4.1自动控制仪表

并避开了元器件的初始非线性段； ②上下限制比为5：1，与通用的气动仪表的信号制相对应，
便于相互折算。
2、广泛采用集成电路 ① 集成电路运算放大器的放大倍数高，便于实现各种运算； ② 由于采用了集成电路，焊点减少，仪表的可靠性提高； ③ 集成电路的功耗小，对直流集中供电也十分有利。
3、采用直流集中供电 统一由电源箱供给24V DC电源，并有蓄电池作为备用电源
相比之下，曲线2 比较合适
比例积分控制对多数系统都可以 采用，比例度和积分时间都可 以调整。
当对象滞后很大，干扰作用又过 于剧烈时，比例积分控制的局 限性
积分时间对过渡过程的影响
四、微分控制
1、微分控制规律
微分控制，其动作规律就是控制器的输出信号与偏差信号
的变化速度成正比。
微分控制的输出与输入之间的关系可表示为： p
值后（偏差小于某一数值后），输出变为最小，控制机 构才动作到关（开）的位置。偏差在中间区内时，控制 机构不动作。
实际双位控制的特性图
设置了中间区后，控 制机构动作的频繁程 度大为降低，延长了 其中运动部件的使用 寿命。
在双位控制系统中，被控变量的变化过程是一个持续的等 幅振荡过程。
双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有 两个极限位置。那么，在一个极限位置时，被控变量上 升，直到偏差大于某一数值后，跳到另一个极限位置， 被控变量开始下降。反复循环，形成等幅振荡过程。
一、双位控制
1、理想双位控制
双位控制，其动作规律就是当测量值大于给定值时，控制 器的输出为最大(或最小)，而当测量值小于给定值时， 则输出为最小(或最大)，即控制器只有两个输出值，相 应的控制机构只有开和关两个极限位置，因此又称开关 控制。
理想的双位控制器，其输出p与输入e之间的关系为：
理想双位控制的特性图
控制器的输出信号，就是控制器送往执行器的信号p。
在研究控制器的控制规律时，是把控制器与系统断开的。 也就是说，只在开环时单独研究控制器输出与输入之间的
关系。 假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后来研究控制
器的输出信号p随时间的变化规律。
控制器的基本控制规律有位式控制、比例控制(P)、积分控 制(I)、微分控制(D)及它们的组合形式
PD控制一般以比例动作为主，微分 动作为辅。
微分时间对过渡过程的影响
5、比例积分微分控制 比例积分微分控制的输出与输入之间的关系可表示为：
p
KP
e
1 TI
edt
TD
de dt
当有阶跃信号输入时，控制器的输出
是比例、积分、微分三部分输入的
和。
PID控制吸取了比例控制的快速反应、
积分控制的消除余差功能和微分控
3、比例控制的特点
优点：反应快，控制及时。有偏差信号输入时，输出立刻 与它成比例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。
缺点：存在余差
在新的平衡状态下，操纵变量、控制器的输出信号已不是 旧平衡时的数值。而控制器的输出是随偏差成比例变化 的，因此，此时的偏差肯定不为零。
比例增益越大，余差越小。
4、比例度对系统过渡过程的影响
比例度越大，被控变量变化越缓 慢，过渡过程越平稳，但余差 也越大；比例度越小，则过渡 过程越振荡，比例度过小时就 可能出现发散振荡。（解释）
临界比例度δK
当比例度减小到某一数值时，系 统出现等幅振荡，此时的比例 度称为临界比例度。当比例度 小于δK时，在干扰产生后，将 出现发散振荡。
比较平稳，余差又不太大—曲线4
理想双位控制的特点： 控制机构的动作非常频繁。 这样会使系统中的运动部件因动作频繁而损坏，因此，实
际应用的双位控制器有一个中间区。
2、实际的双位控制
具有中间区的双位控制，其控制规律就是当被控变量的测 量值上升到高于给定值某一数值后（偏差大于某一数值 后），控制器的输出为最大，控制机构处于开（关）的 位置；直到被控变量的测量值下降到低于给定值某一数
电动仪表的供电方式有交流供电和直流集中供电两种形式。
第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
控制器的控制规律，是指控制器的输出信号与输入信号之 间的关系。
控制器的控制规律实际上就是p与e之间的函数关系，即： p=f(e)=f(z-x)
控制器的输入信号，是经比较机构后的偏差信号e，它是给 定值信号x与变送器送来的测量值信号z之差。在单独分 析控制仪表时,习惯上采用测量值减去给定值作为偏差， 即e=z-x
制的超前作用，，是一种比较理想
的控制规律。
并非任何情况下都可采用
三作用控制器的特性图
第三节 模拟式控制器
一、DDZ-Ⅲ型仪表的特点
1、采用国际统一信号制 生产现场和控制室之间的信号传输采用4～20mA(DC)，控制
室内联络信号为1～5V(DC)，信号电流与电压的转换电阻 为250Ω。
这种信号制的优点： ① 电气零点不是从零开始，有助于识别断电、断线等故障，
① 各单元仪表都省掉了将220V交流电转换成低压直流电的 线路，解决了仪表的发热问题，避免了高压电对安全的 威胁；
② 由于有备用电源，所以整套仪表在工频电源停电后的一 段时间内仍可正常工作、继续进行监控，有利于安全停 车。
③ 按仪表的组合形式分类 基地式控制仪表 单元组合式仪表中的控制单元 组件组装式仪表中的控制单元
基地式控制仪表 一般是与检测装置、显示装置以不可分离的机械结构相连接，装
在一个表壳内形成一个整体。同时具有测量、显示和控制功能。
结构简单、价格低、使用方便； 通用性差，信号不易传递，一般只用于简单控制系统中。
选择比例度应遵循的原则：
若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大倍数较小，那 么可以选择小的比例度，以提高系统的灵敏度。反之， 为保证系统的稳定性，就要选择大一些的比例度。
三、积分控制
1、积分控制规律
积分控制，其动作规律就是控制器的输出信号p与输入偏差
e对时间的积分成正比。
积分控制的输出与输入之间的关系可表示为：p
积分时间TI的物理意义：在阶跃信号 作用下，控制器积分作用的输出等 于比例作用的输出所经历的时间。 积分时间越短，积分速度越大，积 分作用就越强。反之，积分时间越 长，积分作用就越弱。
比例积分控制的特性图
4、积分时间对系统过渡过程的 影响
积分时间过大，积分作用不明显， 余差消除很慢；而积分时间小， 易于消除余差，但系统振荡加 剧。
电动仪表 灵敏度高; 滞后小、传送距离可以很远； 工作能源取用方便； 仪表维修比较容易； 与计算机、数据处理装置联用比较方便。
液动仪表 经久耐用、稳定可靠。 结构庞大、不灵敏区大、配套性差。
已形成了优先选用电动仪表的明显倾向。 同时，又考虑到气动仪表中的执行器等仪表所具有的独特优点，
所以在某些以电动仪表为主体的自动控制系统中常有配用， 从而构成电—气仪表混用的实用系统。
TD
de dt
其中，TD为微分时间，可反映微
分作用的强弱。微分时间越长，
微分作用越强；反之，微分作用
越弱。
在输入阶跃信号的瞬间，控制器 的输出为无限大，其余时间为零。
理想微分控制的特性图
2、微分控制的特点
优点：即使偏差很小，只要出现变化趋势，马上就进行控 制，故有“超前控制”之称。
缺点：输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数 值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除 偏差。
不能单独使用，而是与比例控制或比例积分控制组合过程 比例微分控制器或三作用控制器。
3、比例微分控制 比例微分控制的输出与输入之间的关系可表示为：
p
KP
e
TD
de dt
比例微分控制的特性图
4、微分时间对过渡过程的影响
微分作用按偏差的变化速度进行控制，其 作用较比例作用快，因而对惯性大的 对象用比例微分可以改善控制质量， 减小最大偏差，节省控制时间。微分 作用力图阻止被控变量的变化，有抑 制振荡的效果。但如果加得过大，由 于控制作用过强，反而会引起被控变 量大幅度的振荡。
位式控制，当被控变量偏离给定值达到一定数值后，调节 器输出两种、三种甚至更多种固定的信号，使调解机构 处于两种、三种或更多种位置上。
二、比例控制(P)
1、比例控制规律
比例控制，其动作规律就是控制器的输出信号p与输入信号 e成正比。
比例控制的输出与输入的关系为：
p KPe
其中，KP是比例增益，是一个可调的放大系数，它决定了比 例控制作用的强弱。KP越大，比例控制作用越强；KP越小， 比例控制作用越弱。
电动仪表 以220V市电作为工作能源的仪表
液动仪表 以液压为工作能源的仪表
气动仪表 防火、防爆、耐腐蚀性能好，对温度、湿度、电磁场和放射等
具有较强的抗干扰性能。 需要配置专用气ຫໍສະໝຸດ 装置，增加了设备投资和维护管理工作量；
信号传送上存在时间滞后，有距离限制； 与电动仪表、计算机和数据处理装置联用存在一定的困难。
3、衡量双位控制优劣的品质指标
振幅和频率
只要被控变量的上、下限在工艺允许范围内，就可以使中 间区尽量宽一些，震荡周期长一些，以减少控制机构运 动部件的磨损。
4、特点 双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很
普遍。 适用场合：
被控对象时滞小 被控变量的允许波动范围大 调节器惰性小，调节机构运动速度快
p KP e KI edt
习惯上常用积分时间TI来代替积分速度KI，TI=1/KI
若偏差是幅值为A的阶跃干扰时， p
KP A
KP TI
At
当t=TI时， p 2KP A 据此可以实测TI和KP：
给控制器施加一个幅值为A的阶跃输入， 马上记下其输出的跃变值(KPA)并开 动秒表计时。当输出达到跃变值的 两倍(2KPA)时，所经历的时间就是TI。 跃变值KPA除以输入的幅值A就是比 例增益KP