调节器及调节作用规律
调节器正反作用
调节器的正反作用当PV>SV，MV需要开大时为正作用；反之为反作用；以上判断是在假设阀门特性后进行的，假设阀门为气开阀或电开阀（正作用），调节器的正反作用由被控对象、负反馈即可判断：当PV>SV时，MV需开大可知被控对象为负，调节器为正，构成负反馈；当PV>SV时，MV需关小可知被控对象为正，调节器为负，构成负反馈。
实际完整的判断方法为：当PV>SV时调节器阀门需开大阀门需关小气、电开阀正作用反作用气、电关阀反作用正作用调节器的正反作用设置原理：实际上，调节器的正反作用通常根据PID控制的闭环回路负反馈的原则设置。
检测仪表×被控对象×调节器×调节阀= 负反馈（1）现场各种检测仪表一般都认为是正作用的；（不考虑其正反作用）（2）气动调节阀门的正反特性由阀门定位器、执行机构的特性共同组成。
①定位器的正反作用（不考虑其正反作用）输入信号4mA时输出气压最小，输入信号是20mA时输出气压最大，正作用；反之则为反作用。
从理论上说，智能电气阀门定位器可以调校为正作用或者反作用，但是我们在做回路分析时，我们只是以阀门的特性为研究对象，即根据回路特性确定阀门为正作用或者反作用，如果阀门定位器选择反作用，那么也就意味着阀门的执行机构和阀门结构正反作用要调整，也就是说，阀门从结构上做不到气源故障安全位置。
所以说，从实践执行的角度来讲，阀门定位器几乎可以认为永远的正作用，除非使用场合有非常特殊的要求。
②执行机构的正反作用（需要考虑）：气源压力由小变大时，阀门由关到开为正作用，反之为反作用。
气开、电开为正；气关、电关为负。
（3）被控对象正反作用（需要考虑）：当阀门增大时，被控对象也增加为正作用，反之为反作用。
简化后：DCS单回路的调节器的正反作用判定：被控对象×调节器×调节阀= 负反馈DCS串级回路副回路的调节器的正反作用判定：副控对象×调节器×调节阀= 负反馈DCS串级回路主回路的调节器的正反作用判定：主控对象×副控对象×调节器= 负反馈备注：调节阀一般由工艺、安全等原因事先确定气开（FC）、气关（FO）。
第三节调节器的调节规律及其实现方法
e0 te 0ut01e δ第三节 调节器的调节规律及其实现方法自动控制系统的调节质量取决于它的动态特性，即取决于组成控制系统的控制对象和调节设备的动态特性。
控制对象的动态特性一般是难以人为改变的。
所以，对于对象结构一定的控制系统，调节过程质量的好坏主要取决于控制系统的结构形式和调节器的动态特性。
调节器的动态特性也称为调节器的动作规律，是调节器的输入信号（一般为被调量的偏差信号）与输出信号（一般代表了执行机构的位置）之间的动态关系。
为了得到一个满意的调节过程，必须根据控制对象的动态特性确定控制系统的结构形式，选择调节器的动作规律，使自动控制系统有一个较好的动态特性。
一、调节器的调节规律1、比例调节规律（P ）所谓比例调节规律，是指调节器输出的控制作用u (t )与其偏差输入信号e (t )之间成比例关系，即)()(t e K t u p =（1-11）式中 K p ——比例增益。
比例调节器的传递函数：p p K s E s U s G ==)()()( （1-12）工程中，常用比例带δ来描述其控制作用的强弱，即：pK 1=δ （1-13）其物理意义是在调节机构的位移改变100%时，被调量应有的改变量，如δ=20%时，则表明调节器输出变化100%时，需要其输入信号变化20%。
比例调节器的阶跃响应曲线如图1-18所示。
比例调节器输出控制作用u (t )将与偏差e (t ) 成比例地变化，而且几乎是同时产生的。
控制作用的变化目的是调节进入对象的流入量，消除不平衡流量，使被调量回到原来的值上。
从这一点看，比例调节规律的特点之一就是调节及时、迅速。
还可看出，在∞→t时调节过程结束，但偏差信号e (t )仍存在；换言之，调节过程结束时被调量的偏差仍未完全消除。
因为采用比例调节规律的调节器，其输出的控制作用大小与偏差大小成比例关系，一定大小的控制作用是抵消扰动的影响，使系统重新稳定下来的保证。
在系统受到扰动后，被调量偏离了其给定值，而出现偏差，调节器的调节使系统再次进入稳定状态，但偏差或大或小还要存在，否则偏差为零，控制作用也随之消失，干扰信号的存在eue 0tt图1-19 积分调节器的阶跃响应曲线就不可能使系统稳定下来。
第四节 调节器的基本调节规律
2．比例积分调节规律及积分时间
比例调节规律是输出信号与输人偏差成 比例，因此作用快，但有余差;积分调节规 律能消除余差，但作用慢;比例积分调节规 律具有以上两种调节规律的优点，是生产 上常用的一种调节规律(常用PI表示)。比例 积分调节规律可用下式表示:
由于比例积分调节器具有比例和积分
两种调节器的优点，同时比例度、积分时 间两个参数均可以调整，因此适用面比较 广，多数系统都可采用。只有在对象纯滞 后时间特别大时，调节时间较长，最大偏 差较大;在负荷变化特别强烈时，由于积分 作用迟缓，调节作用不能及时，这时可增 加微分作用。
双位调节是位式调节的最简单形式。 双位调节的动作规律是，测量值大于给定 值时，调节器的输出为最小;测量值小于给 定值时，调节器的输出为最大(也可以是相 反的情况)。因此，双位调节只有两个输出 值，相应的调节机构也只有两个极限位置， 即不是最大就是最小。没有中间位置。而 且从一个位置变到另一个位置是很快的、 如图7-14所示。
第四节 调节器的基本调节规律
调节器接受偏差信号后，其输出随输人 变化的规律，即是调节器的基本调节规律。 在工业自动调节系统中最基本的调节规律 有:位式调节、比例调节、积分调节和微分 调节四种。
各种调节规律是为了适应不同的生产要 求设计的。因此，必须根据生产的要求来 选用适当的调节规律。
一、双位调节
2.ห้องสมุดไป่ตู้例积分微分调节规律
比例微分调节的结果是存在余差的。为
了消除余差，生产上常将比例、积分、微 分三种调节规律结合起来，称例积分微分 调节，习惯上用PID表示。
PID调节器综合了各类调节器的优点， 因此具有较好的调节性能。但这并不意味 着在任何条件下采用这种调节器都是最好 的，要从生产实际和经济价值等方面来选 用调节器。
3、调节器的调节规律及其对控制过程的影响
1 K K C t lim S t T1T2 S 2 T1 T2 S 1 K P K S 1 K P K S 0
上式表明，在系统受到扰动后，调节过程结束，被调量仍存
在稳态偏差K/(1+Kp· K)，只是比无调节作用时减小。偏差大小与
+ -
调节器
执行器
变送器
图３-1
控制系统组成原理框图
实际中，在系统分析时又往往将执行器（包括调节阀）、对
象及变送器称为“广义对象”，这样就形成如图3-2所示的控制系 统组成方框图。
扰动 r +
d
调节器
广义对象
c
图3-2 控制系统等效原理框图
在上图中，基本的闭环控制系统由调节器和“广义对象” （下称对象）两部分组成；除调节阀对对象的扰动作用外，其他
比例带成正比。
第三节 积分调节规律及其对调节过程的影响
一、积分调节规律
积分调节规律:调节器输出控制作用u(t)与其偏差输入信号
e(t)随时间的积累值成正比,即：
u (t ) 1 Ti
e(t )dt
传函为：WI
S T
1
i
S
积分调节器的阶跃响应如图3－7所示:
e(t)
E
u(t)
E t Ti t
点，从而克服了单纯比例作用时不能消除偏差的缺点和单纯积分
作用时控制不及时的缺点。
四、单容对象配比例积分调节器的控制过程
R(s)
+
-
1 k p (1 ) Ti s
+
+
D(s)
K 1 T S
C(s)
图3-10
PI控制系统传递方框图
自动调节器典型调节规律及调节过程分析
第八章 调节器调节规律及其对过程影响第一节 自动调节器典型调节规律及调节过程分析调节器的基本调节规律是模拟运行人员的基本操作，是运行人员调节动作精华的总结。
选择合适的调节器动作规律是热工自动人员的职责范畴，但运行人员如果能理解各种动作的调节过程，就能够使用好相应的自动调节系统。
自动调节的目的是要及时准确地进行调节，前面我们已经讲到基本环节由比例、积分、惯性、微分、迟延组成。
因为惯性、迟延环节不符合及时准确的要求，所以我们可考虑的就只有比例、积分、微分这三种特性了（积分、微分调节规律一般不能单独使用）。
自动调节器的典型动作规律按照环节特性可分为比例（P ）、比例积分（PI ）、比例微分（PD ）、比例积分微分（PID ）。
一、典型调节规律1. 比例（P ）调节规律比例调节作用简称为P 作用，是所有调节器必不可少的一种典型调节作用。
P 作用实质上就是典型环节中的比例作用。
不过这个环节一般用电子元件构成的电路来实现，其输入输出都是电信号。
比例环节的传递函数P K W =，P K 称为比例环节的比例放大系数；而在比例（P ）调节作用中，传递函数习惯上表示成δ1=P W ， （8-1） 式中 PK 1=δ——调节器的比例带（比例度），δ越大，比例作用越弱。
下面以如图8-1所示的采用浮子式比例调节器的水位调节系统为例，说明比例调节器的调节规律。
该系统的被调对象是有自平衡能力的单容水箱；浮子起到检测器的作用，用于感受水位的变化；比例调节器就是杠杆本身，杠杆以O 点为支点可以顺时针或逆时针转动。
给定值的大小与给定值连杆的长短有关；选择流入侧阀门作为调节阀，由调节器来控制它的开度变化。
当某种扰动使水位升高时（说明此时流入量1q ＞流出量2q ），浮子随之升高，通过杠杆作用使阀门芯下移，关小调节阀，流入量1q 减小直至等于流出量2q 。
反之，当某种扰动使水位降低时（说明此时流入量1q ＜流出量2q ，浮子随之降低，通过杠杆作用使阀门芯上移，开大调节阀，流入量1q 加大直至等于流出量2q 。
第3节 调节器及其调节作用规律
调节器，称为比例调节器。
1.比例控制实例
浮子式水位比例控制系统示意图
a p (t ) e(t ) K e(t ) b
如果在初始平衡状态下，突然开大出水阀，出水流量阶
跃增大（即增大水柜的负荷）。由于给水流量暂时未变，水
位会连同浮子和浮子杆一起下移，带动杠杆绕支点顺时针转 动，开大给水调节阀，增加对水柜的给水流量，直到为止，
量按何种方式进行变化。
3.根据调节器输出的变化方向，调节器有两种类型，一是随着测量 值的增加，调节器的输出也增加，称为正作用式调节器；另一是随
着测量值增加，调节器的输出减小，称为反作用式调节器。
调节器作用规律简介
4、船舶机舱常用的调节器作用规律： 双位作用规律、比例(P)作用规律、比例积分(PI)作用规律、
在比例作用规律中调节器输出的变化和偏差是同步的或者说是及时的而在积分作用规律中即使偏差很大在刚开始的时候由于时间很短调节器的输出也很小只有随着偏差存在的时间不断增长积分作用的输出才越来越大导致调节器对被控量的控制不及时
第五章 船舶反馈控制系统基础
第三节 调节器及其调节作用规律
调节器作用规律简介
1.在反馈控制系统中，调节器是最重要的组成单元。当控制对象确 定后，反映控制对象特性的各种参数也是既定的，因此调节器就对 控制系统的动态过程品质起着决定性的影响。 2.调节器的输入是被控量的偏差值e(t),调节器的输出是控制量p(t)， 用于改变执行机构的位置（如调节阀的开度），最终作用于控制对 象。调节器的作用规律是指输出量p(t)与输入量e(t)之间的函数关系 ，即p(t)=f[e(t)]，也就是说给调节器施加一个输入信号后，其输出
时间 。
因此，对一个实际控制系统来说，要根据控制对象的特性 ，调定合适的比例带，以保证一个控制系统具有最佳的动态 过程。在一般情况下，控制对象惯性大的控制系统，可使比 例带小一点，如温度、粘度等控制系统，其控制对象惯性比
调节器的作用规律
第3节调节器的调节规律调节器输入是被控量的e ，调节器的输出是控制量P，作用规律为P= f（e）。
根据调节器的输出变化方向分类：e>0，P>0，正作用调节器；e>0，P<0，反作用调节器。
比例P三种基本调节规律积分I 组成5种实用调节规律：微分D双位调节规律、比例调节规律P、比例积分调节规律PI、比例微分调节规律PD、比例积分微分调节规律PID。
第3节调节器的调节规律•调节器输入是被控量的e ，调节器的输出是控制量P，作用规律为P= f（e）。
•根据调节器的输出变化方向分类：•e>0，P>0，正作用调节器；•e>0，P<0，反作用调节器。
•比例P•三种基本调节规律积分I 组成5种实用调节规律：•微分D•双位调节规律、比例调节规律P、比例积分调节规律PI、比例微分调节规律PD、比例积分微分调节规律PID。
一、双位调节规律•一、概念：•调节器的输出只有两个状态，它不能使被控参数稳定在某个值上。
•当被控参数下降到下限值时，调节器的输出接通电机电源使电机转动或使电磁阀通电阀门全开。
•当被控参数上升到上限值时，调节器的输出使电机断电停转或使电磁阀断电阀门全关。
•当被控参数在上、下限之间变化时，调节器的输出状态不变。
1.辅锅炉浮子式水位控制系统图1.12 浮子式水位双位调节器❖❖画出了采用浮子式对锅炉水位进行双位控制的原理图。
在锅炉外面的浮子室有气管和水管分别与锅炉的汽空间和水空间相通，故浮子室内水位与锅炉水位一致。
浮子与水位同步变化，浮子杆绕枢轴4转动，通过上、下锁钉5带动调节板3转动，调节板右边磁铁也跟随着转动，当水位达到上限值附近时，浮子杆与上面的销钉相接触，并带动调节板及永久磁铁12绕枢轴4顺时针转动，使磁铁12转至与同极性永久磁铁6在同一直线上时，由于同极性互相排斥，永久磁铁6立即被向上弹开，动触头11立即与静触头7断开，切断电机电源，给水泵停转，停止向锅炉供水。
第3节 调节器及其调节作用规律
在调节器上有两个旋钮，一个是比例带调整旋钮，另一个
是微分时间调整旋钮。如果把微分时间旋钮调整到Td=0 ， 相当于切除微分作用，这时调节器就成为纯比例调节器。一 般来说，控制对象惯性很小的控制系统，其所采用的调节器 可不加微分作用。而控制对象惯性大的控制系统，加入微分 作用，可以有效地改善控制系统的动态过程。在调节器中， 加进微分作用后，其比例带PB可比纯比例控制时略小些。因 为微分作用能实现超前控制，具有抵制偏差出现的能力，尽
服的缺点
• 显然比例作用规律中，如果放大倍数K较大（比例作用越 强），那么稳态时只要有一个较小的静态偏差，调节阀就 会有一个较大的开度变化以适用负荷的要求。因此，K越 大，稳态时静态偏差越小，反之亦然。但不可能通过无限 制地增加比例系数的方法来达到消除静态偏差的目的，而 且当比例系数大到一定程度时将导致系统发生振荡。 • 比例控制系统虽然存在静态偏差，但这个偏差值是不大的 ，与自平衡对象受到扰动后，靠自平衡能力使被控量自行
水位才会稳定在比给定水位略低的值上。相反，若突然关小
出水阀，出水流量阶跃减少（即减少水柜的负荷），水位连 同浮子和浮子杆一起上移，通过杠杆作用使调节阀关小，减
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少给水流量，直到为止，水位又会稳定在比给定值略高的值
上。当对水柜施加扰动（出水阀开度变化）后，水位的实际 值（浮子的位置）偏离给定水位的数值就是偏差值。
1.浮子式水位双位控制系统
在调节板上对应浮子杆的上、下限位置各有三个销钉孔， 调整上、下销钉5的位置，可调整水位的上、下限值，但如 果把上、下销钉之间的距离调整得太小，虽然可以减小水位 的波动范围，但将导致电机起停频繁，这是不利的。
2.双位式压力调节器（压力开关）
调节器的工作原理
调节器的工作原理
调节器是一种用来调整流体流量、压力、温度或其他参数的装置。
它在各种工
业和机械设备中都有着广泛的应用，比如汽车发动机中的燃油调节器、空调系统中的温度调节器等。
调节器的工作原理主要包括控制元件、执行元件和反馈元件三个方面。
首先，控制元件是调节器的核心部件，它通过接收输入信号来控制输出参数。
控制元件可以是手动操作的旋钮、阀门，也可以是自动控制的电子元件、传感器等。
当输入信号发生变化时，控制元件会相应地调整输出参数，以实现所需的控制效果。
其次，执行元件是控制元件传递指令的执行者，它根据控制元件的指令来调整
流体的流量、压力或温度。
执行元件通常包括阀门、活塞、电机等，它们能够根据控制元件的信号实现精确的调节动作，从而确保输出参数的稳定性和准确性。
最后，反馈元件则是用来监测输出参数，并将实际数值反馈给控制元件，以便
对输出参数进行修正。
反馈元件可以是传感器、测量仪表等，它们能够实时地监测输出参数的变化，并将监测结果传递给控制元件，从而使调节器能够及时地对输出参数进行调整，以满足实际需求。
总的来说，调节器的工作原理就是通过控制元件接收输入信号，然后通过执行
元件调整输出参数，最后通过反馈元件监测输出参数的变化，并将实际数值反馈给控制元件，从而实现对流体流量、压力、温度等参数的精确调节。
这种工作原理使得调节器能够在各种工业和机械设备中发挥重要作用，提高设备的稳定性和性能，同时也为生产和生活带来了便利和效益。
调节器及其调节规律
t
3.1.2
基本比例控制（续6）
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 e 失时，输出能保持在某一值上。
E
t
积分作用具有保持功能，故积分 控制可以消除余差。 积分输出信号随着时间逐渐增强 ，控制动作缓慢，故积分作用不单独使 用。
y
t
3.1.2
基本比例控制（续7）
简介（续）
2．气动仪表 以 140kPa 的气压信号作为工作能源，其输入输出信号均采用 20～100kPa的标准气压信号。 3．自力式仪表
Q1
不需要专门提供工 作能源。 例：自力式液位调 节器
h Q2
3.1
3.1.1
调节规律
概述
调节器根据被调量y 与规定值r的偏差信号e (或再加上一些补充 信号)而使执行机构按一定规律(即控制规律)动作,从而引起调节机关位置 μ的变化。调节器输入量为偏差e, 输出量为调节机关位置, 动态特性是指 调节器的输出量与输入量的动态关系, 常称作调节器的控制规律。常用的 调节器按其控制规律可分为比例调节器、比例积分调节器、比例微分调 节器、比例积分微分调节器。这些调节器的控制规律都是由基本调节作 用比例、积分、微分组合而成。
3.1.2 基本比例控制（续4）
比例带P的物理意义：
使控制器输出变化 100% 时，所对应的偏差变化相对量。如 P=50% 表明：
y
100%
P=50%
50%
P=100%
0
控制器输入偏差变化50% ， 就可使控制器输出变化100%， 若输入偏差变化超过此量，则 控制器输出饱和，不再符合比 例关系。
xmin
或变化的瞬间，微分立即产生强烈的调 节作用，使偏差尽快地消除于萌芽状态
第二章调节器和调节系统的调节
（二）双位调节器及调节过程的特点
①双位调节器结构简单，易于调整，价 格低廉。 ②输出信号迅速突变，只能停留在“全 开”和“全关”或“最大”和“最小”两 个位置上，不能连续停留在中间位置，属 于非线性调节器。 ③调节器有差动范围(又称不灵敏区)， 调节器在差动范围内不动作。改变差动范 围，可以改变被调参数被动范围。
一．分类
(一) 按调节器的特性分类
非连续作用式
调节器
｛
双位调节器 脉冲式调节器
连续作用式 调节器
比例调节器(p调节器) 比例、积分调节器(PI调节器) 比例、微分调节器(PD调节器) 比例、积分、微分调节器(PID调节器)
(二)调节器按其作用方式 可分为直接作用式调节器和间接作用 式调节器。 1． 直接作用式调节器 敏感元件感受到调节参数的变化后， 在没有外来能源的条件下，就能推动执 行机构动作的调节器叫直接作用式调节 器。如热力膨胀阀、蒸发压力调节阀等 就属于此类型。
④调节过程是周期的，不衰减的脉动 过程，被调参数在其波动范围内，按 对象本身的飞升曲线规律变化。 ⑤对象的τ 越大，T越小，(即τ ／T 越大)，双位调节的波动范围越大，调 节品质越低。双位调节对于滞后小、 时间常数大的对象较为适宜，特性比 τ ／T小于o．3的对象，可采用双位调 节。
与双位调节类似的还有三位调节。它的 调节器有三种输出状态。 例如，要将室温维持在14—20℃。超过 20℃时，调节器使冷水盘管电磁阀接通； 低于14℃时，将热水盘管电磁阀接通， 在14—20℃之间时，二者都不通。三位 调节器与电动执行器配合使用时，可以 实现正转，反转和不转三种调节动作。
对于浮球液位控制器，比例系数可按下式 求得： b a a l h K p h b h l
发电机调节器的作用和工作原理
发电机调节器的作用和工作原理
发电机调节器是一种基于数字电路设计的设备，由变频器、PWM模块、射频发射模块
等多种部件组成，用于控制和调节发电机的相关参数和运行供电。
它子可以实时监控发电
机的转速、功率、转矩等参数，从而有效控制发电机的运行参数，达到节能减排的目的。
发电机调节器的主要工作原理是采用变频驱动信号调节发电机的运行，使发电机在供
电能力的情况下调整发电机的转速，从而使供电功率更加稳定。
发电机调节器采用PWM模
块可以调节发电机的拖动力，以达到节能减排的目的。
由于发电机调节器采用了数字伺服
技术，具有更高的运行效率和准确性，降低了噪声污染，降低了节能减排的需求。
发电机调节器通过数字控制电路实现PWM模块的速度、拖动力、瞬态响应等方面的控制，从而实现对发电机的调节和控制，从而达到节能的目的。
发电机调节器可以智能控制
发电机的转速，使发电机在任意工况下运行可控，而不会过载运行，从而节约电能，降低
噪声污染，实现节能减排。
发电机调节器还可以根据实际情况调节启动系统的工作模式，增加发电机的稳定性，
以及实时监测发电机的温度，以达到节约电能的目的。
总而言之，发电机调节器通过对空气运动的控制，可以调节发电机的行为，调节准确，节能减排的效果明显，为节约电力资源提供了有效的电力改善技术。
调节器及调节作用规律
h TI
t
Ti 等于控制器的输出变化到与其阶跃输入量相等时所需的时间。
积分控制器的动态特性越陡，积分时间越小，表明控制器作用越快，积分作用越强，即控制作用积累到同一值 时所需时间越短。
积分时间小→积分作用强→系统稳定性差→上升时间短→振荡周期小
§1-3-4 比例积分作用规律
PI调节器的整定原则： • 在PI调节器上设有两个旋钮，分别用来整定PB、Ti 。 • 在整定 Ti 时，切忌值整定得太小，否则积分作用太强，系统稳定性差 • 如果 Ti 值不能进行准确地整定，可以采用宁大勿小的策略。因为 Ti 值略微偏大时，尽管积分作用偏弱，
如何调整水位的上下限值？ 上下限值区间的幅度太小有什么样的结果？
1-浮子室 2-浮子 3-调节板框架 4-枢轴 5-上、下限销钉 6、12-同极性永久磁铁；7-静触点 8-开关箱 9-转轴 10-转杆 11-动触点
§1-3-1双位作用规律
例2：双位式压力调节器 根据测量压力的上限值和下限值输
出不同的开关量信号，如： • 锅炉蒸汽压力 • 日用淡水压力 • 空气瓶压力等
§1-3-1双位作用规律 被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两个状态（0或1）。
例1 浮子式锅炉水位的双位控制系统 被控量输出曲线
被控量 开
执行机构 关
水位与电动机通断之间的关系图
动作范围
p(t) 1
emin emax e(t)
双位作用规律
§1-3-1双位作用规律
例1： 浮子式辅锅炉水位双位调节器
§1-3-2 比例作用规律
总结 1、比例作用规律实现简单，控制作用及时，是其它控制规律（双位除外）的基础； 2、比例作用强弱取决于比例带或比例系数，比例带大比例作用弱，比例系数大比例作用强； 3、比例作用控制导致系统存在静态偏差，比例作用强，静态偏差小，但无法避免。
第五章第三节 调节器及其调节作用规律
比例作用规律
气 动 比 例 调 节 器
比例作用规律
• 设定测量值变化为△P测，调节器的输出变 化为△P出，由于给定值没有变，即给定力 矩的变化为0，杠杆平衡原理有： • △P测*F测L2+△P出△F反L3=0 • F测和F反分别是测量波纹管和反馈波纹管 的横截面积， L2和L3分别是测量力臂和反 馈力臂。 • 因此有：
第三节
调节器及其调节作用规律
调节器的作用规律
• 调节器的作用规律：1、双位式作用规律。 2、比例作用规律。3、比例积分作用规律。 4、比例微分作用规律。5、比例积分微分 作用规律。
一、位式调节器
• 特点：调节器只有俩个输出状态。它不能 使被控量稳定在某个值上。但能把被控量 控制在某个范围之内。
位式作用规律
de(t ) p(t ) Sd * dt
• Sd为微分系数 • 其作用规律如图：
比例微分调节器
实际微分作用的输出特性
比例微分调节器
• 二、比例微分作用规律： • 比例微分作用规律是在比例作用规律的基础 上加入微分作用而得到的一宗作用规律：
de(t ) de(e) p(t ) Ke(t ) Sd K [e(t ) Td ] dt dt
YT-1226型压力调节器
比例作用规律(propotion)
• 调节器的作用规律：
P(t ) K * e(t )
• K为放大倍数，输入相通的偏差e(t)，放大倍数越大， 输出量越大。反之越小。 • 以下图为例讲解比例作用的调节过程
比例作用规律
比例作用规律
• 比例作用的特点：能够较及时的反应被控 制对象负荷的大小。负荷变化大，偏差大， 阀的开度就大，对被控量控制比较及时。 • 比例调节的缺点：当对象受到挠动后，被 控量不能回到给定值上来，只能回复到给 定值附近。被控量稳态值于给定值之间从 在较小的静态偏差。这是比例调节器固有 的不可克服的缺点。因为调节器的输入与 输出存在一一对应的硬性关系。
第3章 调节器的控制规律和单回路控制系统
能源与动力工程学院
二、调节器的控制规律
调节器根据被调量y与给定值r之间的偏差e（输入量）,
输出调节机构控制信号（输出量）,从而引起调节机构位置μ 的变化，使被调量最终等于给定值。调节器的输出量与输入 量之间的动态关系, 称作调节器的控制规律。调节器和被控 对象组成的一个闭合控制回路如下图所示： λ
能源与动力工程学院
e Δe0 o μ t o μ
2
e0
e
de a dt
e Δe0 t
a T d KD 1 e0 a Td
o μ
KD 1 0.632 e0
e0
t
1
o
(a)Leabharlann toTd (b)
t
o
TD
t
(c)
比例微分（PD）调节器响应曲线
能源与动力工程学院 上图中（c）所示为实际比例微分（PD）调节器的阶跃响应 曲线，其动态方程为：
确定调节器正、反作用的次序一般为：首先根据生产过程 安全等原则确定调节阀的形式、测量变送单元的正反特性，然 后确定被控对象的正反特性，最后确定调节器的正反作用。 确定调节器正、反作用的原则：组成系统的各环节静态放 大系数极性相乘必须为负值（构成负反馈的条件）。
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单回路系统注意事项：
在。因此比例微分调节器不能消除被调量的稳态偏差,是
一种有差调节器。
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对下图所示单回路系统，保持控制对象不变化，当调节器 分别采用P、PD控制时，若保证稳定性相同（ψp= ψ PD=0.75）
r + e WT (s)
调节器
VT
W0 (s)
*
Vm
试分析比例带δp 、δ PD ，静态偏差eP(∞)、 ePD(∞)，动态偏 差eP(m)、 ePD(m)的大小。
调节器工作原理
调节器工作原理
调节器是一种电子装置，用于控制和调整电子设备的工作状态和性能。
调节器的工作原理可以分为两个部分：输入信号的检测和输出信号的调整。
在调节器中，输入信号通常是来自某种传感器或者外部信号源的电压或电流。
输入信号首先经过一个检测电路，该电路用于检测输入信号的大小和特征。
检测电路通常包含基准电压和比较器，用于将输入信号与基准电压进行比较，并产生一个误差信号。
误差信号经过一个控制电路，该电路根据误差信号的大小和方向来产生一个控制信号。
控制信号通常是一个变化的电压或电流，用于调整输出信号的大小或特征。
控制信号经过一个调节电路，该电路根据控制信号的大小和特征来调整输出信号。
调节器的输出信号可以是电压、电流或其他形式的能量。
输出信号经过一个输出电路，该电路用于将调整后的信号传递给被控制的电子设备或系统。
输出电路根据输出信号的特征来调整电子设备的工作状态和性能。
总的来说，调节器的工作原理是通过检测输入信号的大小和特征，产生一个误差信号，然后通过控制信号和调节电路来调整输出信号，从而控制被控制电子设备或系统的工作状态和性能。
调节器正反作用的判定方法(简单好用)
调节器的正反作用的简单判定方法1、正偏差与负偏差在自动控制系统中，被调参数由于受到干扰的影响，常常偏离设定值，即被调参数产生了偏差：e=pv-sp式中：e为偏差；pv为测量值；sp为给定值。
习惯上，e>0，称为正偏差；e<0，称为负偏差。
2、调节器的正反作用对于调节器来说，按照统一的规定，如果测量值增加，调节器输出增加，调节器放大系数Kc为正，则该调节器称为正作用调节器；测量值增加，调节器输出减小，Kc为负，则该调节器称为反作用调节器。
任何一个控制系统在投运前，必须正确选择调节器的正反作用，使控制作用的方向对头，否则，在闭合回路中进行的不是负反馈而是正反馈，它将不断增大偏差，最终必将把被控变量引导到受其它条件约束的高端或低端极限值上。
3、调节器的正反作用的选择原则闭环控制系统为一般负反馈控制系统调节器的正反作用的选择原则是保证控制系统为负反馈控制系统，所以，首先应确定控制回路中各环节的符号：控制参数：控制参数增加时（阀门开大），被控参数增加（液上升），则符号为正，反之为负；调节阀：当输入信号增加时，开度增加（气开阀），则符号为正，反之为负（气关阀）；变送器：输入变量增大（如液位升高），输出信号也增大（如毫安信号变大）则为“+”，否则为“-”。
将对象符号与调节阀符号相乘，同号相乘等于“+”，异号相乘等于“-”（例如：“+”x“+”=“+”，“+”x“-”=“-”，“-”x“-”=“+”），调节器的正负与相乘的符号相反，这是单回路的选择，复杂回路可按照上述方法确定。
例如：调节器的正反作用指输入增加输出也增加为正做用（+），输入增加输出减少为反作用（-）。
1、根据工艺对象的控制特点判定，如容器采用进口阀门控制液位，阀门开大液位上升，则控制对象的特性为A为“+”，若是出口阀门，阀门开大液位下降A取“-”。
本例中选出口阀，阀门开大液位下降A取“-”。
2、根据工艺状况确保安全第一的前提，选择合适的阀门气开（B取+）还是气关（B取-），设计院一般已确定阀门的作用。
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K p测
K F测 l2 F反 l3
F为波纹管的截面积，两者一般相等
l为力臂，一般固定不变
K为负数—负作用（作用方式）
§1-3-2 比例作用规律
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K F测 l2 F反 l3
如何调整比例带（比例系数）？
改变反馈力臂的长度，来调整比例系数（K比例带PB）， 实物上通过比例带旋钮可以左右移动反馈波纹管的位置来实 现。
微分阀Rd开度越大，微分消失得越快，即微分时间Td 越 短，微分作用越弱；反之亦然。
当微分消失后，调节器的输出大小与偏差成比例，比例 作用的强弱由负反馈波纹管的位置进行调整。
§1-3-3 比例微分作用规律
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小结
1、微分作用具有超前调节的功能，输出减小的过程即为微分 消失过程；
2、微分作用不能单独用作调节器，一般与比例或者比例积分 一起构成PD或者PID调节器；
Company name
调节器及调节作用规律
轮机自动化教研室
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引言
r(t)
+-
e(t) 调节器
p(t)
b(t)
执行 q(t) 机构
测量 单元
f(t)
控制 y(t) 对象
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引言
– 系统为偏差驱动 – 调节器的输入是被控量的偏差值 – 调节器的输出是控制量 – 可看作一个对象或环节 – 调节器的作用规律：
§1-3-2 比例作用规律
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2、比例带δ（或 PB）：是指调节器的相对输入量与相对输出 量之比的百分数.
PB( ) e / X imax 100% X Omax e 100 R 100%
p / X O max
X imax p
K
R为量程系数，在单元组合仪表中，R=1，则PB=1/K×100%。
3、常与比例作用（P）一起组成比例积分（PI）调节器。
§ 1-3-4 比例积分作用规律
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2、比例积分作用（PI）：在比例作用的基础上加入积分 作用而得到的作用规律。
p(t)
Ke(t)
S0 e(t)dt
K[e(t)
1 Ti
e(t)dt]
K—比例系数，S0 积分系数，Ti 积分时间
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被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两 个状态（0或1）。
§1-3-1双位作用规律
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被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两 个状态（0或1）。
例1 浮子式锅炉水位的双位控制系统
被控量输出曲线
p(t)
被控量
开 执行机构
关
动作范围
水位与电动机通断之间的关系图
1
PL
调幅旋钮标记 有10个格的刻 度档：
P=0.07+ (0.25-0.07) *X/10
YT-1226型压力调节器
§1-3-2 比例作用规律
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r(t)
e(t)
+-
P
p(t)
b(t)
执行 q(t) 机构
测量 单元
f(t)
控制 y(t) 对象
§1-3-2 比例作用规律
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1、比例作用规律（P）：控制器的输出变化量与输入（偏差） 变化量成比例。
§1-3-2 比例作用规律
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例3： 气动比例调节器
M设 M测 M反
喷嘴挡板
反馈波纹管
杠杆
设定 气源
弹簧
放大器
支点
测量值
输出
测量波纹管
§1-3-2 比例作用规律
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假设给定值没有变化，即M设=0 ，则：
p测 F测 l2 p出 F反 l3 0
p出
p测 F测 l2 F反 l3
左移→ l3增长→负反馈增强→ K减小→ PB增大→比例作用减弱；反之。
实际在调节器的工作过程中，杠杆上还会产生一些附加力 矩，如喷嘴气流产生的反作用力矩、各个弹性部件产生的 变形力矩等。但由于附加力矩很小，只要K足够大，这些可 以忽略不计，因此未予考虑
§1-3-2 比例作用规律
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总结
p(t)
Sd
de(t) dt
Sd为微分系数
实际微分作用的输出特性
§ 1-3-3 比例微分作用规律
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微分作用特点： 1、微分作用的输出与偏差的绝对值没有关系 2、根据偏差变化速度，超前控制，抵制偏差：
a) 偏差出现开始，控制作用较强 b) 当偏差值变化缓慢时，微分控制作用微弱 c) 偏差为常数时，微分控制器没有输出 3、微分控制无法消除偏差，只能作为一种辅助控制作用。 4、常用于控制对象惯性大，时延较明显的对象。
主要内容
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§1-3-1 位式调节器 §1-3-2比例调节器 §1-3-3比例微分调节器 §1-3-4比例积分调节器 §1-3-5比例积分微分调节器
§1-3-1双位作用规律
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r(t)
e(t) +-
双位
p(t)
b(t)
执行 q(t) 机构
测量 单元
f(t)
控制 y(t) 对象
§1-3-1双位作用规律
p(t) K e(t)
e(t ) e
K—比例系数
0
t
p(t)
K 比例作用强
Ke
K 比例作用弱
0
t
§1-3-2 比例作用规律
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例2：浮子式水位比例控制系统
Δμ
调节阀 进水
a
b
杠杆 支点
Δh
浮子杆
浮子 h
水柜
k a h b
p(t) a e(t) b
出水
施加外部扰动
略。因为 Ti 值略微偏大时，尽管积分作用偏弱，但只会 使消除静态偏差的时间稍长而别无它害。积分时间 Ti 的 整定范围一般在3s至20min之内 • 控制对象惯性大，选取 Ti 值要大一些，反之。
§1-3-4 比例积分作用规律
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积分时间TI 积分作用
小←→大 强←→弱
稳定程度
降低←→增高
短期最大偏差 小←→大
1、比例作用规律实现简单，控制作用及时，是其它 控制规律（双位除外）的基础；
2、比例作用强弱取决于比例带或比例系数，比例带 大比例作用弱，比例系数大比例作用强；
3、比例作用控制导致系统存在静态偏差，比例作用 强，静态偏差小，但无法避免。
§ 1-3-3 比例微分作用规律
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3、微分作用（D）：控制器的微分作用是指其输出与输入 的微分，即偏差变化速度成比例。
积分时间小→积分作用强→系统稳定性差→上升时间短→振荡周期小
§1-3-4 比例积分作用规律
DLMU
PI调节器的整定原则： • 在PI调节器上设有两个旋钮，分别用来整定PB、Ti 。 • 在整定 Ti 时，切忌值整定得太小，否则积分作用太强，
系统稳定性差 • 如果 Ti 值不能进行准确地整定，可以采用宁大勿小的策
§ 1-3-3 比例微分作用规律
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比例微分作用（PD）：在比例作用的基础上加入微分作 用而得到的一种作用规律
p(t)
Ke(t)
Sd
de(t) dt
K[e(t) Td
de(t ) ] dt
Td Sd / K 称为微分时间，K为比例系数
比例作用为主，决定调节器的最终输出变化量 微分作用只起超前控制的辅助作用。
pC
l2 l1
pC
当给定值pG不变时，偏差e实际上就是测量值的变化pC ， 而负反馈回路的惯性过程结束时，pF p出 即:
p出
l2 l1
e
只剩比例作用
§1-3-3 比例微分作用规律
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气动PD调节器
微分消失的快慢取决于反馈回路中惯性环节的惯性大小， 可由微分阀Rd进行调整。
emin emax e(t)
双位作用规律
§1-3-1双位作用规律
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例1： 浮子式辅锅炉水位双位调节器
如何调整水位的上下限值？ 上下限值区间的幅度太小有什么样的结果？
1-浮子室 2-浮子 3-调节板框架 4-枢轴 5-上、下限销钉 6、12-同极性永久磁铁；7-静触点 8-开关箱 9-转轴 10-转杆 11-动触点
例： (65C 60C ) /(100C 50C ) 100% 32% (10mA 5mA) /(20mA 4mA)
当控制器的输出作100%（全行程，如阀开--关）变化时， 其输入量变化（数值上等于被控量的变化）的百分数。
§1-3-2 比例作用规律
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比例带越小，比例作用越强；比例带越大，比例 作用越弱。
Ti
Ti
Ti
Ti
• 第一项为比例输出，在阶跃输入瞬间，比例作用把输入量 放大到K
倍。由于此时时间t = 0 ，故没有积分输出；
•
第二项
是积分输出，它与时间
t
保持线性关系，其斜率为
Ke Ti
§ 1-3-4 比例积分作用规律
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当时间进行到Ti时， 输出为2Ke，
以此，积分时间的物理意义： 阶跃输入信号作用下，积分输出达 到比例输出所需的时间
控制对象惯性大的控制系统，可使比例带小一点， 如温度、粘度等控制系统，其控制对象惯性比较 大，可选定PB = 50％左右。反之，对于控制对 象惯性小的控制系统，比例带可适当选定大一点， 如液位控制系统，其控制对象惯性都比较小，可 选定PB = 70％～80％。
在调节器上都设有比例带调整旋钮，用来设定比 例带，一般在5％～300％之内。