第四节 调节器的基本调节规律
调节器的调节规律
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调节器 P P= f（e） 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。
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式中：e是被控量的变化量（偏差值）； x max 是被控量允许变化的最大范围； P是调节器输出的变化量； Pmax是调节器输出的工作范围。
R
P max x max
• R是量程系数，对于指定的调节器，R为 常数；对于单元组合仪表，因采用统一 的标准信号，R=1，则PB=1/KP×100%。 • 显然比例带PB与比例系数成反比。
二、实例分析：
• 三、特点： • 被控参数不可能稳定在某一数值， 只能在给定值上、下作小范围的等 幅振于允许被调参数以一定幅 度上、下波动，且被控对象的时间 常 数较大，滞后时间较小的场合。
§4—2 比例调节规律
• 一、概念：调节器的输出P与偏 差输入e 成正
比。P=KP×e， KP为调节器的比例系数。 • e P • t t
e
§4—1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。
4、比例带对系统过渡过程的影响：
• 四、特点：
• （1）调节及时，且调节器的调节量随 偏差增大以及比例系数增大而增大。 • （2）一般调节完毕，会有静差出现。
调节器及调节作用规律
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
DLMU
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
DLMU
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
DLMU
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
DLMU
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
DLMU
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
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
调节器调节规律
稳态精度要求高，加积分作用；惯性较大，加微分作用。
放大环节：二级气动功率放大器反馈环节：节流分压室——做反馈回路，实现比例作用节流盲室——做反馈回路，实现积分作用比例惯性环节——做反馈回路，实现微分作用比较环节：位移平衡力平衡力矩平衡所有气动仪表的构成原理如图3-1-7所示，都是由三个基本环节（放大、反馈、比较）构成。
其中，放大环节起信号放大作用，要求它具有较高的灵敏性和足够大的功率输出；反馈环节起信号的运算作用，通常是把仪表的输出信号P 出通过反馈回路，送回到仪表的输入端与输入信号进行综合，如果放大环节放大倍数足够大，仪表的信号传递关系只决定于反馈回路的信号传递关系。
这样，可消除放大环节各种非线性因素的影响，提高仪表的精度。
同时，在调节器中，采用不同的反馈回路，可实现不同的调节作用规律；比较环节起信号比较作用，使输入信号与反馈信号在此比较，其输出信号等于各信号的代数和。
总之，只要我们掌握了放大、反馈和比较等三个基本环节，就能比较容易地分析一台仪表的工作原理及功能。
图3-1-7 气动仪表的组成原理1．气动仪表的放大环节前面介绍过，几乎所有气动仪表，在喷嘴挡板机构的输出端，都要串联一个气动功率放大器。
在结构上两者往往组成一体，称为二级气动功率放大器。
其中喷嘴挡板机构为一级放大。
图3-1-8是耗气型二级气动放大器的原理图。
这种类型的二级气动功率放大器的输入与输出之间的传递关系为：h K P B ∆⋅=∆式中，K ＝K 1·K 2是二级气动放大器的放大倍数；K 1是喷嘴挡板机构的放大倍数；K 2是耗气型气动放大器的放大倍数。
图3-1-8 耗气型二级气动放大器原理图2．气动仪表的反馈环节 基于反馈控制原理，如果仪表放大环节的放大倍数足够大，则仪表的信号传递关系只决定于反馈回路的信号传递关系。
因此，在气动仪表中，总是把输出端的输出信号引回到输入端，构成负反馈气路，但除1∶1的负反馈外，在调节器中引用不同的反馈气路，就可以实现比例、积分和微分的作用规律。
热工自动控制练习题(含参考答案)
热工自动控制练习题（含参考答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、衰减振荡过程中，到达第一个峰值，所用时间叫(____)。
A、调节时间B、超调量C、上升时间D、峰值时间正确答案：D2、(____)是描述系统控制过渡过程进行快慢的指标。
A、调整时间B、上升时间C、峰值时间D、衰减时间正确答案：A3、串级三冲量给水控制系统维持汽包水位无静态偏差是靠（）来实现的A、副回路B、副控制器C、内回路D、主控制器正确答案：D4、三冲量给水自动控制系统中，给水量的扰动属于系统的（）。
A、内扰B、控制量C、外扰D、不确定正确答案：A5、被调量变化时刻落后于扰动发生时刻的现象称为对象的（）。
A、输出迟延B、信号迟延C、传输迟延D、不确定正确答案：C6、双闭环比值控制系统两个控制器均应选（）控制规律。
A、PB、PIC、PIDD、PD正确答案：B7、输入量变化，引起环节(____)发生变化。
A、扰动B、输出量C、测量值D、被调量正确答案：B8、采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统中，主蒸汽流量作为（）信号。
A、前馈B、反馈C、极限值D、给定值正确答案：A9、系统频率特性和传递函数的关系为(____)。
A、频率特性与传递函数没有关系B、频率特性可以用图形表示，传递函数不能用图形表示C、传递函数的复变量s用jω代替后，就是相应的频率特性D、二者完全是一样的正确答案：C10、单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现（）物料流量间的定比值控制A、多种B、三种C、两种D、以上都不对正确答案：C11、二阶欠阻尼系统的性能指标中只与阻尼比有关的是(____)。
A、调整时间B、峰值时间C、上升时间D、最大超调量正确答案：D12、电容两端电压为输入信号，电流为输出信号，则此环节为(____)环节。
A、比例B、惯性C、微分D、积分正确答案：C13、在无自平衡的单容对象中，其特征参数是由（）决定的。
A、不确定B、自平衡率C、阻力系数D、容量系数正确答案：D14、在动态过程中，利用前馈控制有效地减少被调量的（）。
《初级工》第七章 自动调节系统的基本知识及应用
当t=３Ｔ时，
h(3T ) KA(1 e ) 0.95KA 0.95h()
从加入输入作用以后，经过3T时间，h已经变化了全部变 化范围的95%，这时，可近似认为动态过程基本结束。
3
c、时间常数τ对控制系统的影响
对控制通道的影响： 在相同的控制作用下，时间常数大，被控变量的变化 比较缓慢，则过程比较平稳，容易进行控制，但过渡 过程时间较长；若时间常数小，被控变量的变化速度 快，则控制过程比较灵敏，不易控制。时间常数太大 或太小，对控制都不利。
Kp ——比例调节器的放大倍数
只需改变支点o的位置就可以改变放大倍数Kp 的大小。工业中所用的调节器都用比例度来表 示比例调节的强弱。
其中（xmax-xmin）为仪表量程，（ymax-ymin）为调 节器输出量的范围 但比例调节不能使被调量恢 复到给定值而存在余差，因而调 节准确度不高。当调节质量要求 较高时，需要加上积分调节来消 除余差。
mD—扰动作用；μ—执行机构位移；D—软化水流量； W—生水流量；h—软化水箱水位；h0—水位给定值； i1—水位偏差信号；i2—调节信号
三、自动调节系统的特征分类
1、按给定值信号的特征分类
①定值调节系统
②随动调节系统
③程序调节系统
2、按工作原理分类 ①反馈调节系统 ②前馈调节系统
③前馈-反馈调节系统
对上式求导：
当t=0时，
h
dh KA t T e dt T dh KA h() dt T T
当对象受到阶跃输入作用 后，被控变量如果保持初 始速度变化，达到新的稳 态值所需要的时间就是时 间常数。
h(∞)
0.632h(∞)
0
T
第4章：PID调节原理
i
♀当输出小于 Eh ，S断开，积分作用使 Eo 增大
比例微分(PD)调节
※PD调节规律 de 或 u K p e S2 dt
Gc ( s ) 1
de u (e TD ) dt
1
(1 TD s )
工业上实际采用的PD调节器的传递函数是：
1 (TD s 1) Gc ( s ) ( TD s 1) KD
0
0
◆将热水流量减小为 Q1 ，调节过程结束后，新 的稳态运行点将移到直线1与曲线3的交点A。 出现被调量残差 A 0 。 ◆如果不加比例控制，热水流量减小为 Q1 后， 水温将根据其自平衡特性一直上升到 为止 ◆加热器是具有自衡特性的工业过程。而对非自 衡过程，本身没有所谓的静特性，可根据流入 、流出量的平衡关系进行有无残差分析。
※比例调节的特点—有差调节
◆工业过程在运行中经常发生负荷变化。处于自 动控制下的被控过程在进入稳态后，流入量与 流出量之间总是要达到平衡的。
◆采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结 束后，被调量不可能与设定值绝对相等，它们
之间一定有残差，即有差调节。
★加热器出口水温控制系统
★加热器出口水温控制系统
◆被控对象的动态特性具有非线性 ♀广义被控对象包括被控对象、调节阀和检测与 变换仪表 ♀被控对象本身的非线性 增益不是常数 对象的动态参数具有非线性 ♀调节阀、继电器等元件的饱和、死区特性的处理方法 ♀如果控制精度要求不高或负荷变化不大，可进 行线性化处理。 ♀如果非线性不可忽略，则必须采用其他方法， 如分段线性化、非线性补偿器或者利用非线性 控制理论进行分析和设计。
4
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
3.1-调节器的调节规律
3.1-调节器的调节规律
第3章 调节器 Controller
调节器的作用是把测量值和给定值进行比较，得出 被调量的偏差之后，根据一定的调节规律产生控制信 号，推动执行机构，对生产过程对象进行自动调节。
TN 2
TN 20
TN 16
微分调节-开环阶跃响应特性
理想微分作用：在阶跃 输入的瞬间，输出突然升 到无穷大。 实际上的工业控制器采用的 都是采用一种近似的微分作 用：在阶跃输入的瞬间，输 出突然升到一个较大的值， 然后按指数规律衰减至零。
TN 17
比例积分微分(PID)调节器
3.1.2.5 比例积分微分(PID)调节器
将比例、积分、微分三种调节规律结合在一起，只要三项 作用的强度配合适当，既可达到快速敏捷，又可达到平稳准 确，可得到满意的调节效果。 1 dx (t ) 理想PID时域模型: y (t ) k c ( x (t ) x (t )dt Td ) Ti dt
传递函数：
G ( s)
Y ( s) 1 k c (1 Td s) X ( s) Ti s
在PID调节器中，微分作用主要用来加快系统的动作速度，
减小超调，克服振荡；积分作用主要用以消除静差。
TN 18
实际PID-开环阶跃响应特性
TN
19
PID调节器-特点
比例积分微分控制是由三种作用的输出特性叠加而成。 由于在 PID 控制器中，比例度δ、积分时间 Ti ，和微分时 间 TD 三个参数都是可调的，所以，只要这三个参数选择的 合适，就可以获得良好的控制质量。 PID控制选用通用的控制器，可实现三作用控制规律。 若将微分时间调至零，就成一台比例积分控制器； 若将积分时间调至最大，就成一台比例微分控制器； 若将微分时间至零，积分时间至无穷大，就是一台比例控制 器．
调节器的PID调节规律及其对过渡过程的影响
调节器的PI D调节规律及其对过渡过程的影响一．P ID各参数的作用先谈谈比例作用P, 比例调节器实际上就是个放大倍数可调的放大器，即:△P=Kce式中:Kc---比例增益，Kc既可大于1，也可小于1；e---调节器的输入，也就是测量值与给定值之差，又称为偏差。
要说明的是，对于大多数调节器而言，都不采用比例增益Kc作为刻度，而是用比例度来刻度，即δ=1／Kc*100%.也就是说比例度与调节器的放大倍数的倒数成比例；调节器的比例度越小，它的放大倍数越大，它把偏差放大的能力越大，反之亦然。
明白了上述关系，在参数整定中，就可知道比例度越大，调节器的放大倍数越小，被控温度曲线越平稳，比例度越小，调节器的放大倍数越大，被控温度曲线越波动。
比例调节有个缺点，就是会产生余差，要克服余差就必须引入积分作用。
再谈谈积分作用I，调节器的积分作用就是为了消除自控系统的余差而设置的。
所谓积分，就是随时间进行累积的意思，即当有偏差输入e存在时，积分调节器就要将偏差随时间不断累积起来，也就是积分累积的快慢与偏差e的大小和积分速度成正比。
只要有偏差e存在，积分调节器的输出就要改变，也就是说积分作用总是起作用的，只有偏差不存在时，积分才会停止。
积分时间T i是积分速度I的倒数(Ti=1/I)，积分时间长，积分速度就小，即偏差随时间累积的速度就小。
调节器的积分单位，有的是按“分／重复”刻度，称为积分时间；有的则用“次数／分”刻度，称为积分增益。
它们互为倒数关系。
要记住的是:增加积分时间或降低积分增益，会使积分作用强度降低，反之亦然。
积分调节很少单独使用，通常与比例调节一起使用。
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
控制仪表及装置——考试复习题.
简答题5X8=40分第1章概论1. 一个简单的闭环调节系统中至少应包含哪几个环节？P1输入环节；输出环节；反馈环节等2. 过程控制仪表与装置的分类有哪几种形式？ P2按能源形式分类:可分为电动、气动、液动和机械式等。
工业上普遍使用电动和气动控制仪表；按信号类型分类:分为模拟式和数字式两大类；按结构形式分类:单元组合式控制仪表,基地式控制仪表,集散型计算机控制系统,现场总线控制系统。
3. 过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为哪几种？目前工业上普遍使用的是哪两种？ P2过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为电动、气动、液动和机械式等。
工业上普遍使用电动和气动控制仪表。
4.数字式控制仪表的特征有哪些？其传输信号为断续变化的数字量，可以进行各种数字运算和逻辑判断，功能完善性，能优越，能解决模拟式控制仪表难以解决的问题。
5. 变送单元的作用是什么？它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等变换成相应的标准统一信号传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。
6. 控制单元的作用是什么？将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，去控制执行器的动作。
7. 执行单元的作用是什么？它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。
8. 现场总线控制系统的特征？ P3其特征为：现场控制和双向数字通讯，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。
9. 信号制是指什么？P3-4信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
10. 制定信号制的目的是什么？P3-4达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中，实现系统的功能。
11. 气动仪表的信号标准？P3-4现场与控制室仪表之间宜采用直流电流信号。
14. 直流电流信号有哪些优缺点？P4-5优点：a、直流比交流干扰少b、直流信号对负载的要求简单c、电流比电压更利于远传信息缺点：a、多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联b、任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号c 、仪表无公共接地点，须浮空工作。
测量仪表及自动化考试答案
测量仪表及自动化考试答案一、简答与名词解释1、简述压力仪表选择原则;2、简述均匀调节系统的调节目的和实现原理3、如何评价系统过渡过程4、简述比例积分调节规律作用特点写出该调节规律数学表达式;5、名词解释：余差、灵敏度;6、如何评价测量仪表性能,常用哪些指标来评价仪表性能7、简述串级调节系统的结构,阐述副回路设计的一些基本原则8、简述比例微分调节规律作用特点写出该调节规律数学表达式;9、名词解释：控制点、负反馈;10、简述系统参数整定的目的和常用方法11、试阐述调节作用与干扰作用对被调参数的影响,以及两者之间的关系12、简述比例积分微分调节规律作用特点写出该调节规律数学表达式;13、名词解释：精度、比值调节系统;14、简述节流现象中流体动压能与静压能之间的变化关系,标准化节流装置由哪几个部分组成15、简述热电阻工作原理,为何在热电阻测量线路中采用三线制连接16、试阐述简单调节系统中被调参数的选择原则17、简述调节规律在控制系统的作用写出PID调节规律数学表达式;18、名词解释：执行机构、热电效应;二、单项选择1、为了正常测取管道设备内的压力,取压管线与管道设备连接处的内壁应 ;A 平齐B 插入其内 C插入其内并弯向介质来流方向2、用单法兰液位计测量开口容器液位;液位计已经校好,后因维护需要,仪表安装位置下移了一段位移,则仪表的指示A.上升B.下降C.不变;3、罗茨流量计,很适于对的测量;A 低粘度流体B 高雷诺数流体C 含砂脏流体D 高粘度流体4、补偿导线的正确敷设,应该从热电偶起敷到为止A 就地接线盒B 仪表盘端子板C 二次仪表D 与冷端温度补偿装置同温的地方5、具有“超前”调节作用的调节规律是A、 PB、 PIC、 PDD、两位式6、调节器的正作用是指 ;A．测量值大于给定值时,输出增大 B. 测量值大于给定值时,输出减小C．测量值增大,输出增大 D. 测量值增大,输出减小7、下列哪种流量计与被测介质的密度无关A. 质量流量计B. 转子流量计C. 差压式流量计8、测量高粘度、易结晶介质的液位,应选用下列哪种液位计A. 浮筒式液位计B. 雷达液位计C. 差压式液位计9、补偿导线的作用是A. 延伸热电偶冷端B. 作为普通导线传递热电势C. 补偿热电偶冷端温度10、与热电偶配用的自动电位差计带有补偿电桥,当热点偶短路时,应显示A. 下限值B.上限值C. 环境温度室温11、在用热电阻测量温度时若出现热电阻断路时,与之配套的显示仪表如何变化A 指示值最小B 指示值最大C 指示值不变D 指示室温12、浮球式液位计适合于如下哪一种情形的使用条件A 介质粘度高、压力低、温度高B 介质粘度高、压力低、温度低C 介质粘度低、压力高、温度低D 介质粘度高、压力高、温度低13、用K分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测量温度;但在接线中把补偿导线的极性接反了,则仪表的指示A.偏大、B.偏小、C.可能大,也可能小,要视具体情况而定;14、下列说法错误的是A 转子流量计是一种变流通面积,压差不变的流量计；B 孔板式差压流量计是一种差压变化,流通面积固定的流量计；C 喷嘴式差压流量计是一种流通面积变化,差压变化的流量计;15、积分时间增大,积分作用A 增大B 减小C 保持不变16、执行器的正作用是指 ;A 控制信号增大,执行器开度减少B 控制信号增大,执行器开度增大C 控制信号减小,执行器开度减少17、某压力变送器的输出是电流信号;它相当于一个 ;A 受压力控制的电压源B 受压力控制的电流源C 受电压控制的电流源D 受电流控制的电压源18、电容式压力变送器,其输出电流与、成线性关系;A 弧形电极、中心感压膜片之间构成的两个电容B 弧形电极、中心感压膜片之间构成的两个电容之和C 弧形电极、中心感压膜片之间构成的两个电容之差D 弧形电极、中心感压膜片间构成的两个电容之差与之和的比值E 弧形电极、中心感压膜片间构成的两个电容之和与之差的比值F 被测压力19、对再生器中催化剂的物位,采用差压法测量;其取压方式应该是 ;A 角接取压B 环室取压C 径距取压D 反吹风取压三、填空题1、自动化仪表若按组成测量或调节系统的方式分,有、、、四种;2、测量误差按其产生原因的不同可分为、、 ;3、常用的弹性元件有、、、等;4、压力表校验时,标准表允许的绝对误差应不超过被校表允许绝对误差的 ;5、弹簧管式压力表由、、、构成;6、标准节流元件常用的有、、；常用的取压方式有、等;7、气动仪表的统一信号范围是；电动仪表的统一信号范围是 ;8、测量仪表的绝对误差是仪表指示值与真值之差;校验仪表时,所谓的“真值”一般由绝对误差比被校表倍的标准表给出;9、已知此时此地的大气压为,又知1工程大气压等于;用弹簧管压力表测得表压为200Kpa,试问绝压为 Kpa;10、弹簧管压力表中,游丝的作用是 ;2分11、变送器的两线制是指 ;2分12、对易凝、易堵引压管线的介质测压时,在引压管线中应该填充 ;13、流体流过哥里奥利流量计时,振动管会利用来测量流量;14、用热电阻测温,若测温点与转换仪表之间的距离较远,则接线应该采用_____ 制;15、比例度越大,比例作用就越；微分时间越大,微分作用越；积分时间越长,积分作用越 ;16、所谓风开阀,就是指调节器来的气压信号越大,开度越 ;17、调节器的基本调节规律有、、和四种;18、在三种标准节流装置中,最常用的是 ;四、计算与分析题1. 用一台双法兰式差压变送器测量某容器液位,如图所示,已知H变化范围0——3m,被测介质密度ρ=900Kg/m3,毛细管内工作介质密度ρ0=950Kg/m3,其中h1=1m,h2=4m,求变送器测量范围并判断零点迁移的方向,计算迁移量,当法兰式变送器的安装位置升高或降低时,问对测量有何影响2.如图所示为一锅炉汽包水位控制系统;（1）指出该系统中的被调参数、调节参数；（2）该系统可能的干扰有哪些（3）画出该系统的方框图；（4）如果该系统中的汽包水位严禁过低,使确定系统的调节阀气开、气关型式和调节器的正反作用;3、在热电阻使用过程中,经常出现如下问题,请分析其产生的原因：1、显示仪表指示值低于实际值或指示不稳定；2、显示仪表指示无穷大；3、显示仪表显示负值；4阻值与温度的关系有变化;4、如图所示的控制系统;1 指出该系统的控制方式；2 该系统是否能够单独运行为什么3 如何改进该系统画出该系统改进后的控制流程图即在原系统基础上如何改进;4 说明改进后的系统如何实现控制对象的正常控制参考答案：一、简答与名词解释1、简述压力仪表选择原则;答：型号、量程、精度选择1量程i 压力平稳：P量=P测,量程靠级:0～,,,4,6,10×10MPaii波动范围大P量=P测２.０下限选取:测量值大于1/3的量程,否则测量误差太大2精度选择：已知误差,先选出量程,求出引用误差,靠精度等级往高精度靠3型号：考虑测量介质的腐蚀性、温度等因素2、简述均匀调节系统的调节目的和实现原理目的：均匀控制系统是为解决连续生产过程中前后设备供求之间的矛盾而设置的;实现原理：1简单均匀控制,简单均匀控制采用简单控制系统结构,通过选择合适的控制规律及整定参数来实现均匀控制的目的;2串级均匀控制,串级均匀控制系统是通过控制器参数整定来实现的;在串级均匀控制系统中,参数整定的目的不是使参数尽快回到给定值,而是要求在允许的范围内作缓慢变化;总之,均匀控制系统的结构与定值控制系统相同,投运方法也—样,至于参数整定,只要明确了“均匀”的意义,也就不难进行;均匀控制系统的控制器参数值一般都较大;3、如何评价系统过渡过程最大偏差或超调量：最大偏差指被调参数偏离给定值的最大值,若最大偏差大,则偏离时间长,不利于稳定生产,所以可作一个衡量系统稳定程度的指标;最大偏差太大,同时出现多个干扰时危险增大;余差：过渡过程终了时,被调参数所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差;调节系统的余差表示的是系统调节精度;衰减比：衰减振荡过程中第一、第二个波峰值之比;它是衡量稳定性的指标,衰减比小于1：1的振荡是发散的,等于1：1时为等幅振荡,都不容许,为保持足够的稳定裕度,衰减比以4：1或10：1为宜;过渡时间：从干扰产生作用起至被调参数重新建立新的平衡为止,过渡过程所经历的时间要绝对达到新稳态值,需要的过渡时间为无穷,现规定被调参数进入稳态值5%或3%以内的区域,并保持在此区域内即认为达到稳定值,过渡时间反映的是调节的速度指标;振荡周期或频率：过渡过程同向两波峰波谷之间的间隔时间称为振荡周期T,振荡频率f=1/T这些指标中；希望余差尽量小,最大偏差小一些,过渡时间短一些,衰减比要适当;4、简述比例积分调节规律作用特点写出该调节规律数学表达式;积分作用的特点：输出变化量与偏差的积分成正比、可消除余差只要DV存在,Y就随时间增加,直至E=0为止、调节作用较比例调节慢;所以积分作用不单独使用,而与比例作用合在一起;特性可用下式表示：5、名词解释：余差、灵敏度;余差：过渡过程终了时,被调参数所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差, 灵敏度：表示仪表灵敏程度,S=dy/dx6、如何评价测量仪表性能,常用哪些指标来评价仪表性能采用测试方法对测量仪表进行性能测试,获取测试数据,通过对测试数据进行分析来评价仪表性能指标;常用：精度准确度、不确定度、量程测量范围、灵敏度、分辨率、反应时间、可靠性等指标;7、简述串级调节系统的结构,阐述副回路设计的一些基本原则由主副两个参数、两个调节器构成两个控制回路,其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值,而后者的输出去控制调节阀的系统就是串级调节系统;基本原则：1应使副回路包含较多干扰;2主、副变量之间应有一定的内在联系;3应使主、副变量之间的时间常数相匹配,防止共振8、简述比例微分调节规律作用特点写出该调节规律数学表达式;具有“超前”作用,对偏差变化快,过渡滞后大的对象, 可提高调节质量,但不能克服纯滞后;有余差,但比纯比例调节要小;MV = KPDV+TD dDV/dt9、名词解释：控制点、负反馈;当没有干扰时,即PV=SV,DV=0,调节器保持操作值MV0不变控制点,保持执行器位置不变;把系统或环节输出参数直接或经过一定环节返回到输入端,并使输入减少的反馈称之为负反馈;10、简述调节器参数整定的目的和常用的几种整定方法;整定的目的是求取使控制系统控制质量最好的PID控制参数值等幅振荡、衰减振荡、经验凑试法11、干扰作用是使系统被控参数偏离给定值的作用；调节作用是用于在系统受到干扰作用的影响而使被控参数偏离给定值时能够重新回到给定值的作用;两者之间是相反的作用方向.12、简述比例积分调节规律作用特点写出该调节规律数学表达式;积分作用的特点：输出变化量与偏差的积分成正比、可消除余差只要DV存在,Y 就随时间增加,直至E=0为止、调节作用较比例调节慢;所以积分作用不单独使用,而与比例作用合在一起;特性可用下式表示：13、名词解释：精度、比值调节系统;精度精确度：是精密度系统误差和准确度随机误差的综合;精度是反映仪表性能优劣的主要指标;比值调节系统：实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统;14、节流现象中在理想情况下动压能与静压能之和应该保持不变,在流体流经节流元件时,流体中心处随着流速增加动压能增加,对应静压能减少,达到最大流速后流速下降,动压能减少,静压能恢复;节流装置：节流元件、取压装置;15、利用金属导体或半导体电阻的阻值与温度呈一定的函数关系的特性;三线制连接的原因是要减少导线电阻随环境温度变化而变化对测量结果的影响;16、尽量选用直接指标或间接指标；应可测并有足够灵敏度；应独立可调；考虑工艺过程的合理性及仪表的现状;17、MV =fDV决定调节器在被调参数被干扰作用影响之后的输出信号变化规律,18;两种不同均质导体组成闭合回路,两端存在温差时,回路中有电流通过,即存在热电势;二、选择1-5 A、A、D、D、C 6-10 A、A、B、A、C11-15 B、A、B、C、B 16-19 A、B、D、D三、填空题1、基地式、单元组合式、组件组装式、计算机控制系统2、仪表固有误差、仪表使用误差、人为操作误差、疏忽误差；3、弹簧管、波纹膜片、膜盒、波纹管4、1/35、弹簧管、拉杆扇形齿轮中心齿轮、指针与表盘、游丝6、孔板、喷嘴、文丘里管；角接取压、法兰取压;7、气动仪表的统一信号范围是；电动仪表的统一信号范围是 4-20mA ;8、测量仪表的绝对误差是仪表指示值与真值之差;校验仪表时,所谓的“真值”一般由绝对误差比被校表小3 倍的标准表给出;9、已知此时此地的大气压为,又知1工程大气压等于;用弹簧管压力表测得表压为200Kpa,试问绝压为 Kpa;10、弹簧管压力表中,游丝的作用是减少变差回差 ;11、变送器的两线制是指采用两根导线实现变送器供电和信号传输的连线方式 ;12、对易凝、易堵引压管线的介质测压时,在引压管线中应该填充 隔离液 ;13、流体流过哥里奥利流量计时,振动管会利用 扭曲角度科式力、时间差 来测量流量;14、用热电阻测温,若测温点与转换仪表之间的距离较远,则接线应该采用_三线制;15、 比例度越大,比例作用就越 越小 ；微分时间越大,微分作用越强 ；积分时间越长,积分作用越 弱 ;16、所谓风开阀,就是指调节器来的气压信号越大,开度越 大 ;17、调节器的基本调节规律有 P 、 PI 、 PD 和 PID 四种;18、在三种标准节流装置中,最常用的是 孔板 ;四、计算与分析题1. P+=P 0+ρgH-ρ0gh 1P-=P 0 +ρ0gh 2-h 1=ρgH-ρ0gh1-ρ0gh2-h1量程：ρgH=9003 =当H=0时,0791.10<-=∆KPa P所以需要进行负迁移,迁移量为ρ0gh2 =法兰变送器安装高度变化对测量结果没有影响2、分析题1被调参数是汽包水位、调节参数是给水流量2干扰：蒸汽流量变化、给水压力变化、省煤器燃烧状况变化等3标出相应名称最好4 调节阀选气关型,调节器选反作用3、在热电阻使用过程中,经常出现如下问题,请分析其产生的原因：1、显示仪表指示值低于实际值或指示不稳定：热电阻性能变化或接触不良;2、显示仪表指示无穷大：热电阻断路;3、显示仪表显示负值：热电阻短路;4阻值与温度的关系有变化：热电阻性能变化;4、1 前馈控制2 不能,只能对原料流量波动具有控制效果,其它如燃料压力、流量波动均无法控制;3 采用前馈反馈控制4 不仅对对原料流量波动具有控制效果,其它如燃料压力、流量波动均通过反馈控制达到控制效果;。
调节器及调节作用规律69页PPT
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51、 天 下 之 事 常成 于困约是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
调节器及调节作用规律
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
53调节器及其作用规律 共37页
若只考虑变化量，则：
△pFFFL1+△pGFGL3=△pCFCL2
比例微分调节器
由于定值没有变化，即△pG=0，因此
pF F FC FLL21 pCL L12 pC
当给定值不变时，测量值的实际变化就是偏差，即 △pC=e，反馈过程结束后，负反馈波纹管的压力 变化和调节器的输出压力变化相等，此时，
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：
d e (t)
d e (e )
p (t) K e (t) S d d t K [e (t) T d d t ]
K是比例微分作用中的比例系数，Td=Sd/K 为微分时间。
比例微分调节器
在比例微分作用中，比例作用是主要的，它 决定调节器的最终输出变化量，微分作用只 是起超前控制的辅助作用的。
出比 特例 性微
分 调 节 器 输
比例微分调节器
在PD调节器上有俩个调节按钮，一个是比 例带PB，另一个是微分时间Td调整旋钮。
如果把微分时间旋钮调整到Td=0，那么就 相当于切除了微分作用规律，变成了一个纯 比例调节器。在此调节其中，可以使比例带 小一些，可以减少静态偏差，还可以保证体 统静态过程的稳定性。
软件编程来实现的，称为调节器作用规律的 数字实现。
比例积分微分作用规律
比例积分微分作用规律
比例积分微分作用规律
比例积分微分作用规律
三、气动PD调节器：
比例微分调节器
比例微分调节器
系统在稳定情况下给一个阶跃最终会稳定 在 ： pFFFL1+pGFGL3=pCFCL2
其中： pF、pG、pC 分别为负反馈波纹管、给 定波纹管、测量波纹管压力，FF、FG、FC分 别为负反馈波纹管、给定波纹管、测量波纹 管有效面积。且FF=FG=FC，L1、L3、L2为力 臂。
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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。
由式(7-1)可以看出，调节器输出信号的 大小不仅取决于偏差信号大小，而且主要 取决于偏差存在的时间长短。只要有偏差， 尽管偏差可能很小，但它存在的时间越长。 输出信号就越大。只有俏除偏差(即x=0时)， 输出信号才不再继续变化，执行机构才停 止动作。也就是说，积分调节系统在最后 达到稳定时，偏差为零，这是它的特点。
图7一15是一个典型的双位调节系统。它
是利用电极式水位计来调节盐液箱的液位的。
盐液箱内装有一根电极，作为量液位的装置， 电极的一端与继电器K的线圈相接，另一端被
调整在液位给定值的位置。盐液由装有电磁阀 V的管路进人盐液箱，经下部出口管流出。盐
液是导电的，盐液箱外壳接地。当液位低于给 定值H0时，盐液与电极未接触。继电器断路， 此时电磁阀全开，盐液注人箱内，液位上升。 液位稍高于H0，盐液便与电极接触，于是继电 器接通，电磁阀全关。盐液不再进入盐液箱。
四．微分调节
1.微分调节器的动作规律 对于某些滞后和愤性较大的对象，为了提高调节质
量，需要在调节器中加人微分作用。 微分调节器是根据偏差的变化率来进行调节的，尽
管偏差很小，但它的变化速度很快，所以微分调节器立 即有一个较大的输出。微分调节作用较比例调节作用还 要快，更及时，这对一些惯性很大的对象可以改善调节 质材，减小过渡过程的最大偏差，节省调节时间。被调 复发生突然而又剧烈的变化，往往是由于生产过程中 有较大的干扰产生，微分调节器可以在剧烈变化出现的 时刻，立即产生一个较大的调节作用。它具有超前调节 的性质，所以，也把微分调节称为“超前调节”。
三、积分调节
比例调节不能使被调量恢复到给定值而 存在余差(过渡过程终了时的残余偏差叫余 差)，因而调节准确度不高。当调节质量要 求较高时，单纯的比例调节不能满足需要， 往往要加上积分调节来消除余差。
1.积分调节作用
积分调节器(积分调节常用I表示)的愉 出变化量与输入偏差的积分量成比例，或 者说，积分愉出的变化速度与输人偏差成 正比，即
如此反复循环动作，液位便在给定值上下很小 的范围内波动。
二、比例调节
在双位调节系统中，被调量不可避免地保持等
幅振荡，被调量与调节对象的负荷要求不相适应。 从位式调节及人工操作的实践中认识到，如果能够 使调节阀的开度与被调量的偏差成比例，那就有可 能获得与对象负荷相适应的调节量，而且被调量趋 于稳定。图7-18所示为液位调节系统，当液位高于 给定值时，调节阀门关小，液位越高，阀门关闭得 越小;反之，阀门开度越大。这相当于把位式调节 的位置增加到无穷多个，即变成连续作用系统。这 种阀门开度的改变量(亦即调节器输出的改变量)与 被调量的偏差值成比例的调节规律称为比例调节， 常用P表示。