化工儀表格與自動化9-1(控制系統(tǒng)規(guī)律)

1、word化工儀表與自動化教案課題第九章根本控制規(guī)律1授課教師授課日期授課班級課時2學時課程類型新課教學方法教學設備過程控制室教學目標知識與技能1.2.熟悉控制規(guī)律特點對控制系統(tǒng)的影響掌握控制不同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響過程與方法實訓基地、講解、多媒體展示。情感與態(tài)度創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生探索，求知欲望，使學生積極觀察、分析，主動參與，強化學生主體地位。教學重點1.2.控制規(guī)律特點控制/、同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響教學難點1.2.控制規(guī)律特點控制/、同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響重、難點解決措施教學過程教師活動學生活動時間分配教學步驟教學容液位的比一.實訓設備觀摩25分種例控制操作上h甫巨變操作二.實訓步驟1

2、.手動控制液位至穩(wěn)定值2 .給一適宜比例度，自動控制，觀察曲線3 .重復以上過程，改變比例度，觀察曲線理論教學講解重點：控制規(guī)律概念概論1 .控制規(guī)律控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關系即pfeezx在研究控制器的控制規(guī)律時經(jīng)常是假定控制器的輸入信號e是一個階躍信號，然后來研究控制器的輸出信號p隨時間的變化規(guī)律。2 .控制器的根本控制規(guī)律位:式控制其中以雙位控制比擬常用、50分鐘6 / 23比例控制P聽課積分控制I微分控制D第一節(jié)位式控制、雙位控制理想的雙位控制器具輸出p與輸入偏差額e之間的關系重點：雙位控制控制器輸出只有最大值和最小值pmax ,e 0（或 e 0）Pmi

3、n , e 。或 e 0圖9-1理想雙位控制特性圖9-2雙位控制示例二、具有中間區(qū)的雙位控制將上圖中的測量裝置與繼電器線路稍加改變，便可成為一個具有中間區(qū)的雙位控制器，見如下圖。由于設置了中間區(qū)，當偏差在中間區(qū)變化時，控制機構不會動作,因此可以使控制機構開關的頻繁程度大為降低，延長了控制器中運動部件的使用壽命。關結論:雙位控制過程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標，被控變量波動的上、下限在允許圍，使周期長些比擬有利。雙位控制器結構簡單、本錢較低、易于實現(xiàn)，因而應用很普遍。三、多位控制對系統(tǒng)的控制效果較好，但會使控制裝置的復雜程度增加。I cm/圖9-5三位控制器特性圖第二節(jié)比例控制在雙位控制系統(tǒng)

4、中，被控變量不可防止地會產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩過程，為了防止這種情況，應該使控制閥的開度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的位置，這樣就有可能獲得與對象負荷相適應的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達到平圖9-6水槽液位控制、比例控制規(guī)律與其特點pKce9-4一J比例捽制器A戶，Ac圖9-7比例控制器重點：比例控制規(guī)律比例控制器實際上是一個放大倍數(shù)可調(diào)的放大量圖9-8簡單比例控制系統(tǒng)示意圖如上圖，根據(jù)相似三角形原理abeP所以，對于具有比例控制的控制器bpeKCe9-5a二、比例度與其對控制過程的影響1 .比例度1比例度是指控制器輸入的變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的

5、百分數(shù)。e/P100%9-7xmaxxminpmaxpminword2例一只比例作用的電動溫度控制器，它的量程是100200C,電動控制器的輸出是010mA，假設當指示值從140c變化到160c時,相應的控制器輸出從3mA變化到8mA,這時的比例度為40%160140/200100100%83/100說明當溫度變化全量程的40%時，控制器的輸出從0mA變化到10mA。在這個圍，溫度的變化和控制器的輸出變化Ap是成比例的。但是當溫度變化超過全量程的40%時(在上例中即溫度變化超過40c時)，控制器的輸出就不能再跟著變化了。這是因為控制器的輸出最多只能變化100%。所以,比例度實際上就是使控制器輸

6、出變化全圍時，輸入偏差重點：什么是比例度改變量占滿量程的百分數(shù)。36與KC關系將式9-7改寫后得且(-pmaxpmn)100%即pxmaxxmin(PmaxPmin)100%9-8KCxmaxxmin對于一只具體的比例控制器，儀表的量程和控制器的輸出圍都是固定的，令KPmaxPmin9-9xmaxxminword圖9-9比例度與輸入輸出的關系對一只控制器來說，K是一個固定常數(shù)。一K一一一、將式（9-9）代入式（9-8），得一100%9-10Kc而Kc-pKC值與6值都可以用來表示比例控制作e用的強弱。1,、4在單兀組合式儀表中100%9-11Kc2.比例控制系統(tǒng)的過渡過程與余差左如下圖為簡單水

7、槽的比例控制系統(tǒng)的過渡過程。（1）比例控制特點e=0,Ap=0。拄制閥/、動作;6越小，Ap4fc控制作用強。2比例控制是有余差的，具原因是：假設e=0,Ap=0。控制閥無動作。要使控制器有輸出。偏差一定不為零。重點：比 例控制是有 差控制重點：比 例度對過 渡過程的 影響重點：比 例控制適 用場合液位開始下降作用在控加b的信號進水量增加偏差的變化在線在匕與時，系統(tǒng)外力擾作用圖9-10簡單水槽的比例控制過程3.比例度對過渡過程的影響比例度對過渡過程影響如圖9-11所示圖9-11比例度對過渡過程的影響比例度對余差的影響是：比例度越小，余差越?。槐壤葘^渡過程的影響是：比例度越大，過渡過程曲線越

8、平穩(wěn)；比例度越小，過渡過程越振蕩。所以一般要求衰減比為:4:110:1之間的過渡過程為佳。比例控制優(yōu)缺點：優(yōu)點：反響快，控制與時缺點：存在余差結論假設對象的滯后較小、時間常數(shù)較大以與放大倍數(shù)較小時，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反響快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定?；咏虒W總結提問1 .什么是雙位控制2 .什么是比例控制3 .比例控制對過渡過程的影響回答10分種布置作業(yè)作業(yè)P1431、2、4、5、6、7、85分鐘化工儀表與自動化教案課題第九章根本控制規(guī)律2授課教師授課日期授課班級課時2學時課程類型新課教學方法教學設備過程控制室教學目標識技知

9、與能1.熟悉控制規(guī)律特點對控制系統(tǒng)的影響2.掌握控制不同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響過程與方法講解、多媒體展示。情感與態(tài)度創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生探索，求知欲望，使學生積極觀察、分析，主動參與，強化學生主體地位。教學重點1.控制規(guī)律特點2.控制/、同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響教學難點1 .控制規(guī)律特點2 .控制/、同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響重、難點解決措施教學過程教師活動學生活動時間分配教學步驟教學容理論教學講解重點：積分規(guī)律第二節(jié)積分控制一、積分控制規(guī)律與其特點對控制質(zhì)量有更圖要求時，就需要在比例控制的根底上，再加上能消除余差的積分控制作用。1 .積分控制出變化里Ap與軸入偏差e的積分成正比，即1 一一、ped

10、t9-12Ti1t,、當輸入偏差是常數(shù)A時pedt=A9-13TiTi聽課75分鐘J1AM1r重點：積圖9-12積分控制規(guī)律2.積分控制特點積分控制規(guī)律特點：1e<>0時，p變化，E=0時，p/、變化，保持。注意：積分控制作用輸出信號的大小不僅取決于偏差信號的大小，而且主要取決于偏差存在的時間長短。24 / 23分控制特3.積分控制過程點如下圖是一液位控制系統(tǒng)，控制器具有積分控制規(guī)律，其在階躍干擾下的控制過程如圖9-14。圖9-14積分控制過程二、比例積分控制規(guī)律與積分時間1 .比例積分控制規(guī)律可用下式表示pKceKiedt9-152 .積分時間求法輸入為階躍信號，幅度為Ao積分時

11、間與比例度求法如圖圖9-15比例積分控制規(guī)律當有輸入A時，記下控制器輸出：KcA;當輸出為KcA2KcA經(jīng)過時間為Ti,重點：積分時間求法一，1一、理由：T一9-16Ki，一_1如此pKceedt9-17TiKcppPpIKcAAt9-18Ti在時間t=Ti時，有ppppiKcAKcAKcA2pp三、積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響積分時間對過渡過程的影響具有兩重性當縮短積分時間Ti,積分控制作用加強。后果是：1克制余差的能力增加。2會使過程振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。注：積分時間越短振蕩傾向越強烈，甚至會成為不穩(wěn)重點：積 分時間對 過渡過程 的影響圖9-16積分時間對過渡過程的影響第四節(jié)微分控制比例積

12、分控制器對于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，比例度和積分時間兩個參數(shù)均可調(diào)整。當對象滯后很大時，可能控制時間較長、最大偏差也較大；負荷變化過于劇烈時，由于積分動作緩慢，使控制作用不與時，此時可增加微分作用。一、微分控制規(guī)律與其特點具有微分控制規(guī)律的控制器pTD9-20dta微分輸入b理想微分輸出c實際微分輸出圖9-17微分控制的動態(tài)特性1微分控制特點偏差e不變，Ap=0;偏差變化，Ap與偏差變化率成正比。2優(yōu)點：具有超前控制功能二、實際的微分控制規(guī)律與微分時重點：微分控制特點微分作用的特點一在偏差存在但不變化時，微分作用都沒有輸出。實際微分控制規(guī)律是由兩局部組成：比例作用與近似微分作用，具比例度是固定不變的

13、，6包等于100%,所以認為：實際的微分控制器是一個比例度為100%的比例微分控制器。微分作用重點：求微分時間的方法圖9-18實際微分器輸出變化曲線當輸入是一幅值為A的階躍信號時，其微分輸出最大值Kd-1A,其微分輸出慢慢下降。經(jīng)過T時,下降為36.8%,止匕時T為微分時間Td當輸入是一幅值為A的階躍信號時KDtpPpPdAAKd1eTD(9-21)可見，t=0時，Ap=KDA;t=°0時,Ap=A0微分控制器在階躍信號的作用下，輸出Ap一開始就立即升高到輸入幅值A的KD倍，然后再逐漸下降，到最后就只有比例作用A了。微分放大倍數(shù)KD決定了微分控制器在階躍作用瞬間的最大輸出幅度。微分時

14、間TD是表征微分作用強弱的一個重要參數(shù)，它決定了微分作用的衰減快慢，且它是可以調(diào)整的。KDtPdAKd1eTd(9-22)假定TTD-(9-24)Kd如止匕PdAKd1e10.368AKd1(9-23)在1=T時，整個微分控制器的輸出為PtA0.368AKd1(9-25)三、比例微分控制系統(tǒng)的過渡過程當比例作用和微分作用結合時，構成比例微分控制重點：比例微分控制系統(tǒng)過渡過程規(guī)律depPpPdKceTd一9-27dt說明：比例微分控制器的輸出Ap等于比例作用的輸出App與微分作用的輸出APd之和。改變比例度6(或KC)和微分時間Td分別可以改變比例作用的強弱和微分作用的強弱。重點：PID應用場合

15、圖9-19微分時間對過渡過程的影響微分作用具有抑制振蕩的效果，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少被控變量的波動幅度，并降低余差。微分作用也不能加得過大。微分控制具有“超前控制作用。四、比例積分微分控制同時具有比例、積分、微分三種控制作用的控制器稱為比例積分微分控制器。.1._de/、ppppiPdKceedtTd9-28TIdt三個可調(diào)參數(shù)比例度6、積分時間TI和微分時間TD。適用場合對象滯后較大、負荷變化較快、不允許有余差的情況?？刂埔?guī)律比例控制、積分控制、微分控制。MJ圖9-20PID控制器輸出特性例題分析1.目前，在化工生產(chǎn)過程中的自動控制系統(tǒng)，常用控制器的控制規(guī)律有位式控制、比例控制、比例積分

16、控制、比例微分控制和比例積分微分控制。試綜述它們的特點與使用場合。解：列表分析如下：解制至士曲片廢描跣皆值為觸上他工。莫割就甌"喀奧E應越宣科.灼生懿踴覆大負荷劃七小招燃童食跖博五：W隈蚱CP1建臥荀里丹帛上時春審姓稚神咤翱建什拿冬黃工中而守C不士胡濟言小坤肓謝在，醐*、注彳吊山冷軸班艙震齷血融磁等比怛蚓PItd-Lb艇靜除草根飾戳制空咚.班系我垃5Tt馨淵i詬較大國有孰較大，期C舞新佛斯題遮呼孤直胴短力隹貓航史燮會的情噓的具喇蒙比利冊田式陽可:用硒.藤小.和部福就治用提前蝴作亂孤黨皖豁息隹型情臬由親至對翻獻軻砌匕布丸般變量變懷瓶端昉閆木相a出自積分前號F1D式通調(diào)颼棹制解嬴琮春遍罰

17、蕭麗呻?后大貞蔽Y段大理市朝鬟.Jins麗，勵情醐，就觸陋亦等湛歸.碼好/卜嬲耨1pKceedt(9-11)Tide一一一、pKceTd9-27dtKce1一edtTiTdeDdt9-282.對一臺比例積分控制器作開環(huán)試驗。KC=2,TI=0.5min。假設輸入偏差如圖9-21所示，試畫出該控制器的輸出信號變化曲線圖9-21輸入偏差信號變化曲線當Kc=2時,輸出波形如圖9-22(a)所示。解：對于PI控制器，其輸入輸出的關系式為.,1.pKceedtTi將輸出分為比例和積分兩局部，分別畫出后再疊加就得到PI控制器的輸出波形。比例局部的輸出為PpKce故ApI輸出波形如圖9-22(b)所示Kc積分局部的輸出為PiedtTi當KC=2,TI=0.5min時