船舶机舱自动化1-2 调节器基本作用规律

第二节调节器基本作用规律调节器就对控制系统的动态过程品质起着决定性的影响。

调节器的作用规律：输出量p(t)与输入量e(t)之间的函数关系。正作用式调节器：测量值增加，调节器输出增加。反作用式调节器：测量值增加，调节器输出减小。

调节器作用规律包括：双位作用规律、比例(P)作用规律、比例积分(PI)作用规律、比例微分(PD)作用规律、比例积分微分(PID)作用规律。一、双位作用规律

双位作用规律：对应被控量的低限和高限,调节器只有两个输出状态(0和1)。使被控量在上限值和下限值之间上下波动。1、浮子式水位双位控制系统2、双位式压力调节器二、比例作用规律

比例(P)作用规律：调节器的输出量p(t)与输入量e(t)成比例变化。

K：比例系数。

K越大，比例作用越强;

K越小，比例作用越弱。

优点：输出量p(t)能够对偏差值e(t)及时地响应并调节。

缺点：被控量的稳态值与给定值之间必定存在一个静态偏差，属于有差调节。p(t)=Ke(t)比例带PB(或比例度δ)：调节器的相对输入量与相对输出量之比的百分数。

e：被控量的变化量(偏差值);

Ximax：被控量允许变化的最大范围（全量程）;

调节器的相对输入量：e/Ximax;

p：调节器的输出量;

Xomax：输出量的最大变化范围;

调节器的相对输出量：p/Xomax;

量程系数R=Xomax/Ximax。

比例带PB的物理意义：假定调节器指挥执行机构变化全行程，需要被控量的变化量占其全量程的百分数。

PB越小：比例作用越强，克服扰动能力也就越强;

PB过小：系统的稳定性变差，会加长过渡过程时间。

PB越大：比例作用越弱，克服扰动的能力也就越弱。

PB过大：最大动态偏差emax

大，过渡过程时间会拖得很长，静态偏差ε也比较大。三、比例积分作用规律

比例积分(PI)作用规律：调节器的输出量随输入量做比例积分变化。1、积分作用规律积分(I)作用规律：调节器的输出与输入的积分成比例。

S0：积分系数。

积分输出取决于偏差的大小和偏差存在时间的长短。

优点：能够消除静态偏差，属于无差调节。

缺点：对于偏差的及时响应能力差，对于被控量的控制不够及时。比例控制和积分控制的比较曲线a

：比例控制过程。曲线b：积分控制过程,偏差初期：积分作用控制不及时，最大动态偏差大。偏差后期：积分作用越来越强，调节过头，被控量振荡，系统稳定性降低。2、比例积分作用规律比例积分(PI)作用规律：在比例作用的基础上加入积分作用而得到的作用规律。

K：比例系数。

Ti

=

K/S0：积分时间。比例作用能及时响应偏差的变化，积分作用能消除静态偏差。

PI调节器是应用最广泛的一种调节器。

比例积分作用规律的开环阶跃输出特性曲线

积分时间Ti：是在给PI调节器输入一个阶跃的偏差信号时，其积分输出达到比例输出所需的时间。四、比例微分作用规律1、微分作用规律微分(D)作用规律：调节器输出与偏差对时间的微分de(t)/dt成比例。

Sd：微分系数。

微分作用具有超前控制的能力，有抵制偏差出现的能力。微分环节的开环阶跃响应曲线偏差初期：有较大的阶跃输出，起到超前控制作用。偏差后期：微分输出按指数规律逐渐减少，最后消失为零。2、比例微分作用规律比例微分(PD)作用规律：在比例作用的基础上加入微分作用而得到的作用规律。

K：比例系数。

Ti

=

Sd

/K：微分时间。比例作用是主要的，它决定调节器的最终输出变化量。微分作用只起超前控制的辅助作用。

PD调节器的开环阶跃响应特性偏差初期：有阶跃的比例加微分的复合输出。偏差后期：微分输出逐渐消失,最后消失在比例输出上。五、比例积分微分作用规律比例积分微分(PID)作用规律：把比例、积分和微分作用组合在一起的作用规律。

K

：比例系数；

Ti

：积分时间；

Td

：微分时间。比例作用为主，积分作用能消除静态偏差，微分作用能实现超前控制。在实际使用中若对被控量的稳态精度要求较高，则调节器中应加入积分作用。若控制系统中控制对象惯性较大，则调节器应加入微分作用。若控制对象惯性较大且要求较高的静态指标，则应加入积分和微分作用。

六、PID调节器参数的工程整定方法利用比例带参数PB取代比例系数K。

1、经验法（现场凑试法）预先确定一个调节器参数PB和Ti的初始值。

通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。

若曲线不够理想，可改变PB或Ti，再画控制过程曲线,经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止,这时的PB和Ti

就是最佳值。

如果调节器是PID三作用式的，那么要在整定好PB和Ti

的基础上加进微分作用。可把整定好的PB和Ti

值减小一点再进行现场凑试，直到PB、Ti

和Td取得最佳值为止。2、衰减曲线法切除调节器的积分和微分作用。用凑试法整定比例带PB，使之符合4∶1衰减比，记下比例带PBS

和振