14-项目三学习情境(任务一)

TD T KD
时间常数
• 实际微分控制规律： • 比例作用（比例度100%）+近似微分作用
KD t TD
p p P p D A A( K D 1)e
比例度不能改变的比例微分控制器
• 2）比例微分控制规律： • 比例作用+微分作用
de(t ) p p P p D [e(t ) TD ] dt
p(t ) K P e(t )
比例放大系数
特点： 1、控制输出及时 2、输出输入成比例
阶跃偏差输入
规律：（偏差一定） 1、KP大，作用强 2、KP小，作用弱
规律：（KP一定） 1、偏差大，作用强 2、偏差小，作用弱
• 比例放大倍数KP调整——比例度 调整
e (t ) (emax emin ) e(t ) emax e(t ) 1 K K* p (t ) ( pmax pmin ) p(t ) pmax p(t ) KP
积分控制
积分速度
• 1）积分控制规律 • 控制器输出变化与输入偏差的积分成比例。
p (t ) K I e(t )dt
特点： 1、控制输出与偏差大小有关 2、控制输出与偏差存在的时间长短有关 3、控制输出稳定，偏差为零，系统才能稳定 ——消除偏差
p (t ) K I e(t )dt K I At


A

2
A

p P p I
A / 1 / Adt
从阶跃输入时刻起，PI控制器的输出达到比例输出的 2倍时所经历的时间就是积分时间
特点：（比例度不变时） 1、积分时间越长，积分作用越弱，余差抵制效果越差 2、积分时间越短，积分作用越强，过程振荡加剧，但余差被克服 ——克服余差，但稳定性受影响。
• 2）比例积分控制规律
1 p(t ) [e(t ) e(t )dt] TI
比例度 积分时间
1
阶跃偏差输入
特点： 1、控制及时
2、克服偏差有力 3、克服余差 4、实现准确控制
• 3）积分时间及其对控制过程的影响
1 p(t ) ( A TI
1

TI
0
AdtБайду номын сангаас
A
• 【项目学习目标】
• 技能目标： • 1、能熟练使用单回路控制算法对生产过程控制系统进行 参数整定，控制效果良好； • 2、能正确使用串级、比值、位式控制算法对所给定系统 进行参数整定，控制效果良好。
【项目学习内容】
• 1、学习过程控制仪表基本知识，了解控制器和执 行器的分类、结构、特点、选型方法；
• 2、控制器特性：控制器输出与输入之间的 关系。 • 控制器输入：设定值-测量值=偏差 • 控制器输出：执行器的控制命令 • 即：控制器特性，是控制器输出信号随输 入信号变化规律——控制器的控制规律。
• • • •
3、控制器基本控制规律： 比例控制P 积分控制I 微分控制D
比例控制P
• 1）比例控制规律：控制器输出的控制信号与偏差 的大小成比例。
资讯
实施
任务资讯
• （一）过程控制仪表与执行器
• 1、单回路控制系统的基本组成 • 2、单回路控制系统的工作原理
• ——控制功能的对象：被控对象 • ——控制功能的测量：检测变送环节 • ——控制功能的实现：控制器/调节器/过程 控制仪表/控制仪表 • ——控制功能的实施：执行器
1、控制器/控制仪表
任务一 生产过程控制系统控制功能实现策略
学习情境
基于JX-300XP的实训装置CS2000（AE2000）控制算法实现
任务一
任务主要内容：
生产过程控制系统控制功能实现策略
在多媒体机房专业教室，资讯相关信息，学习生产过程控制系统控制功能实现时，所 采用的常规控制算法及复杂控制算法的基本控制原理、参数调整方法。 任务实施过程 查询控制器基本控制规律与复杂控制规律等相关信息。 引导问题： 1. 生产过程控制系统控制功能如何实现？什么仪器实现？ 2. 生产过程控制系统控制功能实现方法？算法原理？ 3. 生产过程控制系统控制功能实现过程？调试方法？ 1. 2. 3. 4. 资讯相关信息 控制算法选择 控制功能实现中参数调整方法讨论 学习报告
• 微分时间越大，微分作用强，使过程的动 态偏差减小，余差也能小些； • 微分时间太大，微分作用太大，容易引起 系统的振荡； • 微分时间太小，微分作用太弱，对动态偏 差抑制不好，波动周期长。
• 特别适用于负荷变化较大，扰动幅度较大 或对象滞后较大的场合； • 当系统的纯滞后较大时，微分作用是无能 为力的。
• K=1（单元组合仪表各单元之间采用统一信号标准）
1 KP
规律：（偏差一定） 1、比例度小，作用强 2、比例度大，作用弱
规律：（比例度一定） 1、偏差大，作用强 2、偏差小，作用弱
• 2）比例度对过度过程的影响 增大比例度，控制作用小，余差增大 减小比例度，控制作用大，余差减小
• ►对象的滞后较小、时间常数较大及放大倍 数较小： • 控制器的比例度可以选得小一些，以提高 整个系统的灵敏度，使反应加快一些； • ►若对象滞后较大、时间常数较小以及放大 倍数较大时： • 比例度就必须选得大些，以增加系统的稳 定性。 • 工业生产通常要求控制系统具有振荡不太 激烈，余差不太大的过渡过程，即衰减比 在4:1～10:1的范围内。
• 结构：输入电路、给定电路、PID运算电路、自 动与手动切换电路、输出电路、指示电路组成。
• • • •
（5）局限性 功能单一，灵活性差 信息分散，需大量仪表，监视操作不便 接线过多，系统维护困难
数字控制仪表
• 大规模集成电路和计算机技术——自动控 制、计算机及通信技术、网络技术——数 字控制仪表 • （1）特点： • 功能丰富，更加灵活，体积小、功耗低 • 具有自诊断功能 • 具有数据通信功能，可以组成测控网络
输入信号与位置反馈信号进行比 较，将差值放大
经减速输出，带动阀门
液动执行器
• 液动执行器主要是利用液压的原理推动执 行机构。它的推力大，适用于负荷较大的 场合，但由于其辅助设备大而笨重，化工 生产中较少使用，主要用于制造业。
• （4）总结 • 电动调节阀、气动调节阀、液动调节阀三 • 1）电动调节阀：电源配备方便，信号传输 快、损失小，可远距离传输；但推力较小。 • 2）气动调节阀：结构简单，可靠，维护方 便，防火防爆；但气源配备不方便。 • 3）液动调节阀：用液压传递动力，推力最 大；但安装、维护麻烦，使用不多。
3）比例积分微分控制
1 de p p P p I p D (e edt TD ) TI dt 1
• （3）分类——能源（信号源） • 气动、电动、液动
气动执行器
• 气动薄膜式、气动活塞式 • 压缩空气信号标准：20-100Kpa • 化工行业——气动薄膜执行器
电动执行器
• 电信号标准：0-10mA,4-20mA DC • 过程：电信号——角位移/直行程位移—— 控制机构 • 输出方式（依据调节结构）：直行程、角 行程和多转式。 • 控制过程：
2、执行器
• （1）作用：接受控制器发送的控制信号， 直接控制能量或物料等介质的输送量，以 控制过程变量，使之稳定在要求范围内。 • （2）组成：执行机构和调节机构
• 1）执行机构是执行器的推动装置，它按控 制信号压力的大小产生相应的推力，推动 控制机构动作，所以它是将信号压力的大 小转换为阀杆位移的装置。 • 2）调节机构是执行器的控制部分，它直接 与被控介质接触，控制流体的流量。所以 它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的 装置。
• • • • • • （1）作用： 比较（偏差） 运算（结果） 输出（命令） （2）分类： 按信号形式分：模拟控制仪表、数字控制 仪表
模拟控制仪表
• （1）信号：模拟信号 • （2）结构：电动 • （3）组成：比较环节、放大环节、反馈环 节
• （4）代表控制器 • DDZ-III型模拟调节器——电动单元组合仪 表（主流模拟调节器） • 信号类型：4-20mA DC, 1-5V DC • 在同类调节器中优势比较明显。
de(t ) p TD dt
1、微分作用于偏差变化的速度成正比。 2、输入偏差如果不发生变化，微分作用输出为零。
阶跃偏差输入
理想微分控制作用
近似微分控制作用
• 实际微分控制规律： • 比例作用（比例度100%）+近似微分作用
KD t TD
p p P p D A A( K D 1)e
• • • • •
实现了模拟仪表与计算机一体化 具有丰富的运算控制功能 使用灵活方便，通用性强 具有通信功能，便于系统扩展 可靠性高，维护方便
• （2）硬件组成：主机电路、过程输入通道、 过程输出通道、人机部件、通信部件。
• （3）软件组成： • 系统管理软件 • 主要包括监控程序和中断处理程序两部分， 它们是控制器软件的主体。 • 用户应用软件 • 用户应用软件由用户自行编制，采用POL （面向过程语言）编程，因而设计简单、 操作方便。
1
比例度固定
• 当被控变量增大时，微分作用就改变控制 阀开度去阻止它增大；反之，当被控变量 减小时，微分作用就改变控制阀开度去阻 止它减小。由此可见，微分作用具有抑制 振荡的效果。
• 在控制系统中，适当地增加微分作用后， 可以提高系统的稳定性，减少被控变量的 波动幅度，并降低余差。 • 特别对于噪声比较严重的系统，采用微分 作用要特别慎重。 • 工业上常用控制器的微分时间可在数秒至 几分钟的范围内调整。
阶跃偏差输入
规律：（偏差一定） 1、KI大，作用强 2、KI小，作用弱
• 积分速度——积分时间
dp KI A dt
TI 1 / K I
问题：