第3章 控制器的控制规律-zhm
控制器基本控制规律
•t4时刻 回到初始水位 流入量大于流出量
积分调节特点
• 可以消除被调量的静态偏差。 • 过程中容易出现过调，引起被调量反复振荡，稳定性下降。
• Ti越小，积分作用越强，稳定性越差，动态偏差越大。 • 如果Ti过小，系统响应迟缓，调节时间加大。
• 积分调节不能单独使用，而是与比例调节配合使用，构成PI调节。
0.5,Ti
1,Wo
1 20s 1
P、I、PI效果比较（G单位阶跃扰动）
3
微分调节
微分调节：
动态方程：
Kd
de dt
传递函数： WD TDs
式中：TD为微分时间；
• TD越大，微分作用越强。 • 微分调节规律的输出与误差的变化速度成正比。
• t1时刻 流入量等于流出量 到达最高水位
• t1~t2 H>G，e<0，水位下降； 流入侧小于流出侧； 积分输出持续减小； 关小流入侧阀门；
•t2时刻 回到初始水位 流入量小于流出量
• t2~t3 H<G，e>0，水位下
降； 流入侧小于流出侧； 积分输出持续增大； 开大流入侧阀门；
• t3时刻 流入量等于流出量 到达最低水位
K1 1, R2 1; A 10 给定值单位阶跃响应
KC↑ δ↓
衰减率ψ ↓ 稳态误差ess↓ 超调量σ ↑ 振荡频率ω ↑
比例调节特点： • 动作迅速且始终方向正确。 • 比例带σ的大小影响着系统的稳定性和准确性。
• σ越大，静态偏差越大，准确性越差。 • σ越小，稳定性越差。
• 缺点：稳定后存在稳态偏差。
——控制器基本控制规律
控制器控制规律
控制器控制规律一、引言控制器是一种用于管理和调节系统或设备运行的设备或程序。
在各个领域，控制器扮演着至关重要的角色。
控制器控制规律是指控制器进行控制时所遵循的规律和原则。
掌握控制器控制规律对于优化系统运行、提高效率至关重要。
二、控制器的分类控制器可以根据其工作原理和功能进行分类。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器等。
1. 比例控制器比例控制器根据输入变量和输出变量之间的比例关系进行控制。
它能够快速响应输入变量的变化，并作出相应的输出调整。
但是，比例控制器无法消除稳定偏差，因此在某些需要稳定控制的系统中可能不太适用。
2. 积分控制器积分控制器基于输入变量的积分值进行控制。
它能够消除稳定偏差，确保系统的稳定性。
积分控制器响应速度较慢，对于快速变化的输入变量可能无法及时作出调整。
3. 微分控制器微分控制器根据输入变量的变化率进行控制。
它能够快速响应输入变量的变化，并通过减小输出变量的变化率实现稳定控制。
微分控制器对于输入变量的噪声较为敏感，可能引入不稳定因素。
4. PID控制器PID控制器综合了比例控制器、积分控制器和微分控制器的优点。
它能够在快速响应输入变量的变化的同时消除稳定偏差，并保持稳定控制。
PID控制器是最常用的控制器之一，在工业自动化和过程控制中广泛应用。
三、控制器控制规律控制器控制规律是指在实际控制过程中，控制器遵循的一系列规律和原则。
以下是一些常见的控制器控制规律。
1. 反馈控制反馈控制是控制器控制规律中的基本原则之一。
通过测量系统的输出变量，并与期望的输出进行比较，控制器可以根据误差来调整系统的输入变量，使系统的输出接近期望值。
反馈控制能够有效地消除系统的偏差，提高系统的稳定性和精度。
2. 执行器动态响应执行器是控制器控制系统的重要组成部分。
执行器的动态响应特性对于系统的稳定性和响应速度起着重要作用。
控制器需要考虑执行器的响应时间、稳定性和鲁棒性等因素，在控制过程中作出相应的调整。
控制器的基本控制规律
控制器的基本控制规律控制器是现代工业自动化中不可或缺的一种设备，它可以根据预设规律，对各种设备和系统的运行进行控制和监控。
控制器在各种环境中广泛运用，包括工业制造、物流、农业等领域。
一个成功的控制器必须具备基本控制规律，这些规律是控制器能够正确控制操作的关键。
一、稳定性规律稳定性规律是控制器运转的基本规律，它要求控制器对系统的控制应当能够保持系统的稳定性，避免系统发生不稳定或失控的情况。
稳定性规律体现在控制器对系统的控制参数的调整上，控制器需要及时调整、校准各控制参数，保证系统运行稳定性。
常见的稳定性规律控制器有PID控制器和自适应控制器等。
二、追踪规律追踪规律要求控制器能够追踪所需要控制对象的参量，把系统控制到预期的工作状态，并且保持其稳定性。
控制器对于不同的控制对象需要制定对应的控制算法，来保证控制对象参量的准确和稳定。
常见的追踪规律控制器有模糊控制器和神经网络控制器等。
三、纠正规律纠正规律要求控制器能够及时检测到系统中的误差，并能够针对误差采用正确的方式进行纠正。
在系统出现误差的时候，控制器需要对系统进行反馈控制，及时调整控制参数来消除误差。
常见的纠正规律控制器有比例控制器、微分控制器和积分控制器等。
四、适应规律适应规律要求控制器能够适应不同的工况和环境条件，依据不同的工况和环境条件来调节系统的控制参数，确保系统稳定性和优化。
控制器需要不断检测环境条件和工况变化，对控制参数进行动态调整和优化，以达到最佳的运行状态。
常见的适应规律控制器有根轨迹控制器和滑模控制器等。
五、安全规律安全规律是所有控制器智能控制的重要规律。
安全规律要求控制器对工业生产过程中的危险设施或危险工作环境进行监控，以确保生产安全。
此外，在控制器操作过程中，对可能出现的危险情况需要进行相应的控制和预警。
常见的安全规律控制器有安全控制器和故障诊断控制器。
总之，通过这些基本控制规律，控制器能够更加稳定、高效地运行，减小系统出错的概率。
掌握控制器操作技巧
掌握控制器操作技巧在如今数字时代的快速发展下，控制器已经成为了我们日常生活中不可或缺的设备之一。
从游戏机到智能家居，掌握控制器操作技巧可以帮助我们更好地使用这些设备，提高生活质量。
在本文中，将会介绍控制器的基本操作技巧，并分享一些高级技巧，帮助读者更好地掌握控制器的使用。
一、基本控制器操作技巧1. 握持控制器：首先，正确的握持控制器是使用的基础。
通常，一个控制器会有两个手柄，每个手柄的形状和按键布局可能会有所不同。
在握持控制器时，双手要保持舒适放松的状态，以便更好地操控按键。
2. 熟悉按键功能：不同的控制器在按键功能设置上可能会有所差异，因此在操作前熟悉按键功能非常重要。
通常，控制器上会有主功能按键、方向键、摇杆、触摸板等，可以根据需要灵活运用。
3. 学会使用方向键和摇杆：方向键和摇杆在游戏中经常被使用到。
方向键通常用于在游戏中进行移动或选择，而摇杆则可以实现更加精确的操控。
在使用过程中，可以适当练习调整对方向键和摇杆的灵敏度，以便更好地控制角色行动。
4. 熟练使用触摸板和触摸屏：一些现代控制器上配备了触摸板和触摸屏功能，这些功能可以提供更多的操作方式。
触摸板可以用于进行滑动操作，而触摸屏可以进行触摸选择或手势操作。
在使用过程中，可以多试验不同的手势和操作方式，以便更好地应对各种情况。
二、高级控制器操作技巧1. 自定义按键映射：一些控制器支持按键映射功能，允许用户根据自己的喜好进行按键定义。
通过自定义按键映射，可以将一些常用的功能或者复杂的组合按键设置为一个单一按键，提高操控效率。
2. 使用快捷键：部分控制器上提供了快捷键功能，可以帮助用户更快速地操作。
例如，在游戏中，可以通过设置快捷键快速切换武器或技能，提高反应速度和游戏体验。
3. 使用手势操作：一些控制器具备手势识别功能，可以通过手势实现特定的指令或操作。
例如，通过在触摸板上进行手势操作可以切换界面或进行特殊技能释放。
熟练掌握手势操作可以使操作更加便捷高效。
所谓控制规律是指控制器的输出信号与控制误差之间的关系_概述说明
所谓控制规律是指控制器的输出信号与控制误差之间的关系概述说明1. 引言1.1 概述控制规律是指控制器的输出信号与控制误差之间的关系。
在自动控制系统中，为了实现对被控对象的精确调节和稳定性能，需要设计合适的控制规律来驱动控制器输出，并使其与期望值或参考输入信号相匹配。
1.2 文章结构本文将从引言、控制规律和控制器、常见控制规律及其特点、控制误差的衡量与分析方法以及结论等方面进行阐述。
通过对这些内容的介绍和分析，旨在加深对控制规律概念和原理的理解，提供一些常见的应用案例，并进一步讨论如何评价和改善系统中存在的误差问题。
1.3 目的本文旨在帮助读者全面了解和认识控制规律及其与控制器之间的关系。
同时，通过对常见控制规律和误差分析方法的介绍，读者可以更好地应用这些知识来解决实际工程中遇到的问题，并提高自动化系统的调节性能和稳定性。
以上为文章“1. 引言”部分内容，请根据需要进行修改和完善。
2. 控制规律和控制器2.1 控制规律的定义与作用控制规律是指控制器根据控制误差的大小和变化率来生成输出信号的方式。
它决定了在给定输入条件下,控制器如何调整系统的参数以实现所需的响应。
控制规律起到桥梁作用，将感知到的系统偏差转化为相应的输出信号，并帮助系统迅速、准确地达到预期目标。
2.2 控制器的概念和功能控制器是一个重要的组件，通过根据传感器反馈信息识别和测量系统误差，并计算出相应的调整量。
它可以被视为一个自动调节装置，不断监控和修改系统参数，以保持系统稳定性并满足性能要求。
常见的控制器包括比例（P）控制器、积分（I）控制器和比例-积分（PI）控制器。
比例控制器根据偏差大小直接产生输出信号，适用于简单且线性度较好的系统。
积分控制器对累积偏差进行补偿，可以消除稳态误差，并改善系统响应速度。
比例-积分控制器是比例和积分控制器的结合，综合考虑了稳态误差和响应速度两个方面。
2.3 控制误差与输出信号关系的意义控制误差是指实际输出值与期望输出值之间的差异。
第3章 控制器的控制规律-zhm
E ( s) R( s)
1
e( )
②对广义对象的稳态值为无限值（非自衡特性） G o ( s) 对设定值变化时，e(∞) →0，即余差为0 对干扰作用时，若Gf(s)为自衡过程 则e(∞) →0 若Gf(s)为非自衡过程 则e(∞)≠0
自己验证！！
Kf 1 K K c o
实际应用中双位控制具有一个中间区 zhm07@
u
实际上的双位控制器是有中间区的，即 当测量值>(或<) 设定值时，控制器 emin 的输出不能立即变化，只有当偏差达到 一定数值时，控制器的输出才发生变 化，其双位控制输出特性如图所示: umin 通 上例：设臵一个具有中间区的双位控制
表达式为 ：
A 1 u t 为一直线 如下图 u K i edt edt 当e=A时： Ti Ti
e(t) A
A t TI
e(t) A uI(t)
A t TI
TI：积分作用的变化速度
uI(t)
du 1 Ki e e dt Ti
zhm07@
说明：
①～③
Δu(t)= Kp· e(t)
式①
①△u是增量，实际输出u=u0+ △u(u0初始阀位输出 即稳态点/工作点) ②具有饱和区的比例特性—Kp较大时式①只有在一定范围内起作用 如图： ③比例度(δ) 工业生产上，一般δ来表示比例作用的强弱,其定义
e 比例度δ定义为： emax emin 100% u u max u min
理想情况，振幅小，周期长。但对于同一个双位控制系统来说，过渡过 程的振幅和周期是由矛盾的 若要A小则T必然短（即振荡频率f高），会使执行机构的动作次数增多， 运动部件容易损坏；（影响执行器寿命） 若要T长（即振荡频率低）则A必然大，使被控变量y的波动范围超出允 许范围（控制质量变差）
简述控制器的基本控制规律
简述控制器的基本控制规律
控制器是工程领域中常用的一种自动控制装置，它可以对系统进行监测、判断和调节，以实现系统的稳定运行和满足特定的控制要求。
控制器的基本控制规律可以分为两种类型：比例控制和积分控制。
比例控制是最简单的一种控制规律，它根据被控对象的误差信号与设定值之间的差异，通过乘以一个比例系数来产生控制信号。
比例控制的优点是响应速度快，但在稳态时可能存在一定的误差。
为了消除比例控制的稳态误差，可以引入积分控制。
积分控制是将误差信号积分后再与比例控制的信号相加，以消除稳态误差。
积分控制的优点是能够消除稳态误差，但其响应速度比比例控制要慢。
除了比例控制和积分控制，还有一种常用的控制规律是比例积分控制（PI控制）。
PI控制是将比例控制和积分控制结合起来，通过调节比例系数和积分时间常数来实现控制效果。
PI控制既能够快速响应系统变化，又能够消除稳态误差。
在工程实践中，控制器的设计通常需要根据被控对象的特性和控制要求来确定合适的控制规律。
比例控制适用于要求响应速度快、稳态误差要求不高的情况；积分控制适用于需要消除稳态误差的情况；而PI控制则是在响应速度和稳态误差之间要求平衡的情况下常用的控制规律。
总之，控制器的基本控制规律包括比例控制、积分控制和比例积分控制，并根据实际需求选择合适的控制规律以实现系统的稳定运行。
控制器的工作原理说明书
控制器的工作原理说明书一、引言控制器是一种关键的电子设备，广泛应用于各个领域的自动化系统中。
本说明书旨在全面介绍控制器的工作原理，以帮助用户更好地了解和使用控制器。
二、控制器的定义控制器是一种电子设备，用于监测、判断和控制系统中的各种参数和信号。
它具有多种输入和输出接口，能够根据预设的逻辑规则进行处理，并输出相应的控制信号，实现对设备或系统的精确控制。
三、控制器的组成1. 中央处理器（CPU）：控制器的核心部件，负责接收和处理输入信号，并根据预设的程序指令进行运算和决策。
2. 存储器：存储控制器所需的程序指令和数据，包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
3. 输入接口：用于连接传感器等输入装置，将外界的信息转化为数字信号，供中央处理器处理。
4. 输出接口：用于连接执行器等输出装置，将中央处理器处理后的控制信号转化为相应的动作或输出。
5. 通信接口：用于与其他设备或系统进行通信，实现远程控制或数据交换等功能。
四、控制器的工作原理1. 接收输入信号：控制器通过输入接口连接传感器等装置，接收外界的信息信号。
2. 处理输入信号：输入信号经过模数转换和放大等处理，转化为数字信号并送入中央处理器。
3. 运行程序指令：中央处理器根据预设的程序指令，对输入信号进行逻辑运算、判断和决策。
4. 生成控制信号：中央处理器根据处理的结果，生成相应的控制信号，并通过输出接口发送给执行器等装置。
5. 控制执行器动作：执行器接收控制信号，根据信号的不同，实现相应的动作或输出。
6. 监测系统状态：控制器不断监测系统的状态和参数，以便根据实际情况对控制信号进行调整或变化。
7. 与其他设备通信：通过通信接口，控制器可以与其他设备或系统进行数据交换、远程控制等操作。
五、控制器在不同领域的应用1. 工业自动化：控制器被广泛应用于各类工业自动化生产线和设备中，实现对生产过程的精确控制和监测。
2. 智能家居：控制器在智能家居系统中起到核心控制的作用，通过连接不同的传感器和执行器，实现对家居设备的智能控制。
控制规律和控制器的选用及调PPT课件
.
27
为了编程方便，可将式整理成如下形式：
Δu(k)=a0e(k)+a1e(k-1)+a2e(k-2)
式中，
a0
K
p 1
T T1
TD T
a1
K
p
1
2TD T
a2
K
p
TD T
.
28
4. 控制规律的选择
长期以来，PID调节器的应用十分普遍，已为广大工程技 术人员所接受和熟悉。其原因如下：PID控制是一种最优的控 制算法；PID参数Kp、KI、KD相互独立，参数整定比较方便； PID算法比较简单，计算工作量较小，容易实现多回路控制。 在实际使用中，根据对象特性和负荷情况，合理选择控制规律 是至关重要的。根据分析可得出如下结论：
先讨论超前校正网络的特性，而后介绍基于频率响应法 的超前校正装置的设计过程。
.
4
串联校正
R(s) E(s) Gc((ss))
C(s) Go(s)
H(s)
校正装置
校
正 方
反馈校正
式
前馈校正
复合校正
R(s)
E(s)
Go (s)
C(s)
校正装 置
Gc (s) H (s)
.
5
i uR
u i R
I
U i
u(t)Kpe(t)T 11 0 te(t)dtTDde d(tt) （7-14）
在PID调节器中，首先是比例、微分作用，使其调节作用 加强，然后再进行积分，直到最后消除静差为止。因此，PID 调节器无论是从静态还是从动态的角度看，调节品质均得到 了改善， 是一种应用最广泛的调节器。
.
18
两个 零点
控制规律与控制器
Dv
Mv f Dv , t
今后的Dv(发展趋势,预测)
控制规律：自适应、预估 、模糊控制算法 、PID算法等。 最常用是PID算法，由基本控制规律组成。 P、PI、PD、PID，统称PID控制。
返回
第二节 控制规律
一、比例控制规律
最简单的 决策是：
Mv Dv Mv Dv
4 微分作用对测量噪声有放大作用，所以微分作用不宜太强。
适用于：温度、成分等容量滞后的对象，且无余差要求。 不适用于：纯滞后对象。
TD对过渡过程的影响:
TD增大,微分作用增强，调节时间减小，最大偏差减小， 稳定性增强。
TD减小,微分作用减弱。
MV K P ( DV TD
dDV ) dt
返回
Mv K P Dv
1 PB 100% Kp
第二节 控制规律
特点：
Mv K P Dv
1. KP↑(PB↓)→△Mv↑，即：比例控制作用越强。 2. △Mv只与当前的Dv有关，动作迅速，作用及时。
3. 稳定时 Qi1 Qo1 Qi 0 。但因Mv ≠ Mv0，ΔMv=KPDv， 则 Dv(∞)≠0， 即必然存在余差。
３ 测量值：变送器的输出，测得的被控变量值。符号Pv
4 偏差：给定值与测量值之差，符号用Dv或e表示，
方框图通常用 e表示, e Sv Pv
控制规律通常用 Dv表示, Dv Pv Sv
e Dv
５ 操纵值：控制器的输出，执行器的输入。符号Mv 6 操纵变量：执行器的输出，被控对象的输入。通常为Q ７干扰：是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动 产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。
PID整定教材
说明 当温度变化全量程的 40% 时 , 控制器的输出从 0mA 变化到 10mA。在这个范围内,温度的变化和控制器的输出变化 Δp 是成比例的。但是当温度变化超过全量程的40%时 (在上 例中即温度变化超过40℃时) ,控制器的输出就不能再跟着 变化了。
这是因为控制器的输出最多只能变化 100% 。所以,比例度 实际上就是使控制器输出变化全范围时 , 输入偏差改变量 占满量程的百分数。
第五节 PD规律
ε :为阶跃信号时 ε t △yP △yD △yPD
+
t TD t
=
第六节 PID三作用控制规律
ε :为阶跃信号时
1 d y K p ( dt Td ) Ti dt
△yP
t △yPID
ε
t
△yI
+
t
△yD
+
t TD t
=
t
小结
控制规 输入e与输 优缺点 律 出p(或Δp) 的关系式 比例 Δp=KCe 结构简单 ;控 （P） 制及时 ;参数 整定方便 ;控 制结果有余差
dt
Td微分时间 0 2.阶跃响应曲线：
输出是偏差对时间的微分 若ε不变则控制无输出
t
y
t 0 TD
微分控制 规律的特点：
优点：有超前控制作用。输入只要有偏差，即可马上进行控 制。
缺点：输出只能反映偏差信号的变化速度，不能反映偏差的 大小，且不能消除偏差。所以在控制系统中不能单独采用微 分控制规律。
三、比例控制规律的特点
优点：反应速度快，输入只要有偏差，控制器立刻输出控制 信号；偏差越大，输出的控制作用越强。
缺点：系统达到稳定后存在偏差—静差，即控制结束后，被 控参数数值与设定值之间存在偏差。
第3章 调节规律及控制器
p KPe
Kp—放大倍数，又叫比例增益。
(3.26)
3.2 控制器的调节规律
采用比例调节的液位控 制系统如图所示，杠杆就是 一个简单的比例控制器。
（1）一阶自衡对象
可以用一阶微分方程来描述其动态特性的对象，一般称为一 阶对象。
3.1 被控对象的特性
下图是一个水槽，阀门2开度不变，要求被控变量h维持某一 数值，阀门1的开度变化成为引起液位变化的干扰。根据物料平 衡，液位高度h与进水流量Q1的数学关系推导如下：
Q1 Q2 dt Adh
(3.1)
对于控制通道，若时间常数T大，则被控变量的变化比较缓和， 一般来讲，这种对象比较稳定，容易控制，但缺点是控制过于缓慢。 若时间常数T小，则被控变量的变化速度快，不易控制。因此，时间 常数太大或太小，对过程控制都不利。
3.1.2.3 滞后时间
有不少化工对象，在受到输入变量的作 用后，其被控变量并不立即发生变化，而是 过一段时间才发生变化，这种现象称为滞后 现象。滞后时间就是描述滞后现象的动态参 数。
（1）传递滞后τ0
又叫纯滞后，是由于信号的传输、介质 的输送或热的传递要经过一段时间而产生的。 如溶解槽的传递滞后及特性曲线见右图。
3.1 被控对象的特性
（2）容量滞后τc
一般是由于物料或能量的传递过程中受到一定的阻力而引起 的，或者说是由于容量数目多而产生的。
其主要特征是当输入阶跃作用后，被控对象的输出变量开始 变化很慢，然后逐渐加快，接着又变慢，直至逐渐接近稳定值， 如双容液位对象的特性曲线。
双位调节的系统本身的要求不高，只要求被
控变量在两个极限值之间，这就是可用中间
区的双位调节方案。
控制规律
二、调节器的控制规律
3. 比例微分(PD)调节器
实际PD调节器的阶跃响应曲线： 理想PD调节器的阶跃响应曲线：
e
0
e
e0
t
0
e0
t
KD 1 e0
0
0.632( K P 1)
e0
Td
t
0
e0
t
二、调节器的控制规律
4. 比例积分微分(PID)调节器
理想PID调节器 动 态 方 程 实际PID调节器
e0
e0
e
de dt
t
t
0
Td
2
Td
a
t
Td
0
(a)
1
0
导前时间
Td
t
(b)
比例微分控制作用
比例微分(PD)控制由比例和微分二种控制作用组合而成
从右图中可以看出，当输入为斜坡曲线时，微分控制起到了超前的作 用，即：调节器输出比输入超前Td时间 从左图上可得出，当加入阶跃输入时，微分作用产生了一个 函数， 当t>0时，其输出显然这种控制作用在实际应用中没有什么太大的意义 根据这 2个特点不难理解：微分作用不能作为一种单独的调节规律来 使用，理想的 PD 作用不能直接使用；微分作用一般多用于对象时间常数 较大的系统之中。
二、调节器的控制规律
2. 比例积分(PI)调节器
PI 调节器的阶跃响应曲线
e
e0
0
比例调节 + 积分调节
t
粗调 + 细调
e0
0
e0
积分时间的定义：在阶跃输入 下，积分作用的输出变化到比 例作用的输出所经历的时间。
控制器参数整定方法及实例-zhm
y3 To Workspace
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
§4.3
控制器参数整定——举例
PID 1.8 1.6 9.4 Z-N C-C LINJIE
比例积分微分控制下，不同整定方法的响应曲线：
0.01 (s+0.2)(s+0.5)(s+0.1) Zero-Pole 1/s
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
§4.3控制器参数整定——举例
比例积分控制下，不同整定方法的响应曲线：
PI 1.6 1.4 Z-N C-C LINJIE
5.7 Step
1.2
0.01 (s+0.2)(s+0.5)(s+0.1) Zero-Pole 1/s
Scope
1/12.85
PI控制器：
1 1 1 [0.9( / T ) 0.082] 0 K 0 2 [3.33( / T ) 0.3( / T ) ] T 0 0 I 1 2.2( T0 ) T0
§4.3控制器参数整定——三种常用工程整定方法的比
较
临界比例度法、衰减曲线法、反应曲线法都属于工程整定方法， 共同点是通过试验获取某些特征参数，然后再按照工程经验公式 计算控制器的整定参数； 不同点： 临界比例度法和衰减曲线法都是闭环整定方法，依赖系统在某种 运行状况下的特征参数都控制器参数进行整定，不需要掌握被控 过程的数学模型； 临界比例度法不适用于生产过程中不能反复振荡试验、对比例调 节是本质稳定的被控系统；在做衰减比较大的试验时，衰减曲线 控制器参数整定——举例
试析智能控制器的基本控制规律
试析智能控制器的基本控制规律随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机)出现了。
以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能控制器。
智能控制器工作原理。
传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经A／D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等)；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或E2PROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号(如报警装置触发、继电器触点等)。
此外，智能控制器还可以与PC机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机，由PC机进行全局管理。
智能控制器基本构成1、硬件部分（1）主机电路主要由微处理器CPU、只读存储器ROM和EPROM、随机存储器RAM、定时/计数器CTC以及输入/输出接口等组成，它是数字控制器的核心，用于数据运算处理和各组成部分的管理。
（2）过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道两部分，其中模拟量输入通道主要由多路模拟开关、采样/保持器和A/D转换器等组成，其作用是将模拟量输入信号转换为相应的数字量；而开关量输入通道则将多个开关输入信号通过输入缓冲器将其转换为能被计算机识别的数字信号。
（3）过程输出通道主要包括模拟量输出通道和开关量输出通道两部分，其中模拟量输出通道由D/A转换器、多路模拟开关输出保持器和V/I转换器等组成，其作用是将数字信号转换为1～5V模拟电压或4～20mA模拟电流信号。
控制规律3
积分控制
• 积分控制的特点：
1）I 是无差控制，偏差为0时，I调节器的输出才保持不变。 被控过程在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量没有残 差，而调节阀则可以停在新的负荷所要求的开度上。
其调节阀的开度与当时被调量的数值本身没有直接关系---------浮动调节
2）稳定性比P调节差。对于非自平衡的被控过程，采用P调 节时，只要加大比例带总可以使系统稳定（除非被控过程 含有一个以上的积分环节）；如果采用I调节则不可能得 到稳定的系统。
控制系统都可以采用。 34
微分控制
理想的微分控制规律，其输出信号Δu(t)正比于输入 信号e(t) 变化的速度。
u(t)
TD
de(t) dt
TD为微分时间， TD大，则u(t)就大，微分控制作
用就强。反之，控制作用弱
通常给定值r(t)不变，故偏差变化的速度实质上反映 了被控量测量值cm(t)的变化速度。
一.双位控制
控制器的输出变化频繁，这样会使系统中的运动部件因动 作频率太快而损坏，很难保证双位控制系统安全、可靠地工 作。
实际中应用的双位控制器都有一个中
间区，带中间区的双位控制就是当被控
变量上升到高于给定值某一数值后，阀 门才开（或关），当被控变量下降到低
1.0 P
于给定值某一数值后，阀门才关（或
只要存在偏差，就积分控制
作用-----无差控制
ε
0
t
△y PI
0
t
Ti
T1叫做积分时间，它表示积分控制作用强弱的一个特性参数。相同的输 入偏差下，T1越小，输出控制信号的变化速度越大，积分作用越强。
1/T1：是积分速度。输出信号的大小不仅与偏差信号的大小有关，而且
与偏差信号存在的时间长短有关。只有在偏差信号e 等于零的情况 21
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选择控制器正/反作用的目的： 保证控制系统成为负反馈
zhm07@
（3）比例度对系统过渡过程的影响
结论： 在扰动（例如负荷）及设定值变化时有余差存在。
为什么P控制规律会产生余差呢？ ——是P控制规律自身的特点 思考!! f y e r/x/sp u 控制器 广义对象
-
假设系统原处于平衡状态，则y= x 由于扰动f的加入，使对象的输出发生变化，破坏了平衡状态 若fy,则 y>x e进入调节器，经P运算后，则有输出u去克服 扰动f，力图使y 因P调节器:p=Kp×e,若想输出一定的信号p去克服扰动f的 影响，就必须有一定的输入信号e存在 ∴比例控制器是有余差的控制，故： 对于控制系统要求较高不允许有余差，则纯比例满足不了要求 由控制原理知识可更清晰描述e存在：
烈，余差不太大的过渡过程，即衰减比在4:1～10:1的范围内， zhm07@ 而随动控制系统一般衰减比在10:1以上
e(t)
纯比例调节系统的特点： 控制及时 控制结果有余差
纯比例控制适用场合：
A O Δ u(t ) KcA O t
t0
t
干扰幅度较小 控制通道滞后较小 负荷变化不大 控制要求不太高
zhm07@
注意：若系统存在纯滞后环节（即时滞），滞后时间为τ， 则会出现控制器的输出已经切换，但y仍将继续上升 或下降τ时间然后才下降或上升，从而使等幅振荡的 幅度加大。系统的时滞越大，振荡的幅度也越大。
特
点：结构简单、容易实现控制、且价格便宜 但过渡过程是振荡的 适用范围：单容量对象且对象时间常数较大、负荷变化较小、 过程时滞小、工艺允许被控变量在一定范围内波动 的场合，如压缩空气的压力控制，恒温箱、管式炉 的温度控制以及贮槽的水位控制等。 在实施时只要选用带上、下限接点的检测仪表、双 位控制器，再配上继电器、电磁阀、执行器、磁力 起动器等即可构成双位控制系统。
第3章 控制器的控制规律
控制器:又称自动控制仪表、控制器/调节器
干扰作用 f 设定值 x/r/sp
偏差 _ e z
控制器 测量值
控制器输出 u
执行器
操纵变量 q
被控对象
被控变量 y/pv
测量变送
分析控制器的作用及其在控制系统中的作用 设计控制系统目的：y=x 问题出现：被控变量能否回到给定值上，或者 以什么样的途径、经过多长时间 回到给定值上来？ 与被控对象特性有关（2章已讲述）， 而且还与控制器的特性有关（3章）。
实际应用中双位ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制具有一个中间区 zhm07@
u
实际上的双位控制器是有中间区的，即 当测量值>(或<) 设定值时，控制器 emin 的输出不能立即变化，只有当偏差达到 一定数值时，控制器的输出才发生变 化，其双位控制输出特性如图所示: umin 通 上例：设置一个具有中间区的双位控制
位式调节、P、I、D及其组合PI、PD、PID
不同控制规律适应不同的生产要求必须根据生产要 求来选取合适的控制规律。 若选择不当不但起不到好的控制作用反而会使控制 过程恶化甚至造成事故。 要选择合适的控制器，首先必须了解常用控制规律 的特点及适应条件，然后依据过度过程品质指 标要求结合具体对象特性做出正确的选择.
zhm07@
3.2 比例控制（比例控制算法）
（1）比例控制规律（P） Δu(t)= Kp· e(t)
式①
e(t)
A O Δ u(t ) KcA
t0
t
式中：Kp(Kc)--比例增益
比例控制器的传递函数为：
U (s) Gc ( s) Kp E ( s)
O
t0
t
特点： Kp是衡量比例作用强弱的因素，Kp↑，控制作用越强， 在相同e(t)输入下，输出Δu(t)也越大。 kp 比例作用 kp 比例作用 优点：控制及时
控制器参数整定时，对于一阶或二阶系统，结论①是成立的
仿真结果： zhm07@
一般来说，若对象滞后较 小、时间常数较大以及放 以提高系统的灵敏度，使 反应快些，从而过渡过程 曲线的形状较好。反之，
大倍数较小时，Kc选大些，
Kc选小些以保证稳定。
Kc小（δ越大），过渡过程曲线越平稳； Kc↑，系统的振荡程度加剧，衰减比↓，稳定程度降低。 若Kc较大，则振荡频率提高，因此把被控变量拉回到设定值所需时间就短。 Kc太大，系统出现等幅振荡，甚至发散 在扰动作用下， Kc 越大（δ越小），最大偏差越小； 工业生产中定值控制系统通常要求控制系统具有振荡不太剧 在设定作用下且系统处于衰减振荡时， Kc越大（δ越小）最大偏差却越大
这样调节器输出在0与1之间不断变化，电磁阀 也在“开”和“关”二个状态上不停的动作。 y势必产生等幅震荡
刚好 达到
在实际工业系统中 , 这种现 象是绝对不允许的，因为任 何一种设备都有一定的使用 寿命，电磁阀的使用寿命一 般在10万～50万次。
缺点： 频繁动作，导致运动部件（如继电器、电磁阀等）损坏
对单元组合仪表而言：
1 100% Kp
100%
zhm07@
（2）控制器正/反作用：e=y-r=pv-sp
所谓“任意环节”作用方向，就是指输入变化后，输出的变化方向
输入 （或 ） 输出 （或 ） 正作用
环节
输入 （或 ） 输出 （或 ）
反作用
正作用：若e>0, △u>0 (或e<0, △u<0) 即二者同号 定值系统中，r常数，故测量值y增加，控制器 输出u也增加，则该控制器为正作用控制器 反作用：若e>0, △u<0 (或e<0，△u>0) 即二者异号 即测量值y增加，控制器输出u却减少，则该控 制器为反作用控制器 注意：在控制系统分析时， △e =r-y 控制器增益定义：Kc=△u/△e 故正作用控制的增益Kc为负，而反作用控制器的增益Kc为正
1 Kc Ko
E ( s) R( s)
1
e( )
②对广义对象的稳态值为无限值（非自衡特性） G o ( s) 对设定值变化时，e(∞) →0，即余差为0 对干扰作用时，若Gf(s)为自衡过程 则e(∞) →0 若Gf(s)为非自衡过程 则e(∞)≠0
自己验证！！
Kf 1 K K c o
100% Kc>1 Kc=1 Kc<1
δ
50%
说明： δ对应使控制器的输出变化满量程时 输入占其测量范围的百分数
（δ是使输入输出呈线性关系的范围，如图）
25%
75%
e u max u min 1 u max u min 100% 100% 改写为： u emax emin K p emax emin
t0
常见的：储槽液位控制系统、压缩机储气罐的压力控制等 如：在液位控制中，往往只要求液位稳定在一定的范围之内， 没有格要求，只有当比例控制系统的控制指标不能满足 工艺生产要求时，才需要在比例控制的基础上适当引入 积分或微分控制作用 zhm07@
§3.3积分/比例积分控制（PI控制）
比例控制最大的优点是反应快，控制作用及时
zhm07@
说明：
①～③
Δu(t)= Kp· e(t)
式①
①△u是增量，实际输出u=u0+ △u(u0初始阀位输出 即稳态点/工作点) ②具有饱和区的比例特性—Kp较大时式①只有在一定范围内起作用 如图： ③比例度(δ) 工业生产上，一般δ来表示比例作用的强弱,其定义
e 比例度δ定义为： emax emin 100% u u max u min
但总有f存在使得y偏离x，即二者之间存在偏差e
将测量值y(t)与设定值x(t)相比较得偏差e(t)=y(t)-x(t)， 控制器作用： 若e≠0就按预先设置的不同控制规律，发出控制信号u(t)， 去控制生产过程，使y回到x上.
无f作用时，y=x，e=0 控制器输出u保持不变（u:控制点）保持执 行器位置不变； 当f存在时，y≠x，e≠0 控制器输出在控制点u的基础上发生变 化(变化量为△p)，△p就是用于克服f的影响
最大的缺点是控制结果存在余差 当工艺对控制质量有更高要求，不允许控制结果存在余
差时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差
的积分控制作用。 比例积分控制就是由比例作用和积分作用二种控制作用组合而成
zhm07@
§3.3.1 积分控制（I控制）
积分作用：指控制器的输出与输入（偏差e）对时间的积分成比例
zhm07@
3.1 双位控制
控制器的输出只有两个值：最大值或最小值。 理想的双位控制规律的数学表达式为： u(t ) umax 当 e 0 （或 e 0 ）时， u(t ) u min 当 e 0 （或 e 0 ）时，
e(t) umax u u(t) e － z(t)
1 (P>110) u( t ) 0或1 (90≤P≤110) 0 (P<90)
pmax x(t) + e(t) － z(t) u △ e pmin u(t)
umax 断 0 emax e
图3-2 双位控制输出特性
zhm07@
双位控制——总结
位式控制的执行器是从一个固定位置 到另一个固定位置,故整个系统不可能 保持在一个平衡状态; y总在x附近波动，其过渡过程是持续等幅振荡; 因此分析双位控制过程时，一般使用振幅和周期作为品质指标。 如图：振幅（A）=Pmax-Pmin 周期为T
zhm07@
Kc对被控对象过渡过程的影响：
f
r
Kf GO(s) +
e _
Kc
+
y
①当广义对象的稳态增益为有限值时（自衡过程） Ko 1 Kc (Ts 1) Kc↑，余差减少 若受到设定值扰动时，余差为： e() 1 r Kc↑,e(∞)↓,但≠0 若受到外界扰动时，余差为：