模拟式控制器优秀课件

TI
ε
在阶跃正偏差信号加入的瞬间，输出突跳
至某一值，这是比例作用（ KP ）；以后随
时间不断增加，为积分作用（ KP t ）。若
0
TI
t 取积分作用的输出等于比例作用的输
Δy
出 yI yP ，即 KP KP t ， 可得 TI t 。
TI
yI yp ——这就是定义和测定积分时间的依据。
Kp
t
δ越小，系统控制越强，但并不
是δ越小越好。δ减小将使系统稳
Kpε
定性变差，容易产生振荡。
0
t ⑶ P控制器一般用于干扰较小，允
许有余差的系统中。
控制器的运算规律和构成方式
㈢ 比例积分（PI）运算规律 具有比例积分控制规律的控制器称为PI控制器。对PID控 制器而言，当微分时间TD＝0时，控制器呈PI控制特性。
控制器 p 控制阀 q 被控对象 被控变量
-
z
测量值
y
测量变送
模拟控制器
第一节 控制器的运算规律和 构成方式
控制器的运算规律和构成方式
一、概述
在单回路控制系统中，由于扰动 作用使被控变量偏离给定值，从 而产生偏差ε＝ xi－xs。
偏差
给定值
ε
xs
-
测量值 xi
控制器
控制器输出
y
控制器的运算规律就是指控制器的输出信号与输入偏差
此时，比例度可表示为
1
100%
KP
可见，δ与KP成反比。δ愈小，KP愈大，比例作用就愈强。
2. P控制特性
控制器的运算规律和构成方式
在阶跃信号作用下，P控制器的输出响应特性如图所示。输 出幅度的大小取决于Kp（或δ）值。
⑴ P控制的特点：反应快，控制及
ε
时，但系统有余差。
0
Δy
⑵ 比例度与系统稳定性的关系:
1. 理想PI控制器的特性
控制器的运算规律和构成方式
积分增益 KI 时的PI控制器为理想PI控制器，其表达式为：
1t
y KP( dt) TI 0
或
Y (s)
1
WPI(s)
KP(1 )
E(s)
TIs
控制器的输出Δy可表示为比例作用的输出Δyp与积分作用 的输出Δyi之和 y yP yI
式中
yP
KP
，yI
KP TI
t
dt
0
。
积分作用能消除余差：积分输出项表明，只要偏差存在，积分 作用的输出就会随时间不断变化，直到偏差消除，控制器的输 出才稳定下来。上式还表明，积分作用输出变化的快慢与输入 偏差ε的大小成正比，而与积分时间TI成反比。TI愈短，积分 速度愈快，积分作用就愈强。
控制器的运算规律和构成方式
实际PID控制器
传递函数的表示形式
W
(s)
Y (s) E(s)
KPF
1 1
1FTI 1s NhomakorabeaTD s F TD s
KITI s KD
F ——控制器变量之间的相互干扰系数，可表示为 F 1 TD
TI
KpF ——考虑相互干扰系数后的实际比例增益
FTI ——考虑相互干扰系数后的实际积分时间 TD ——考虑相互干扰系数后的实际微分时间 F KI ——积分增益
1. 比例度
控制器的运算规律和构成方式
在实际控制器中常用比例度（或称比例带）δ来表示比 例作用的强弱。比例度的一般表达式为：
max min y
100%
y max y min
式中 max min ——偏差变化范围；
y max y min ——输出信号变化范围。
在单元组合仪表中， max min y max y min 。
之间随时间变化的规律。在研究控制器特性时，输出信号通 常指的是变化量，而对输入偏差ε来说，其初值为零，因此ε 既是变化量，又是实际值。习惯上称ε＞0正偏差，ε＜0为负 偏差。
正作用控制器：输入信号ε增大，输出信号y也增大（或输 入信号ε减小，输出信号y也减小）；
反作用控制器：输入信号ε增大，输出信号y减小（或输入 信号ε减小，输出信号y增大）。
积分作用一般不单独使用，而是和比例作用组合起 来构成PI控制器。由于积分输出是随时间积累而逐渐增 大的，故控制作用缓慢，造成控制不及时，使系统稳定 裕度下降。
理想PI控制器的阶跃响应特性
控制器的运算规律和构成方式
在阶跃偏差信号作用下，理想PI控制器的输出随时间变化
的表达式为：
t
y KP(1 )
控制器的运算规律和构成方式
基本运算规律有比例（P）、积分（I）和微分（D） 三种，各种控制器的运算规律均是由这些基本运算规律组 合而成的。
二、PID控制器的运算规律 ㈠ PID运算规律的表示形式
控制器的运算规律和构成方式
理想PID控制器的运算规律可用下式表示：
1t
d
y KP( dt TD )
TI 0
dt
也可用传递函数表示为
W (s) Y (s) KP(1 1 TDs)
E(s)
TIs
式中 KP——控制器的比例增益； TI ——控制器的积分时间，以秒或分为单位； TD——控制器的微分时间，以秒或分为单位。
控制器的运算规律和构成方式
两点说明： ⑴ 运算规律通常是用增量形式来表示的，若用实际输出值y表
也就是说，在阶跃信号作用下，积分作用
yp Kp 的输出值变化到等于比例作用的输出值所
经历的时间就是积分时间。
0
t
2. 实际PI控制器的特性 实际PI控制器的传递函数为
控制器的运算规律和构成方式
1 1
WPI(s) KP 1
TI 1
示，则应写为
1 y KP(
t dt TD d ) y
TI 0
dt
式中 y′——控制器的输出起始值，亦即 t 0瞬间， ，0
d 0 时的输出值。
dt
⑵ 当控制器为正作用时，控制器的输出值y为： y y y
当控制器为反作用时，控制器的输出值y为： y y y
控制器的运算规律和构成方式
模拟式控制器
控制装置
第一章 模拟式控制器
控制器将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生 的偏差进行比例 (P)、积分(I) 、微分(D) 运算，并输出 统一标准信号, 去控制执行机构的动作，以实现对温度、 压力、流量、液位及其他工艺变量的自动控制。
给定值 x 偏差 e
f 干扰作用
控制器输出
控制作用
KD ——微分增益
控制器的运算规律和构成方式
㈡ 比例（P）运算规律 具有比例控制规律的控制器称为P控制器，其输出信
号 与输入偏差之间成比例关系。对 PID控制器而言，当
积分时间 TI ，微分时间 TD 0 时，控制器呈P控制特
性。
P控制器输出与输入的关系式为：
y KP 或 WP(s) KP