單回路控制系統(tǒng)分析及其參數(shù)整定

單回路控制系統(tǒng)分析及其參數(shù)整定

一、

單回路控制系統(tǒng)的組成單回路控制系統(tǒng)原理方框圖

為了便于系統(tǒng)分析，將測(cè)量變送器、執(zhí)行器、閥門(mén)、被控對(duì)象作為一個(gè)整體看待，該整體稱為“廣義對(duì)象”。這樣上圖所示的單回路控制系統(tǒng)就由調(diào)節(jié)器和廣義對(duì)象兩部分組成，其等效原理方框圖如下圖所示：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)等效方框圖

若試驗(yàn)得到的被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性包括了測(cè)量變送器的動(dòng)態(tài)特性，則廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為：此時(shí)等效調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：則，單回路等效圖為確定廣義對(duì)象與等效調(diào)節(jié)器的原則：階躍輸入與響應(yīng)輸出之間的所有環(huán)節(jié)的串聯(lián)視為廣義對(duì)象。剩下所有環(huán)節(jié)的串聯(lián)稱為等效調(diào)節(jié)器。

調(diào)節(jié)器的正反作用

調(diào)節(jié)器有正作用和反作用，單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的正反作用方式選擇的目的是使閉環(huán)系統(tǒng)在信號(hào)關(guān)系上形成負(fù)反饋。正作用調(diào)節(jié)器:當(dāng)系統(tǒng)的測(cè)量值減小給定值增加時(shí)，其輸出增加;反作用調(diào)節(jié)器:當(dāng)系統(tǒng)的測(cè)量值減小給定值增加時(shí)，其輸出減小。確定調(diào)節(jié)器正、反作用的次序一般為：首先根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的形式、測(cè)量變送單元的正反特性，然后確定被控對(duì)象的正反特性，最后確定調(diào)節(jié)器的正反作用。

確定調(diào)節(jié)器正、反作用的原則：組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)極性相乘必須為負(fù)值（構(gòu)成負(fù)反饋的條件）。單回路系統(tǒng)注意事項(xiàng)：1、被調(diào)量的選擇2、控制量（調(diào)節(jié)量）的選擇3、控制通道和擾動(dòng)通道4、影響控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的主要因素：控制器和對(duì)象特性?？刂葡到y(tǒng)組成：1、變送器

變送器將各種被測(cè)參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等物理量轉(zhuǎn)換為0～10mA或4～20mA的直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，并傳送到各指示、調(diào)節(jié)裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)檢測(cè)和控制。變送器原理方框圖2、執(zhí)行器

執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)或手動(dòng)操作信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥門(mén)、風(fēng)門(mén)或擋板)動(dòng)作的位移信號(hào)，從而改變被調(diào)量的大小。執(zhí)行器（氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)均可視為比例型。）電動(dòng)執(zhí)行器通常由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分構(gòu)成，如下圖所示：伺服放大器作用：綜合輸入信號(hào)和反饋信號(hào)，并將該結(jié)果信號(hào)加以放大，使之有足夠大的功率來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

根據(jù)綜合后結(jié)果信號(hào)的極性，放大器應(yīng)輸出相應(yīng)極性的信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的正、反運(yùn)轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)：是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部分減速器：將高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩變成低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩位置變送器：根據(jù)差動(dòng)變壓器的工作原理，利用輸出軸的位移來(lái)改變鐵芯在差動(dòng)線圈中的位置，以產(chǎn)生反饋信號(hào)和位置信號(hào)。比較項(xiàng)目氣動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)體積推力配管配線動(dòng)作滯后頻率響應(yīng)維護(hù)檢修使用場(chǎng)合溫度影響成本簡(jiǎn)單中中較復(fù)雜大狹簡(jiǎn)單防火防爆較小低復(fù)雜小小簡(jiǎn)單小寬復(fù)雜隔爆型才防火防爆較大高簡(jiǎn)單大大復(fù)雜小狹簡(jiǎn)單要注意火花較大高三種執(zhí)行器的特點(diǎn)比較典型的調(diào)節(jié)組件SAMA圖如下圖所示：主要功能：求測(cè)量值PV與給定值SP的偏差對(duì)偏差進(jìn)行比例積分運(yùn)算手、自動(dòng)切換功能輸出信號(hào)限幅功能3、調(diào)節(jié)器Transfer切換器常規(guī)理解：IFFLAG=TRUE，THENOUT=IN2IFFLAG=FALSE，THENOUT=IN1高低限監(jiān)視器HighLowMonitorM/A站M/AStation三種模式：手動(dòng)、自動(dòng)、就地組裝儀表典型控制系統(tǒng)圖SAMA圖SAMA圖是美國(guó)科學(xué)儀器制造協(xié)會(huì)（ScientificApparatusMaker’sAssociation）所采用的繪制圖例，它易于理解，能清楚地表示系統(tǒng)功能，廣范為自動(dòng)控制系統(tǒng)所應(yīng)用。自動(dòng)信號(hào)處理功能

測(cè)量或信號(hào)顯示功能

手動(dòng)信號(hào)處理功能

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

FTLTPTTTZT

流量變送器

液位變送器

壓力變送器

溫度變送器

位置反饋

∑△±÷×√

開(kāi)方

乘法

除法

偏量

偏差

加法

∫Kd/dtf(t)f(x)∑/N比例積分微分時(shí)間函數(shù)函數(shù)均值TA手動(dòng)切換操作

手動(dòng)增減操作

手動(dòng)設(shè)置操作

A/MTTR＞＜≯手動(dòng)/自動(dòng)切換

切換

跟蹤

大選

小選

高限

H//LV＞≮≯A/D≮高報(bào)

低報(bào)

限速

限幅

模數(shù)轉(zhuǎn)換

低限

P/II/PV/II/VD/A氣壓－電流

電流－氣壓

電壓－電流電流－電壓數(shù)模轉(zhuǎn)換

R/VMV/V熱電阻－電壓

熱電偶－電壓

信號(hào)來(lái)源

MOHO電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

f(x)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

直行程閥

角行程閥

過(guò)程變量功能信號(hào)轉(zhuǎn)換A:分析I:指示E/P電/氣轉(zhuǎn)換F:流量R:記錄M/P脈沖/氣壓轉(zhuǎn)換I:電流T:變送器I/P電流/氣壓轉(zhuǎn)換L:液位E：測(cè)量元件P:壓力∫：積分器S:速度T:溫度HZ:頻率Z:位置二、調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律

調(diào)節(jié)器根據(jù)被調(diào)量y與給定值r之間的偏差e（輸入量）,輸出調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制信號(hào)（輸出量）,從而引起調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置μ的變化，使被調(diào)量最終等于給定值。調(diào)節(jié)器的輸出量與輸入量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,稱作調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象組成的一個(gè)閉合控制回路如下圖所示：

2.1基本調(diào)節(jié)作用

調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律中最基本的調(diào)節(jié)作用是比例、積分和微分作用

,它們各有其獨(dú)特的作用，下面分別討論。

比例作用的動(dòng)態(tài)方程為：式中：e——被調(diào)量偏差，調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)；

μ——調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)；

KP——比例作用的比例系數(shù)。

傳遞函數(shù)為：（7－1）（7－2）（1）比例作用（簡(jiǎn)稱P作用）

特點(diǎn)：（1）比例作用無(wú)慣性、無(wú)遲延、動(dòng)作快,而且調(diào)節(jié)動(dòng)作方向正確。因此,比例作用在控制系統(tǒng)中是促使控制過(guò)程穩(wěn)定的因素。（2）輸出量μ與輸入量e之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，調(diào)節(jié)結(jié)果被調(diào)量最終有穩(wěn)定(靜態(tài))偏差,稱為有差調(diào)節(jié)。（2）積分作用（簡(jiǎn)稱I作用）

積分作用的動(dòng)態(tài)方程為：（7－3）KI—積分增益Ti—積分時(shí)間

傳遞函數(shù)為：（7－4）特點(diǎn):（1）無(wú)差調(diào)節(jié)；（2）控制不及時(shí),動(dòng)作慢，容易引起調(diào)節(jié)過(guò)程振蕩，

降低系統(tǒng)穩(wěn)定性；

（3）控制作用體現(xiàn)在控制過(guò)程后期。

（3）微分作用（簡(jiǎn)稱D作用）

微分作用的動(dòng)態(tài)方程為：（7－5）Kd—微分增益。

傳遞函數(shù)為：（7－6）

特點(diǎn)：（1）超前調(diào)節(jié)，補(bǔ)償延時(shí)和慣性；

（2）微分作用體現(xiàn)在控制過(guò)程的前期，限制偏差的進(jìn)一步增大?？梢杂行У販p少被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差，增強(qiáng)穩(wěn)定性；（3）偏差存在但不改變時(shí)，微分不起作用。2.2調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律（1）比例（P）調(diào)節(jié)器（7－7）

比例調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)方程與比例作用的動(dòng)態(tài)方程相同，即：式中：KP—調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，即偏差改變一個(gè)單位時(shí),調(diào)節(jié)機(jī)

構(gòu)的位移變化量；

δ—比例系數(shù)KP的倒數(shù)，稱為比例帶，即當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)的

位置改變100%時(shí),偏差產(chǎn)生的改變量。比例調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：1）比例帶增大，比例增益減小，穩(wěn)定性增強(qiáng)，控制作用減弱，動(dòng)差增大，靜差增大。比例帶減小，比例增益增大，穩(wěn)定性下降，控制作用增強(qiáng)，動(dòng)差減小，靜差減小。2）比例調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)

或?qū)懗桑?－8）

比例積分調(diào)節(jié)器是比例作用和積分作用的疊加，其動(dòng)態(tài)方程為：（2）比例積分（PI）調(diào)節(jié)器（7－9）比例積分（PI）調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：（7－10）特點(diǎn):(1）兩個(gè)可調(diào)參數(shù),即KP

和KI

或δ和Ti。

當(dāng)Ti

→∞時(shí)，PI→P；

當(dāng)Ti

→0時(shí)，即KP

→0.（Ti=KP/KI

，而

KI→∞是不可能的)時(shí)，PI→I。

（2）積分時(shí)間Ti

影響積分作用的強(qiáng)弱,比例帶δ

不但影響比例作用的強(qiáng)弱，而且也會(huì)影響積分作用的強(qiáng)弱。

（3）無(wú)差調(diào)節(jié)。PI調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)曲線把

t

=

Ti

代人式(3－11)可得：（7－11）（7－12）

式(7－12)說(shuō)明，當(dāng)總的輸出等于比例作用輸出的2倍時(shí),其時(shí)間就是積分時(shí)間Ti

。應(yīng)用這個(gè)關(guān)系我們就可以通過(guò)PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線確定積分時(shí)間Ti。階躍擾動(dòng)為Δe

0時(shí)對(duì)下圖所示單回路系統(tǒng)，保持控制對(duì)象不變化，當(dāng)調(diào)節(jié)器分別采用P、PI控制時(shí)，若保證穩(wěn)定性相同（ψp=ψPI=0.75）試分析比例帶δp

、δ

PI

，靜態(tài)偏差eP(∞)、ePI(∞)，動(dòng)態(tài)偏差eP(m)、ePI(m)的大小。若保持相同比例帶，試分析在調(diào)節(jié)器分別為P、PI時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性、靜差的大小。（3）比例微分（PD）調(diào)節(jié)器

比例微分調(diào)節(jié)器由比例作用和微分作用組合而成，理想的比例微分調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)方程為：（7－13）

或?qū)懗桑?－14）式中：Kd

——微分作用的比例系數(shù)；

Td

——微分時(shí)間。理想的比例微分（PD）調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：（7－15）

比例微分（PD）調(diào)節(jié)器有兩個(gè)可供調(diào)整的參數(shù),即KP

和Kd

或δ和Td。微分時(shí)間Td

影響調(diào)節(jié)器微分作用的強(qiáng)弱；比例帶δ不但影響調(diào)節(jié)器比例作用的強(qiáng)弱，而且也影響微分作用的強(qiáng)弱。比例微分（PD）調(diào)節(jié)器響應(yīng)曲線

上圖中（c）所示為實(shí)際比例微分（PD）調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線，其動(dòng)態(tài)方程為：（7－16）式中：TD

——微分慣性時(shí)間常數(shù)。實(shí)際比例微分（PD）調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：

上式說(shuō)明實(shí)際比例微分調(diào)節(jié)器比理想的比例微分調(diào)節(jié)器增加了一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。（7-17）實(shí)際比例微分（PD）調(diào)節(jié)器的單位階躍響應(yīng)曲線方程為：式中：KD

——微分放大系數(shù)或微分增益。

TD

——微分慣性時(shí)間常數(shù)。

微分慣性時(shí)間常數(shù)TD可以表征微分作用強(qiáng)弱:當(dāng)TD大時(shí),微分輸出部分衰減得慢，說(shuō)明微分作用強(qiáng)；反之TD

小，表示微分作用弱。而比例帶δ不但影響調(diào)節(jié)器比例作用的強(qiáng)弱，而且也影響微分作用的強(qiáng)弱。在比例微分調(diào)節(jié)器中,微分作用可以在擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)立刻產(chǎn)生一加強(qiáng)的階躍輸出，從而有效降低偏差的變化速度。之后微分作用逐漸減弱，在t→∞時(shí),只有比例作用依然存在。因此比例微分調(diào)節(jié)器不能消除被調(diào)量的穩(wěn)態(tài)偏差,是一種有差調(diào)節(jié)器。對(duì)下圖所示單回路系統(tǒng)，保持控制對(duì)象不變化，當(dāng)調(diào)節(jié)器分別采用P、PD控制時(shí)，若保證穩(wěn)定性相同（ψp=ψPD=0.75）試分析比例帶δp

、δ

PD

，靜態(tài)偏差eP(∞)、ePD(∞)，動(dòng)態(tài)偏差eP(m)、ePD(m)的大小。若保持相同比例帶，試分析在調(diào)節(jié)器分別為P、PD時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性、靜差、動(dòng)差的大小。

理想的比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器由比例、積分和微分三種調(diào)節(jié)作用疊加而成，其動(dòng)態(tài)方程為：（7-18）理想的比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：（7-19）（4）比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器P作用：保證穩(wěn)定性；I作用：無(wú)差調(diào)節(jié)；D作用：超前調(diào)節(jié)，補(bǔ)償延時(shí)和慣性。

實(shí)際比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)方程為：（7-20）其傳遞函數(shù)為：（7-21）式中：實(shí)際PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下圖所示：

特點(diǎn)：D預(yù)調(diào)；I細(xì)調(diào)，P是一種基本的調(diào)節(jié)作用，一直調(diào)。三、

對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響

控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量主要用衰減率

、動(dòng)態(tài)偏差ym、靜態(tài)偏差e（）、控制時(shí)間ts

等表示,以下主要討論對(duì)象的特征參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響。

3.1干擾通道特征參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響（1）放大系數(shù)Kλ對(duì)控制質(zhì)量的影響KP—調(diào)節(jié)器放大系數(shù)；

K

—干擾通道放大系數(shù)；

K0

—控制通道放大系數(shù)。在單位階躍擾動(dòng)下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值為：

在單回路控制系統(tǒng)方框圖中,設(shè)調(diào)節(jié)器為比例控制規(guī)律，則被調(diào)量Y(s)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

上式說(shuō)明，干擾通道的放大系數(shù)K

越大，在擾動(dòng)作用下控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差、穩(wěn)態(tài)誤差(靜態(tài)偏差)越大。因此干擾通道放大系數(shù)越小越好，這樣可使動(dòng)態(tài)偏差、穩(wěn)態(tài)誤差減小，控制精度提高。當(dāng)干擾通道放大系數(shù)K

分別為1、2、3時(shí)的仿真曲線如下圖所示：干擾通道放大系數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響（2）時(shí)間常數(shù)Tλ和階次n對(duì)控制質(zhì)量的影響

設(shè)單回路控制系統(tǒng)中干擾通道放大系數(shù)

K

=1，且干擾通道Wλ(s)為一階慣性環(huán)節(jié)，則被調(diào)量對(duì)擾動(dòng)的傳遞函數(shù)為：

干擾通道時(shí)間常數(shù)T

的變化將影響系統(tǒng)穩(wěn)定性裕度和動(dòng)態(tài)偏差，當(dāng)干擾通道的時(shí)間常數(shù)T

增大時(shí)，干擾作用減弱，系統(tǒng)穩(wěn)定性裕度增大；反之則系統(tǒng)穩(wěn)定性裕度減小。因此干擾通道的時(shí)間常數(shù)越大越好，這樣可使系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕度提高。干擾通道時(shí)間常數(shù)T

分別為20、30、40時(shí)的仿真曲線如圖所示：干擾通道時(shí)間常數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響

由上式可見(jiàn),當(dāng)干擾通道為n

階慣性環(huán)節(jié)時(shí)，干擾通道的放大系數(shù)減少了Tλn

倍，所以隨著階次n的增加，閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差減小。從物理意義上講,具有慣性環(huán)節(jié)特性的干擾通道,相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器，可以減小動(dòng)態(tài)偏差，削弱擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)工作的影響。干擾通道階次對(duì)控制質(zhì)量的影響若干擾通道為高階慣性環(huán)節(jié)，即W(s)=1/(1+

Ts)n時(shí)，則：（3）遲延時(shí)間τ對(duì)控制質(zhì)量的影響

當(dāng)干擾通道存在遲延τ時(shí)，相當(dāng)于一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)了一個(gè)遲延環(huán)節(jié)，此時(shí)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為:

（4－4）根據(jù)遲延定理：（4－5）

因此，干擾通道遲延時(shí)間τ的存在僅使被調(diào)量在時(shí)間軸上平移了一個(gè)τ值，即過(guò)渡過(guò)程增加了一個(gè)τ時(shí)間，并不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。干擾通道存在遲延時(shí)間τ時(shí)的仿真曲線如下圖所示：干擾通道遲延時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響（4）多個(gè)擾動(dòng)對(duì)控制質(zhì)量的影響

控制系統(tǒng)有時(shí)同時(shí)受到多個(gè)擾動(dòng)的影響，此時(shí)控制系統(tǒng)方框圖如下圖所示：

進(jìn)入控制系統(tǒng)的擾動(dòng)有三個(gè)，將擾動(dòng)均變換到系統(tǒng)出口處,則等效變換后控制系統(tǒng)方框圖如下圖所示：

利用前面的討論結(jié)果,并假設(shè)各擾動(dòng)通道的放大系數(shù)相同,可以看出x1對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量影響最小,而擾動(dòng)x3對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量影響最大,也就是說(shuō)擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置離輸出(被調(diào)量)越遠(yuǎn),對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響就越小。3.2控制通道特征參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響（1）放大系數(shù)Ko對(duì)控制質(zhì)量的影響

被控對(duì)象放大系數(shù)Ko對(duì)控制質(zhì)量的影響控制通道的放大系數(shù)KPKo為互補(bǔ)關(guān)系，可以通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)KP保證兩者乘積滿足設(shè)計(jì)要求。K01>K02>K03KPK0=Cons.穩(wěn)定性不變左圖中Kp保持不變，說(shuō)明了？（2）時(shí)間常數(shù)T

對(duì)控制質(zhì)量的影響

控制通道的時(shí)間常數(shù)T如果增大,系統(tǒng)的反應(yīng)速度慢,工作頻率下降,過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)。因此減小控制通道的時(shí)間常數(shù)，能提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量?？刂仆ǖ赖臅r(shí)間常數(shù)T分別為20、30、40時(shí)的仿真曲線如下圖所示：時(shí)間常數(shù)T對(duì)控制質(zhì)量的影響（3）慣性對(duì)象階次n

對(duì)控制質(zhì)量的影響

控制通道的慣性對(duì)象階次n

越小越好，這樣可使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間減小，穩(wěn)定性裕度增大?？刂仆ǖ赖膽T性對(duì)象階次n

分別等于2、3、4時(shí)的仿真曲線如下圖所示：慣性對(duì)象階次n對(duì)控制質(zhì)量的影響（4）有遲延對(duì)象時(shí)間常數(shù)Tc對(duì)控制質(zhì)量的影響

控制通道存在遲延時(shí),將對(duì)控制質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。控制通道的遲延時(shí)間τ越大,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間越大。有遲延對(duì)象時(shí)間常數(shù)Tc增加,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間增大，穩(wěn)定性裕度減小，說(shuō)明時(shí)間常數(shù)Tc減小能提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。有遲延對(duì)象時(shí)間常數(shù)Tc分別為25、110、150時(shí)的仿真曲線如下圖所示：有遲延對(duì)象時(shí)間常數(shù)Tc對(duì)控制質(zhì)量的影響被控對(duì)象階躍響應(yīng)被控量輸出關(guān)鍵：τ/Tc四、單回路控制系統(tǒng)的整定

控制系統(tǒng)的整定是指在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定、控制儀表與控制對(duì)象等都處在正常狀態(tài)的情況下，通過(guò)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)(δ、Ti

、Td)使控制系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)，取得最佳的控制效果?？刂葡到y(tǒng)的整定有理論計(jì)算方法（略）和工程整定方法。4.1動(dòng)態(tài)參數(shù)法（階躍響應(yīng)曲線法、圖表法）

在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于典型的熱工被控對(duì)象，可以根據(jù)其階躍響應(yīng)特性曲線，通過(guò)作圖和查表的方法對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定，其典型特征為開(kāi)環(huán)特性實(shí)驗(yàn)。下面以過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定過(guò)程為例進(jìn)行介紹，通過(guò)試驗(yàn)可得過(guò)熱蒸汽溫度在減溫水?dāng)_動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線：根據(jù)響應(yīng)曲線可計(jì)算被控對(duì)象的相應(yīng)特征參數(shù):自平衡率或放大系數(shù)，時(shí)間常數(shù)Tc，及τ/Tc。查表控制器KpTiTdKpTiTdP1/ετ////PI0.83/ετ3.3τ0.8Tc/PID1.25/ετ2τ0.5τ0.81Tc+0.19τ0.25Ti動(dòng)態(tài)參數(shù)法計(jì)算公式（有自平衡能力對(duì)象，φ=0.75）控制器KpTiTdP1/ετ//PI0.83/ετ3.3τ/PID1.25/ετ2τ0.5τ動(dòng)態(tài)參數(shù)法計(jì)算公式（無(wú)自平衡能力對(duì)象，φ=0.75）動(dòng)態(tài)參數(shù)法計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)需注意：1、適用由等效調(diào)節(jié)器與廣義對(duì)象組成的單回路系統(tǒng)方框圖。2、分為兩種情形獲得調(diào)節(jié)器參數(shù)（1）已知階躍響應(yīng)曲線；（2）已知對(duì)象高階傳遞函數(shù)。已知對(duì)某單回路系統(tǒng)對(duì)象進(jìn)行階躍響應(yīng)試驗(yàn)曲線如上圖所示，τ=110s,Tc=220s,y(∞)=8,x0=5，試整定調(diào)節(jié)器（PID）參數(shù)（假設(shè)執(zhí)行器、變送器、閥門(mén)系數(shù)均為1）。步驟：1）求τ/Tc

，2）查表計(jì)算Kp、Ti、Td。

注意：若單回路系統(tǒng)中除調(diào)節(jié)器、被控對(duì)象外其他各環(huán)節(jié)不為1，則需由階躍響應(yīng)曲線首先確定（廣義）對(duì)象與（等效）調(diào)節(jié)器。然后再確定最終需整定參數(shù)與查表所得的（等效）調(diào)節(jié)器參數(shù)之間的關(guān)系。）若已知x為階躍輸入，y為響應(yīng)輸出的階躍響應(yīng)曲線，且τ=110s,Tc=220s,y(∞)=8,x0=5，Kz=1.5,Kμ=2,Km=0.1試整定調(diào)節(jié)器（PI）參數(shù)步驟：1）確定等效調(diào)節(jié)器與（廣義）對(duì)象。將上述單回路系統(tǒng)等效為只有一個(gè)調(diào)節(jié)器一個(gè)對(duì)象的單回路簡(jiǎn)圖。確定等效調(diào)節(jié)器WT*(s)各參數(shù)與實(shí)際待整定調(diào)節(jié)器WT(s)參數(shù)之間的關(guān)系。

2）求τ/Tc

，3）查表計(jì)算Kp*、Ti*，進(jìn)而求調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp、Ti

。某單回路系統(tǒng)如上圖所示，已知對(duì)象高階傳遞函數(shù)：

，試整定調(diào)節(jié)器WT(s)（PI型）參數(shù)。步驟：1）由n=6，查表得τ/Tc

及Tc/T，計(jì)算得Tc

。2）查動(dòng)態(tài)參數(shù)表右側(cè)計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)。4.2臨界比例帶法直接通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)的試運(yùn)行來(lái)確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。

將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Ti調(diào)至無(wú)窮大，微分時(shí)間Td調(diào)至零；將比例帶δ調(diào)至較大值，然后使系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行；逐漸減小比例帶δ，直至調(diào)節(jié)過(guò)程出現(xiàn)等幅振蕩為止；根據(jù)此時(shí)的比例增益KpK（比例帶δK）和振蕩周期TK

通過(guò)查表確定調(diào)節(jié)器參數(shù)。

在系統(tǒng)中微調(diào)，直到滿意為止。控制器KpTiTdPKpK/2//KpK/2.4//PIKpK/2.20.85TK/KpK/3.00.6TK/PIDKpK/1