用方向定在反作用位置。测量值增加，输出将减少。答:p将由12mA变化到10mA。解：∵当积分时间不是定在最大时，p将一直减小下去，直到最小值。

第42页，共45页，2023年，2月20日，星期二某台智能单元型比例积分调节器，比例度为10