第四章控制器的作用規(guī)律

第四章控制器的作用規(guī)律第一頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-0引言ST控制器是組成控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)之一，也是系統(tǒng)中控制儀表的核心部分。根據(jù)控制要求和控制對象的特性，應(yīng)采用不同作用規(guī)律的控制器。第二頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-0引言ST控制器的兩個研究方面：作用規(guī)律：p(t)=f(e(t))，即傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)。也稱控制規(guī)律或調(diào)節(jié)規(guī)律。2.作用強(qiáng)度：每一種作用規(guī)律的控制強(qiáng)度。反映在傳遞函數(shù)中，就是其分子和分母中的各項系數(shù)。END第三頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-1兩位式控制器ST被控量在設(shè)定的上限和下限之間變化，調(diào)節(jié)器的輸出只有兩個狀態(tài)（0或1）。Fig.4-2Fig.4-3例1浮子式鍋爐水位的兩位控制。被控量輸出曲線第四頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-1兩位式控制器STFig.4-4例2兩位式壓力開關(guān)。END下限值（P下）：由給定值彈簧設(shè)定上限值（P上）：由幅差彈簧設(shè)定P上=P下+ΔP若壓力整定范圍P下～P上：0kg/cm2～8kg/cm2，ΔP=0.7kg/cm2～2.5kg/cm2，要求范圍為6.4kg/cm2～7.5kg/cm2，則調(diào)整方法為：（1）調(diào)整給定螺釘，使指針指在6.4kg/cm2上；（2）調(diào)整幅差彈簧2.2格第五頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST比例作用規(guī)律（P）：控制器的輸出變化量與輸入（偏差）變化量成比例。K——比例系數(shù)第六頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST例：浮子式水位比例控制系統(tǒng)比例帶δ（或PB）：當(dāng)控制器的輸出作100%變化時，其輸入量變化（數(shù)值上等于被控量的變化）的百分?jǐn)?shù)。圖4-5例：第七頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST比例控制器的輸出曲線：tthμΔht0t0比例控制器的特點(diǎn)：存在靜態(tài)偏差原因：控制器的輸出依賴于偏差的存在而存在。δ↑→比例作用↓→靜態(tài)偏差↑δ↓→比例作用↑→靜態(tài)偏差↓第八頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST采用比例控制器的單容水柜水位控制系統(tǒng)過渡過程：＋－－＋△λGf(s)GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)hh0h△Q△Q1△Q2△h△μ△λ↑→h↓第九頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST－＋GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)h△Q△Q1或△Q2△λ第十頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST＋－＋GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)hh0h△h△μ－△λ第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST＋h0h－△λh△λ-1第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律STh△λ-1h△λ-1第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST從傳遞函數(shù)可以看出，這是一個一階慣性系統(tǒng)，若關(guān)小出水閥，即，則可求出其過渡過程曲線如圖4-9所示。特點(diǎn)：（1）非周期過程，不會產(chǎn)生振蕩；（2）有差控制，且比例系數(shù)KP越大（或δ越?。?，靜態(tài)偏差越小。第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST采用比例控制器的雙容水柜水位控制系統(tǒng)過渡過程：圖4-10對象傳遞函數(shù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-2比例作用規(guī)律ST比例帶δ對控制系統(tǒng)過渡過程的影響：圖4-11表4-1END第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-3積分作用規(guī)律ST積分作用（I）：控制器的輸出與輸入之間呈積分關(guān)系。TI

——積分時間。TI↑→積分作用↓hμttt0t1圖4-13第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-3積分作用規(guī)律ST若輸入偏差為Δh,則輸出當(dāng)t=TI時，Δμ=

Δh因此，TI等于控制器的輸出變化到與其階躍輸入量相等時所需的時間。

第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-3積分作用規(guī)律ST若用代替單容水位控制系統(tǒng)中的Gc(s)，則控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)當(dāng)階躍擾動量為Δλ時圖4-16END第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-3積分作用規(guī)律STEND積分時間TI越大積分作用越弱穩(wěn)定程度增高最大偏差越大靜差消失上升時間長振蕩周期大第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-4比例積分作用規(guī)律ST由于積分作用容易導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，因此一般不采用單純的積分控制器，而是將其與比例作用相結(jié)合構(gòu)成比例積分（PI）控制器。TI——積分時間常數(shù)；Ti——積分時間;δ——比例帶第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-4比例積分作用規(guī)律ST積分時間的物理意義：積分輸出達(dá)到比例輸出所需的時間。令t=Ti則實際上，一般將積分時間定義為δ=100%時積分輸出達(dá)到比例輸出所需的時間。第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-4比例積分作用規(guī)律ST采用比例積分控制器的單容水柜水位控制系統(tǒng)的動態(tài)過程:圖4-18第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-4比例積分作用規(guī)律ST與采用純積分控制器時的比較:（1）阻尼系數(shù)增加，過渡過程變得更穩(wěn)定。（2）增加，過渡過程的振蕩趨于平緩。（純積分）（純積分）第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-4比例積分作用規(guī)律ST積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響：圖4-19END第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-5比例微分作用規(guī)律ST控制器的微分作用是指其輸出與輸入的微分，即偏差變化速度成比例。這樣，微分作用可以在偏差變化較快時起到超前控制的作用。但當(dāng)偏差不再變化時，微分輸出將消失，因此微分作用常與比例作用一起形成比例微分（PD）控制器?；騎D——微分時間常數(shù)；Td——微分時間第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-5比例微分作用規(guī)律ST實際的比例微分控制器的傳遞函數(shù)：Kp——比例系數(shù)；δ——比例帶；Td——微分時間；KD——微分放大系數(shù)第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-5比例微分作用規(guī)律ST實際的比例微分控制器的輸出特性：圖4-21采用比例微分控制器的水位控制系統(tǒng)動態(tài)過程：圖4-23氣動比例微分控制器的實現(xiàn)：圖4-22微分時間對過度過程的影響：圖4-24END總之：微分作用總是阻止被控量的任何變化，適當(dāng)增加微分作用可以減小被控量的動態(tài)偏差，具有抑制振蕩，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的效果。第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-6比例積分微分作用規(guī)律ST比例積分微分作用規(guī)律（PID）：比例、積分和微分作用的組合。實際的比例積分微分控制器的傳遞函數(shù)：第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-6比例積分微分作用規(guī)律STPID控制器的輸出特性：圖4-25采用PID控制器的液位控制系統(tǒng)動態(tài)過程：圖4-26P、I、PI、PD和PID控制效果比較：圖4-27END本章習(xí)題庫第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-7控制器作用規(guī)律的實現(xiàn)方法ST控制規(guī)律的實現(xiàn)方法是在控制器內(nèi)部采用反饋。不同的反饋環(huán)節(jié)可得到不同的控制規(guī)律KGf(s)＋Xi(s)Xo(s)－第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-7控制器作用規(guī)律的實現(xiàn)方法ST1.氣動比例控制器 圖4-302.氣動比例積分控制器 圖4-323.氣動比例積分控制器 ◎4.氣動比例積分微分控制器 ◎第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-7控制器作用規(guī)律的實現(xiàn)方法ST第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日§4-7控制器作用規(guī)律的實現(xiàn)方法STP測cdRd氣源輸入負(fù)反負(fù)反正反測量給定放大器跟隨器RpRi第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-2ST改變銷釘?shù)奈恢?，可調(diào)節(jié)上下限值。第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-1fig4-3ST第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-4ST第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-5ST第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-10ST第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-11ST第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-16ST第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-17，18ST第四十三頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-20ST第四十四頁，共五十頁，2022年，8月28日Fig4-21ST第四十五頁，共五