控制器仪表_图文
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一．比例调节的动作规律 P
比例控制数学表达式 ：
为调节器输出的增量值， 为被控参数与给定值之差。
纯比例调节器的阶跃响应特性
P控制的比例带
称为比例带
比例带对系统响应的影响
比例带对系统的影响：比例带减小系统静差将减小， 震荡频率提高响应速度加快但同时超调增大稳定性降低。
比例调节动作规律分析
水位调节系统实例
已知水箱水位控制系统如图 所示，假设系统处于初始无偏差 状态。此时将输出水阀开度增大 ，试分析系统动态响应过程！
比例调节系统实例
自力式液位 比例控制系统
响应分析
∆Q2
t
原来系统处于平衡，进水 h
量与出水量相等，此时进水阀
t
有一开度。
e
t=0时，出水量阶跃增加
t
，引起液位下降，浮球下移带
动进水阀开大。
标准的PID控制器都设有正反作用开关来适应这两种情况。
正作用与反作用
DDZ-Ⅲ的正反作用切换电路
硬手动与软手动
三 硬手动与软手动
在PID控制器的使用中经常需要手动操作系统，例如在测定 被控对象的阶跃响应曲线时就需要断开闭环调节人为的加入阶跃 干扰信号，所以通用PID调节器都有手动操作方式。
手动操作分软手动与硬手动 两种，所谓软手动是指调节器 输出与手动输入电压成积分关 系；所谓硬手动是指调节器输 出与手动电压成比例关系
晶闸管外壳氩弧焊机电流控制实例
PID算法需要注意的问题
积分饱和的对策？
积分饱和是因控制系统间歇工作或大偏差长时间得不到矫正 使得调节器输出达到极值产生的。积分饱和使控制器不能及时反 向动作而暂时丧失调节能力，对控制系统性能带来严重影响！
工业标准PID控制器
DDZ-Ⅲ型调节仪
1-双针垂直指示器 2-外给定指示灯 3-内给定设定轮 4-自动—软手动—硬手动
实验用AI-808系列调节仪介绍
(1)调节输出指示灯 (2)报警1指示灯 (3)报警2指示灯 (4)AUX辅助接口工作指示灯 (5)显示转换（兼参数设置进入) (6)数据移位（兼手动/自动切换）
(7)数据减少键 (8)数据增加键 (9)光柱（选购件）可指示测量值或输出值 (10)给定植显示窗 (11)测量值显示窗
积分调节的动作规律
二．积分调节的动作规律 I
积分调节规律是一种无差调节，采用积分调节可以 提高系统稳态控制精度，但是积分调节的过渡过程时间 很长而且会加剧系统的不稳定程度。
积分调节的动作规律
比例积分调节规律 PI
比例积分调节规律将比例的快速性与积分的消除静差 结合起来具有比较好的控制效果。
积分调节的动作规律
PID算法需要注意的问题
一、不完全微分算法
1、理想微分算法物理无法实现 2、执行器难以响应理想微分的输出
不完全微分算法可以看作 是误差信号先进行一阶惯性滤 波，再进行理想微分运算。
PID算法需要注意的问题
微分增益
阶跃输入下不完全微分响应曲线
微分突变
微分调节对高频噪声有放 大作用，因此只适用于时间常 数较大的多容过程。对流量、 压力等变化剧烈的对象容易引 起系统震荡。
推导过程 ：
PD控制参数的物理含义
V02
63% αV01/n
t TD/n
PD控制器微分切除方法
当 S8 置于“断” 时，微分被切除，A2 只作比例运算。有：
这时微分电容被开关S8接在9.1K分压电阻两端，使CD右端始终 跟随电压V01/n。当开关S8切换到“通”时，保证无扰动切换。
数字式PID调节仪
PID调节的动作规律
四． PID调节的动作规律
PID控制的特点
PID控制作用中，比例 作用是基础控制；微分作用 是用于加快系统控制速度； 积分作用是用于消除静差。
PID调节器的阶跃响应特性
PID控制器 取P,I,D三者的长处，与PD相比提高了系统无差度 ，与PI相比系统多了一个零点可以改善系统的动态特性。因 此PID兼顾了动静两方面要求，达到较完美的控制效果。
要掌握一个调节器，首要的问题是弄清楚它具有 什么样的调节规律，即它的输出量与输入量(偏差信 号)之间具有什么样的函数关系。
最简单的两位式调节器
例1:两位式温度控制器
两位式调节器
过程控制系统中大多数对象都 可以用下式所示的一阶加纯滞后环 节近似。
两位式调节器特性曲线
两位式调节器
使用这种调节器时后 面的执行器特别简单， 例如控制电能时只需要 电磁开关，控制流量时 只要用通断阀便可进行 调节，因此在要求不高 的场合获得了广泛的应 用。
正作用与反作用
二 正作用与反作用
左图所示的过热蒸汽 温度控制系统与前面提到 的加热炉温度控制系统都 是负反馈系统但两者有很 明显的不同，在过热蒸汽 温度控制系统中当温度升 高时需要开大阀门而在加 热炉温度控制系统中需要 关小阀门。
在过热蒸汽温度控制系统中偏差为负（被控量大于给定值）时 要求输出增大，而加热炉温度控制系统中偏差为负时要求输出减 小，也就是调节器的增益为负。
工作状态的无扰切换
硬手动与软手动
软手动操作
慢速向下调节
硬手动操作
实验一
实验二
实验三
实验四
切换开关 5-硬手动操作杆 6-输出指示器 7-软手动操作板键
模拟PID控制器原理图
比例微分运算电路
比例度调节 微分时间调节
PD传递函数
ID
PD电路以A2为核心组成
。微分作用可选择用与
不用。开关S8打向“断”
时，构成 P电路；开关
S8打向“通”时，构成
PD电路。
由
ID
因 得
和 推导可得 ：
PD传递函数推导
PID算法需要注意的问题
二、微分先行算法
控制器设置微分运算的目的是为了预测偏差的变化趋势，按 TD时刻后的预测误差进行调节。然而设定值改变时也会产生很强 的阶跃误差干扰，会给控制系统造成很大的冲击。为了解决这个 问题提出了微分先行算法！
微分先行控制器结构
PID算法需要注意的问题
三、积分饱和问题
控制实例：
YS-80系列PID控制器
YS-80硬件结构框图
YS-80电路示意图
YS-80运算流程
YS-80功能组态
PID控制器使用中的几个问题
一 内给定与外给定
在左图所示的控制系统中控 制器AC和TC的给定值是确定 的，它们的给定值由控制器内 部产生的，属于定值控制
而控制器PC的给定值是控制 器TC的输出，对PC而言给定值 是外部输入的，属于随动控制
p
当进水量增加到与出水量
相等时，系统重新平衡，液位
t
也不再变化。
∆Q1
t
Байду номын сангаас
比例调节动作规律分析
比例控制特点：
控制及时、适当。只要有偏差 ，输出立刻成比例地变化，偏差越 大，输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，如 果被调量偏差为零，调节器的输出 也就为零
u = KC e
比例调节在什么情况下可以达到稳态无差？ 1、KC趋于无穷大 2、使稳态误差等于0 的uss＝u0 3、提高系统型次
间逐渐增强，控制动作缓慢，故积
分作用不单独使用。
t
积分调节的动作规律
积分调节存在的不足
比例积分调节规律没有利用系统输出的趋势信息，没 有预测能力，导致调节效果不理想！
微分调节的动作规律
三．比例微分调节的动作规律 PD
微分调节的预测能力
微分时间常数的物理含义
微分输出正比于TD时间后 的预测误差！ 微分调节规律是一种有差调节不能单独使用，PD调节器能提 高系统的稳定度，有效抑制过渡过程的超调，而且微分的存在允 许减小比例带减小静差。但D调节不适用于变化剧烈的对象。
比例积分调节规律 PI
所以积分调节部分可以看作是自动的u0重置！
积分调节消除误差的原理
积分调节的动作规律
积分时间常数 的物理含义
积分控制的特点
当有偏差存在时，积分输出将随时间增长（或减小） ；当偏差消失时，输出能保持在某一值上。
e
比例积分积分作用具有保持
功能，故积分控制可以消除余差。
E
t
u
比例积分积分输出信号随着时
显然，调节对象的滞 后时间愈小，炉温的摆 动幅度就愈小，但调节 器动作频率将愈大，有 甚至会达到不能容许的 程度。
两位式调节器的滞回特性
为了降低开关动作频率两位式调节器都设置了不 灵敏区，其控制特性如图示。使用这种两位式调节器 可以使开关动作频率降低，延长执行器的寿命。
滞回调节器的响应特性
两位式调节器的特性
控制器仪表_图文.ppt
第三章 3.1调节器仪表
一 调节器（控制器）的概念 二 最简单的两位式调节器 三 PID控制的基本特性 四 PID算法的常见问题 五 工业标准PID调节器 六 PID控制器使用中的问题
调节器(控制器)的概念
调节器 是指把测量值和给定值进行比较，得出被调
量的偏差并根据一定的调节规律产生输出信号，推动 执行器对生产过程进行自动控制的装置。
通用的标准PID控制器既可以 接受外部给定有能产生内部给 定信号。
内给定与外给定
由测量元件送来的被控量的测量值（4-20MA）被转换成1-5V电 压信号输入到调节器，与给定值比较产生偏差信号进行PID运算。 系统的给定值有两种可能的来源，对于定值控制系统设定值由PID 调节器内部的基准源和电位器产生，通过调节电位器就可以改变设 定值。对于随动控制系统其设定值由外部输入的标准信号产生。
缺点：过程变量会围绕期望值在一定范围内 不停的震荡。
原因：两位式控制实际上是一种“断续”的控 制方式，即每当误差超出上限或低于下限时控 制器才会动作。而其他时刻，系统实际处于开 环状态。任凭被控变量缓慢波动而不调节！
结论：两位式调节时一种非常粗糙的调节方 式，结构简单精度差。
两位式调节器实例
PID控制的基本特性
比例控制数学表达式 ：
为调节器输出的增量值， 为被控参数与给定值之差。
纯比例调节器的阶跃响应特性
P控制的比例带
称为比例带
比例带对系统响应的影响
比例带对系统的影响：比例带减小系统静差将减小， 震荡频率提高响应速度加快但同时超调增大稳定性降低。
比例调节动作规律分析
水位调节系统实例
已知水箱水位控制系统如图 所示，假设系统处于初始无偏差 状态。此时将输出水阀开度增大 ，试分析系统动态响应过程！
比例调节系统实例
自力式液位 比例控制系统
响应分析
∆Q2
t
原来系统处于平衡，进水 h
量与出水量相等，此时进水阀
t
有一开度。
e
t=0时，出水量阶跃增加
t
，引起液位下降，浮球下移带
动进水阀开大。
标准的PID控制器都设有正反作用开关来适应这两种情况。
正作用与反作用
DDZ-Ⅲ的正反作用切换电路
硬手动与软手动
三 硬手动与软手动
在PID控制器的使用中经常需要手动操作系统，例如在测定 被控对象的阶跃响应曲线时就需要断开闭环调节人为的加入阶跃 干扰信号，所以通用PID调节器都有手动操作方式。
手动操作分软手动与硬手动 两种，所谓软手动是指调节器 输出与手动输入电压成积分关 系；所谓硬手动是指调节器输 出与手动电压成比例关系
晶闸管外壳氩弧焊机电流控制实例
PID算法需要注意的问题
积分饱和的对策？
积分饱和是因控制系统间歇工作或大偏差长时间得不到矫正 使得调节器输出达到极值产生的。积分饱和使控制器不能及时反 向动作而暂时丧失调节能力，对控制系统性能带来严重影响！
工业标准PID控制器
DDZ-Ⅲ型调节仪
1-双针垂直指示器 2-外给定指示灯 3-内给定设定轮 4-自动—软手动—硬手动
实验用AI-808系列调节仪介绍
(1)调节输出指示灯 (2)报警1指示灯 (3)报警2指示灯 (4)AUX辅助接口工作指示灯 (5)显示转换（兼参数设置进入) (6)数据移位（兼手动/自动切换）
(7)数据减少键 (8)数据增加键 (9)光柱（选购件）可指示测量值或输出值 (10)给定植显示窗 (11)测量值显示窗
积分调节的动作规律
二．积分调节的动作规律 I
积分调节规律是一种无差调节，采用积分调节可以 提高系统稳态控制精度，但是积分调节的过渡过程时间 很长而且会加剧系统的不稳定程度。
积分调节的动作规律
比例积分调节规律 PI
比例积分调节规律将比例的快速性与积分的消除静差 结合起来具有比较好的控制效果。
积分调节的动作规律
PID算法需要注意的问题
一、不完全微分算法
1、理想微分算法物理无法实现 2、执行器难以响应理想微分的输出
不完全微分算法可以看作 是误差信号先进行一阶惯性滤 波，再进行理想微分运算。
PID算法需要注意的问题
微分增益
阶跃输入下不完全微分响应曲线
微分突变
微分调节对高频噪声有放 大作用，因此只适用于时间常 数较大的多容过程。对流量、 压力等变化剧烈的对象容易引 起系统震荡。
推导过程 ：
PD控制参数的物理含义
V02
63% αV01/n
t TD/n
PD控制器微分切除方法
当 S8 置于“断” 时，微分被切除，A2 只作比例运算。有：
这时微分电容被开关S8接在9.1K分压电阻两端，使CD右端始终 跟随电压V01/n。当开关S8切换到“通”时，保证无扰动切换。
数字式PID调节仪
PID调节的动作规律
四． PID调节的动作规律
PID控制的特点
PID控制作用中，比例 作用是基础控制；微分作用 是用于加快系统控制速度； 积分作用是用于消除静差。
PID调节器的阶跃响应特性
PID控制器 取P,I,D三者的长处，与PD相比提高了系统无差度 ，与PI相比系统多了一个零点可以改善系统的动态特性。因 此PID兼顾了动静两方面要求，达到较完美的控制效果。
要掌握一个调节器，首要的问题是弄清楚它具有 什么样的调节规律，即它的输出量与输入量(偏差信 号)之间具有什么样的函数关系。
最简单的两位式调节器
例1:两位式温度控制器
两位式调节器
过程控制系统中大多数对象都 可以用下式所示的一阶加纯滞后环 节近似。
两位式调节器特性曲线
两位式调节器
使用这种调节器时后 面的执行器特别简单， 例如控制电能时只需要 电磁开关，控制流量时 只要用通断阀便可进行 调节，因此在要求不高 的场合获得了广泛的应 用。
正作用与反作用
二 正作用与反作用
左图所示的过热蒸汽 温度控制系统与前面提到 的加热炉温度控制系统都 是负反馈系统但两者有很 明显的不同，在过热蒸汽 温度控制系统中当温度升 高时需要开大阀门而在加 热炉温度控制系统中需要 关小阀门。
在过热蒸汽温度控制系统中偏差为负（被控量大于给定值）时 要求输出增大，而加热炉温度控制系统中偏差为负时要求输出减 小，也就是调节器的增益为负。
工作状态的无扰切换
硬手动与软手动
软手动操作
慢速向下调节
硬手动操作
实验一
实验二
实验三
实验四
切换开关 5-硬手动操作杆 6-输出指示器 7-软手动操作板键
模拟PID控制器原理图
比例微分运算电路
比例度调节 微分时间调节
PD传递函数
ID
PD电路以A2为核心组成
。微分作用可选择用与
不用。开关S8打向“断”
时，构成 P电路；开关
S8打向“通”时，构成
PD电路。
由
ID
因 得
和 推导可得 ：
PD传递函数推导
PID算法需要注意的问题
二、微分先行算法
控制器设置微分运算的目的是为了预测偏差的变化趋势，按 TD时刻后的预测误差进行调节。然而设定值改变时也会产生很强 的阶跃误差干扰，会给控制系统造成很大的冲击。为了解决这个 问题提出了微分先行算法！
微分先行控制器结构
PID算法需要注意的问题
三、积分饱和问题
控制实例：
YS-80系列PID控制器
YS-80硬件结构框图
YS-80电路示意图
YS-80运算流程
YS-80功能组态
PID控制器使用中的几个问题
一 内给定与外给定
在左图所示的控制系统中控 制器AC和TC的给定值是确定 的，它们的给定值由控制器内 部产生的，属于定值控制
而控制器PC的给定值是控制 器TC的输出，对PC而言给定值 是外部输入的，属于随动控制
p
当进水量增加到与出水量
相等时，系统重新平衡，液位
t
也不再变化。
∆Q1
t
Байду номын сангаас
比例调节动作规律分析
比例控制特点：
控制及时、适当。只要有偏差 ，输出立刻成比例地变化，偏差越 大，输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，如 果被调量偏差为零，调节器的输出 也就为零
u = KC e
比例调节在什么情况下可以达到稳态无差？ 1、KC趋于无穷大 2、使稳态误差等于0 的uss＝u0 3、提高系统型次
间逐渐增强，控制动作缓慢，故积
分作用不单独使用。
t
积分调节的动作规律
积分调节存在的不足
比例积分调节规律没有利用系统输出的趋势信息，没 有预测能力，导致调节效果不理想！
微分调节的动作规律
三．比例微分调节的动作规律 PD
微分调节的预测能力
微分时间常数的物理含义
微分输出正比于TD时间后 的预测误差！ 微分调节规律是一种有差调节不能单独使用，PD调节器能提 高系统的稳定度，有效抑制过渡过程的超调，而且微分的存在允 许减小比例带减小静差。但D调节不适用于变化剧烈的对象。
比例积分调节规律 PI
所以积分调节部分可以看作是自动的u0重置！
积分调节消除误差的原理
积分调节的动作规律
积分时间常数 的物理含义
积分控制的特点
当有偏差存在时，积分输出将随时间增长（或减小） ；当偏差消失时，输出能保持在某一值上。
e
比例积分积分作用具有保持
功能，故积分控制可以消除余差。
E
t
u
比例积分积分输出信号随着时
显然，调节对象的滞 后时间愈小，炉温的摆 动幅度就愈小，但调节 器动作频率将愈大，有 甚至会达到不能容许的 程度。
两位式调节器的滞回特性
为了降低开关动作频率两位式调节器都设置了不 灵敏区，其控制特性如图示。使用这种两位式调节器 可以使开关动作频率降低，延长执行器的寿命。
滞回调节器的响应特性
两位式调节器的特性
控制器仪表_图文.ppt
第三章 3.1调节器仪表
一 调节器（控制器）的概念 二 最简单的两位式调节器 三 PID控制的基本特性 四 PID算法的常见问题 五 工业标准PID调节器 六 PID控制器使用中的问题
调节器(控制器)的概念
调节器 是指把测量值和给定值进行比较，得出被调
量的偏差并根据一定的调节规律产生输出信号，推动 执行器对生产过程进行自动控制的装置。
通用的标准PID控制器既可以 接受外部给定有能产生内部给 定信号。
内给定与外给定
由测量元件送来的被控量的测量值（4-20MA）被转换成1-5V电 压信号输入到调节器，与给定值比较产生偏差信号进行PID运算。 系统的给定值有两种可能的来源，对于定值控制系统设定值由PID 调节器内部的基准源和电位器产生，通过调节电位器就可以改变设 定值。对于随动控制系统其设定值由外部输入的标准信号产生。
缺点：过程变量会围绕期望值在一定范围内 不停的震荡。
原因：两位式控制实际上是一种“断续”的控 制方式，即每当误差超出上限或低于下限时控 制器才会动作。而其他时刻，系统实际处于开 环状态。任凭被控变量缓慢波动而不调节！
结论：两位式调节时一种非常粗糙的调节方 式，结构简单精度差。
两位式调节器实例
PID控制的基本特性