第四章控制器的作用规律

第四章控制器的作用规律第1页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-0引言ST控制器是组成控制系统的基本环节之一，也是系统中控制仪表的核心部分。根据控制要求和控制对象的特性，应采用不同作用规律的控制器。第2页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-0引言ST控制器的两个研究方面：作用规律：p(t)=f(e(t))，即传递函数的结构。也称控制规律或调节规律。2.作用强度：每一种作用规律的控制强度。反映在传递函数中，就是其分子和分母中的各项系数。END第3页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-1两位式控制器ST被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两个状态（0或1）。Fig.4-2Fig.4-3例1浮子式锅炉水位的两位控制。被控量输出曲线第4页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-1两位式控制器STFig.4-4例2两位式压力开关。END下限值（P下）：由给定值弹簧设定上限值（P上）：由幅差弹簧设定P上=P下+ΔP若压力整定范围P下～P上：0kg/cm2～8kg/cm2，ΔP=0.7kg/cm2～2.5kg/cm2，要求范围为6.4kg/cm2～7.5kg/cm2，则调整方法为：（1）调整给定螺钉，使指针指在6.4kg/cm2上；（2）调整幅差弹簧2.2格第5页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST比例作用规律（P）：控制器的输出变化量与输入（偏差）变化量成比例。K——比例系数第6页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST例：浮子式水位比例控制系统比例带δ（或PB）：当控制器的输出作100%变化时，其输入量变化（数值上等于被控量的变化）的百分数。图4-5例：第7页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST比例控制器的输出曲线：tthμΔht0t0比例控制器的特点：存在静态偏差原因：控制器的输出依赖于偏差的存在而存在。δ↑→比例作用↓→静态偏差↑δ↓→比例作用↑→静态偏差↓第8页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST采用比例控制器的单容水柜水位控制系统过渡过程：＋－－＋△λGf(s)GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)hh0h△Q△Q1△Q2△h△μ△λ↑→h↓第9页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST－＋GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)h△Q△Q1或△Q2△λ第10页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST＋－＋GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)hh0h△h△μ－△λ第11页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST＋h0h－△λh△λ-1第12页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律STh△λ-1h△λ-1第13页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST第14页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST从传递函数可以看出，这是一个一阶惯性系统，若关小出水阀，即，则可求出其过渡过程曲线如图4-9所示。特点：（1）非周期过程，不会产生振荡；（2）有差控制，且比例系数KP越大（或δ越小），静态偏差越小。第15页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST采用比例控制器的双容水柜水位控制系统过渡过程：图4-10对象传递函数系统传递函数第16页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-2比例作用规律ST比例带δ对控制系统过渡过程的影响：图4-11表4-1END第17页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-3积分作用规律ST积分作用（I）：控制器的输出与输入之间呈积分关系。TI

——积分时间。TI↑→积分作用↓hμttt0t1图4-13第18页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-3积分作用规律ST若输入偏差为Δh,则输出当t=TI时，Δμ=

Δh因此，TI等于控制器的输出变化到与其阶跃输入量相等时所需的时间。

第19页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-3积分作用规律ST若用代替单容水位控制系统中的Gc(s)，则控制系统的闭环传递函数当阶跃扰动量为Δλ时图4-16END第20页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-3积分作用规律STEND积分时间TI越大积分作用越弱稳定程度增高最大偏差越大静差消失上升时间长振荡周期大第21页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-4比例积分作用规律ST由于积分作用容易导致系统稳定性变差，因此一般不采用单纯的积分控制器，而是将其与比例作用相结合构成比例积分（PI）控制器。TI——积分时间常数；Ti——积分时间;δ——比例带第22页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-4比例积分作用规律ST积分时间的物理意义：积分输出达到比例输出所需的时间。令t=Ti则实际上，一般将积分时间定义为δ=100%时积分输出达到比例输出所需的时间。第23页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-4比例积分作用规律ST采用比例积分控制器的单容水柜水位控制系统的动态过程:图4-18第24页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-4比例积分作用规律ST与采用纯积分控制器时的比较:（1）阻尼系数增加，过渡过程变得更稳定。（2）增加，过渡过程的振荡趋于平缓。（纯积分）（纯积分）第25页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-4比例积分作用规律ST积分时间对系统过渡过程的影响：图4-19END第26页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-5比例微分作用规律ST控制器的微分作用是指其输出与输入的微分，即偏差变化速度成比例。这样，微分作用可以在偏差变化较快时起到超前控制的作用。但当偏差不再变化时，微分输出将消失，因此微分作用常与比例作用一起形成比例微分（PD）控制器。或TD——微分时间常数；Td——微分时间第27页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-5比例微分作用规律ST实际的比例微分控制器的传递函数：Kp——比例系数；δ——比例带；Td——微分时间；KD——微分放大系数第28页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-5比例微分作用规律ST实际的比例微分控制器的输出特性：图4-21采用比例微分控制器的水位控制系统动态过程：图4-23气动比例微分控制器的实现：图4-22微分时间对过度过程的影响：图4-24END总之：微分作用总是阻止被控量的任何变化，适当增加微分作用可以减小被控量的动态偏差，具有抑制振荡，提高系统稳定性的效果。第29页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-6比例积分微分作用规律ST比例积分微分作用规律（PID）：比例、积分和微分作用的组合。实际的比例积分微分控制器的传递函数：第30页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-6比例积分微分作用规律STPID控制器的输出特性：图4-25采用PID控制器的液位控制系统动态过程：图4-26P、I、PI、PD和PID控制效果比较：图4-27END本章习题库第31页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-7控制器作用规律的实现方法ST控制规律的实现方法是在控制器内部采用反馈。不同的反馈环节可得到不同的控制规律KGf(s)＋Xi(s)Xo(s)－第32页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-7控制器作用规律的实现方法ST1.气动比例控制器 图4-302.气动比例积分控制器 图4-323.气动比例积分控制器 ◎4.气动比例积分微分控制器 ◎第33页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-7控制器作用规律的实现方法ST第34页，共50页，2023年，2月20日，星期三§4-7控制器作用规律的实现方法STP测cdRd气源输入负反负反正反测量给定放大器跟随器RpRi第35页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-2ST改变销钉的位置，可调节上下限值。第36页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-1fig4-3ST第37页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-4ST第38页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-5ST第39页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-10ST第40页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-11ST第41页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-16ST第42页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-17，18ST第43页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-20ST第44页，共50页，2023年，2月20日，星期三Fig4-21ST第45页，共50页，2023年，2月