过程检测与控制技术应用讲稿3控制规律

位式控制
双位控制 当e>0或e<0时， u=umax e<0或e>0时， u=umin
具有中间区的双位控制
对于双位控制过程，一般均采用振幅与周期(或频率)作为品质指标。如图1-21中 振幅为(hH—hL)，周期为T
多位控制
双位控制的特点是：控制器只有最大与最小两个 输出值；执行器只有“开"与“关’’两个极限 位置。因此，对象中物料量或能量总是处于严重 的不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡，得不到 比较平稳的控制过程。为了改善这种特性，控制 器的输出可以增加一个中间值
比例控制系统特点及其应用场合
在比例控制系统中，控制器的比例控制规律比较简单，控 制比较及时，一旦有偏差出现，马上就有相应的控制作用。 因此，比例控制规律是一种最基本最常用的控制规律。但 是，由于比例控制作用△u是与偏差e成一一对应关系， 因此当负荷改变以后，比例控制系统的控制结果存在余差。 比例控制系统适用于干扰较小且不频繁、对象滞后较小而 时间常数较大、控制准确度要求不高的场合。
比例控制规律
比例控制器的阶跃响应
比例控制系统
u

a b
e

KCe
a KC b
式中 △u——阀杆位移，相当于控制器的输出；
e——液位的变化量；
KC——比例放大系数。
Kc的数值可以通过改变支点O的位置加以调整。
比例度及其对控制过程的影响
对于使用在不同情况下的比例控制器，由于控制器的 输入与输出是不同的物理量，因而Kc的量纲是不同 的。这样，就不能直接根据Kc数值的大小来判断控
比例度对系统稳定性的影响
比例度很大时，由于控制作用很弱，因此过渡过程变化缓慢， 过渡过程曲线很平稳(图1-28中的曲线5、6)。减小比例度， 由于控制作用增强，过渡过程曲线出现振荡(图中曲线3、4)。 当比例度很小时，由于控制作用过强，过渡过程曲线可能出现 等幅振荡，这时的比例度称为临界比例度δK，其相应的曲线如 图2—11中曲线2所示。当比例度继续减小至δK以下时，系统 可能出现发散振荡(图中曲线1)，这时系统就不能进行正常的 控制了。因此，减小比例度会减小系统的稳定性，反之，增大 比例度会增强系统的稳定性。
制器比例作用的强弱工业生产上所用的控制器，一般
都用比例度δ来表示比例作用的强弱。
e
δ=
max Z min u
×100％
Umax-Umin
max Z min —控制器输入的变化范 围，即测量仪表的量程；
Umax-Umin —控制器输出的变化范围。
比例度与输入输出关系
比例度δ与比例放大系数KC的关系为：
积分控制及比例积分控制
积分控制规律
当控制器的输出变化量△u与输入偏差e的积分成比
例时，就是积分控制规律(I)。其数学表达式为：
t
u=K I
edt
0
式中 KI—积分比例系数
积分控制作用的特性可以用阶跃输入下的输出来说
明。当控制器的输入偏差是一幅值为A的阶跃信号时，
上式就可写为(式中 TI—积分时间)
XCT型动圈式三位指示调节仪进行温度的三位控制
三位指示调节仪有三个指针。其中一个为指示指针，另外两个为给定指针。给定指针的 位置可以由面板上的两个给定指针调节旋钮分别调整在任意指示刻度上。
比例控制
一、比例控制规律 比例控制规律(P)可以用下列数学式来表示：
Δu=Kce 式中 Δu——控制器输出变化量； e——控制器的输入，即偏差； Kc——控制器的比例增益或比例放大系数。 由上式可以看出，比例控制器的输出变化量与输入 偏差成正比，在时间上是没有延滞的。或者说， 比例控制器的输出是与输入一一对应的。
比例度对过渡过程品质的影响
比例度对余差的影响
比例度对余差的影响是：比例度δ越大，Kc越小， 由于△u =KCe，要获得同样大小的控制作用， 所需的偏差就越大。因此，在同样的负荷变化下， 控制过程终了时的余差就越大；反之，减小比例 度，余差也随之减小。
余差的大小反映了系统的稳态精度。为了获得较 高的稳态精度，应适当减小比例度。
由于积分控制器输出总是滞后于输入，故积分控制过程比 较缓慢，控制作用不够及时，过渡过程中被控变量波动较 大，不易稳定。因此，积分控制作用一般不单独使用。
比例积分控制规律
输入偏差是一幅值 为A的阶跃变化时， △u的变化开始是一 阶跃变化，其值为 KcA(比例作用)，然 后随时间逐渐上升 (积分作用)。比例作 用是即时的、快速 的，而积分作用是 缓慢的、渐变的
u=KI
t
edt

1
0
TI
t
edt
0
当积分控制器的输入是一常数A时，输出是一直线，其 斜率为KIA，KI的大小与积分速度有关。从图中还可以 看出，只要偏差存在，积分控制器的输出随着时间不断 增大(或减小)
积分控制规律的特点
只要偏差存在，控制器的输出就会变化，执行器就要动作， 系统就不可能稳定。只有当偏差消除(即e=0)时，输出 信号不再变化，执行器停止动作，系统才可能稳定下来。 积分控制作用达到稳定时，偏差等于零，这是它的一个显 著特点，也是它的一个主要优点。由积分控制器构成的积 分控制系统是一个无差系统。
自动控制系统基本控制规律
在过程控制系统中，控制器或称调节器是整个控 制系统的核心，它将被控变量与给定值进行比较， 得到偏差e(t)，然后按不同规律进行运算，产生 一个能使偏差至零或很小值的控制信号u(t)。所 谓控制器的控制规律就是指控制器的输入e(t)与 u(t)输出的关系，即
u(t)=f[e(t)] 在生产过程常规控制系统中，应用的基本控制规 律主要有位式控制、比例控制、积分控制和微分 控制。
u=K（C e

1 TI
t
edt)
0
比例积分控制规律特点

δ=
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c
K= Umax-Umin Z max Z min
由于K为常数，因此控制器的比例度δ与比例放大系数Kc成反 比关系。比例度δ越小，则放大系数Kc越大，比例控制作用越 强；反之，当比例度δ越大时，表示比例控制作用越弱
在单元组合仪表中，控制器的输入信号是由变送器来的，而 控制器和变送器的输出信号都是统一的标准信号，因此常数 K=1。所以在单元组合仪表中，δ与KC成互为倒数关系