HG第五章自动控制仪表-位图解析
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18
几种调节方法的比较
X I调节 P调节 X0 PD调节 PID调节 PI调节
19
例：
一台具有比例积分控制规律的DDZ-Ⅱ型控制器，其比例度 为80％，积分时间TI为1min。稳态时，输出为6mA。某瞬间， 输入偏差突然增加了0.3mA，问其输出为多少?经过3min后， 其输出将为多少? 解： 比例度为80％，故比例放大系数Kp＝1/＝1.25, 输入变 化了0.3mA，输出在比例作用下将变化0.3×1.25＝0.375mA, 假定控制器为正作用式的，输出将在6mA的基础上增加 0.375mA、故为6.375mA。 由于积分时间为1min，故在积分作用下，每经过1min，输 出将增加0.375mA。经过了3min后，在积分作用下，输出将 增加的数值为3×0.375＝1.125mA。所以，在经过3min后，由 于比例作用与积分作用共同作用的结果，使输出共增加了 0.375+1.125＝1.5mA。由于稳态时为6mA，故经过3min后， 输出将变为7.5mA(如果是反作用式控制器，输出将变为 4.5mA)。 20
五、比例积分微分控制规律
1 p Kp e TI
PID
edt TD
de dt
PID控制规律吸取了比例控制的快速反应功能、 积分控制的消除余差功能和微分控制的预测功 能，从控制效果看，是比较理想的一种控制规 律。阶跃响应特性可以看作是 PI 阶跃响应曲线 PD阶跃响应曲线的叠加。 PID三作用控制器虽然性能效果比较理想，但 并非任何情况下都可采用 PID三作用控制器。因 为PID三作用控制器需要整定比例度、积分时间 和微分时间三个变量，而在实际工程上是很难 PID阶跃响应特性曲线 将这三个变量都整定到最佳值。
具体意义：使控制器的输出变化满刻度时(也就是控制 阀从全关到全开或相反)，相应的仪表测量值变化占仪 表测量范围的百分数。
9
比 例 度
pmax pmin 2
e % xmax xmin
10
练习
例：某DDZ-Ⅱ型比例作用控制器，温度刻度范围为 400~800℃、控制器输出工作范围是0~10mA。当指 示指针从600 ℃移到700 ℃ ，此时控制器相应的输出从 4mA变为9mA，其比例度的值为多少？
计算机控制系统
–以计算机为中心控制单元，以测试仪表、执行机构等单
元为外围设备的系统。
3
第二节 基本控制规律及其对控制过程的影响
控制规律是指控制器的Βιβλιοθήκη Baidu出信号与输入信号之
间的关系，即输出p与输入e之间的函数关系。
p=f(e)=f(z - x )
基本控制规律：
位式、P、I、D或PID的组合
4
一、位式控制
x x max min
e
1 pmax pmin p 100 % 100% pmax pmin K p xmax xmin
11
4、比例度对过渡过程的影响
δ越大，比例控制作用越弱，δ越小，比例控制作用越强。 比例度的选择原则: 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 的比例度来提高系统的灵 敏度，从而使过渡过程曲 线的形状较好。反之，为 保证系统的稳定性，就要 选择大的比例度来保证稳 定。
左图表示在同样比例度下积分 时间对过渡过程的影响。由图 中曲线３可以看出，TI过大时
积分作用不明显，余差消除地
也慢，从图中曲线１、２可以 看出，TI较小时易于消除余差， 但系统的振荡加剧。相比之下， 曲线２就比较理想。
积分作用可以消除余差。
14
四、微分控制 D
e
1.定义：输出信号与偏差 信号的变化速度成正比， 即：
p TD
de dt
P
t0 ∞ t0
t
t
TD—控制器的微分时间；
在阶跃信号输入的瞬间，控制器的输出为 无穷大，其余时间输出为零。
15
2.比例微分控制 PD
de p K p e TD dt
理想PD控制器的阶 跃响应曲线
e t p p
实际的PD控制器的 阶跃响应曲线
2.
特点：
①
②
Kp可调； 无时间因子，变化迅 速、及时；
③
存在余差（e≠0）。
a/b e/ p b p e a
8
3、比例度（带）
定义：控制器输入的变化相对值与相应的输出变化 相对值之比的百分数。 公式：
e x x max min 1 pmax pmin p 100 % 100% pmax pmin K p xmax xmin
e t
t
t
16
3、微分时间对过渡过程的影响
PD控制优点：能提高系统的响应 速度，同时改善过程的动态品质， 抑制过渡过程的最大动态偏差， 有助于提高系统的稳定性。 PD控制不足之处： 一般只适应于时间常数较大或多 容过程的调节控制，而不适用于 流量、压力等一些变化剧烈的过 程。其次，当微分作用太强时会 导致系统中的控制阀频繁开启， 容易造成系统振荡。 PD控制一般总是以比例动作为主， 微分动作为辅。 17
第五章 自动控制仪表
基本要求：
掌握各种基本控制规律及其特点。 熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系
统的影响。
了解DDZ-Ⅲ型控制器的特点和基本组成。
1
第一节 概
1.作用：回忆控制器作用
述
扰动 设定值
控制器 执行器
被控对象
被控变量
测量变送
2
2.
•基地式仪表
发展
一般与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内； 同时具有检测、控制与显示的功能；结构简单、价格低 廉、使用方便，通用性差，信号不易传递；一般应用于 简单控制系统中。 •单元组合式仪表中控制单元 按各组成环节的不同功能和使用要求，将整套仪表分为若 干单元，各单元能独立实现某种功能，使用时可以按生产 工艺的不同要求挑选需要的单元加以组合，其特点是应用 灵活，通用性强，使用维护方便，特别适用于中、小企业 的过程控制系统；
5
2、具有中间区的双位控制过程
p
t
y yH
yL
t
6
3、品质指标等
3、品质指标： 振幅：yH-yL 周期：T 4、特点： 结构简单、成本较低、 易于实现，应用普遍。 5、适用场合 控制质量不高、适于位式控制。
7
二、比例控制P
1.
定义：输出p与输入e成 比例关系，即： p=Kpe
例：
Kp-比例增益
12
三、积分控制 I
1、定义：积分控制作用 的输出变化量p与输入偏 差e的积分成正比。
2.
比例积分控制
p KI
KI:积分速度
edt
1 p K p e K I edt K p e T edt I
TI—积 分时间；
13
3、积分时间对过渡过程的影响
几种调节方法的比较
X I调节 P调节 X0 PD调节 PID调节 PI调节
19
例：
一台具有比例积分控制规律的DDZ-Ⅱ型控制器，其比例度 为80％，积分时间TI为1min。稳态时，输出为6mA。某瞬间， 输入偏差突然增加了0.3mA，问其输出为多少?经过3min后， 其输出将为多少? 解： 比例度为80％，故比例放大系数Kp＝1/＝1.25, 输入变 化了0.3mA，输出在比例作用下将变化0.3×1.25＝0.375mA, 假定控制器为正作用式的，输出将在6mA的基础上增加 0.375mA、故为6.375mA。 由于积分时间为1min，故在积分作用下，每经过1min，输 出将增加0.375mA。经过了3min后，在积分作用下，输出将 增加的数值为3×0.375＝1.125mA。所以，在经过3min后，由 于比例作用与积分作用共同作用的结果，使输出共增加了 0.375+1.125＝1.5mA。由于稳态时为6mA，故经过3min后， 输出将变为7.5mA(如果是反作用式控制器，输出将变为 4.5mA)。 20
五、比例积分微分控制规律
1 p Kp e TI
PID
edt TD
de dt
PID控制规律吸取了比例控制的快速反应功能、 积分控制的消除余差功能和微分控制的预测功 能，从控制效果看，是比较理想的一种控制规 律。阶跃响应特性可以看作是 PI 阶跃响应曲线 PD阶跃响应曲线的叠加。 PID三作用控制器虽然性能效果比较理想，但 并非任何情况下都可采用 PID三作用控制器。因 为PID三作用控制器需要整定比例度、积分时间 和微分时间三个变量，而在实际工程上是很难 PID阶跃响应特性曲线 将这三个变量都整定到最佳值。
具体意义：使控制器的输出变化满刻度时(也就是控制 阀从全关到全开或相反)，相应的仪表测量值变化占仪 表测量范围的百分数。
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比 例 度
pmax pmin 2
e % xmax xmin
10
练习
例：某DDZ-Ⅱ型比例作用控制器，温度刻度范围为 400~800℃、控制器输出工作范围是0~10mA。当指 示指针从600 ℃移到700 ℃ ，此时控制器相应的输出从 4mA变为9mA，其比例度的值为多少？
计算机控制系统
–以计算机为中心控制单元，以测试仪表、执行机构等单
元为外围设备的系统。
3
第二节 基本控制规律及其对控制过程的影响
控制规律是指控制器的Βιβλιοθήκη Baidu出信号与输入信号之
间的关系，即输出p与输入e之间的函数关系。
p=f(e)=f(z - x )
基本控制规律：
位式、P、I、D或PID的组合
4
一、位式控制
x x max min
e
1 pmax pmin p 100 % 100% pmax pmin K p xmax xmin
11
4、比例度对过渡过程的影响
δ越大，比例控制作用越弱，δ越小，比例控制作用越强。 比例度的选择原则: 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 的比例度来提高系统的灵 敏度，从而使过渡过程曲 线的形状较好。反之，为 保证系统的稳定性，就要 选择大的比例度来保证稳 定。
左图表示在同样比例度下积分 时间对过渡过程的影响。由图 中曲线３可以看出，TI过大时
积分作用不明显，余差消除地
也慢，从图中曲线１、２可以 看出，TI较小时易于消除余差， 但系统的振荡加剧。相比之下， 曲线２就比较理想。
积分作用可以消除余差。
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四、微分控制 D
e
1.定义：输出信号与偏差 信号的变化速度成正比， 即：
p TD
de dt
P
t0 ∞ t0
t
t
TD—控制器的微分时间；
在阶跃信号输入的瞬间，控制器的输出为 无穷大，其余时间输出为零。
15
2.比例微分控制 PD
de p K p e TD dt
理想PD控制器的阶 跃响应曲线
e t p p
实际的PD控制器的 阶跃响应曲线
2.
特点：
①
②
Kp可调； 无时间因子，变化迅 速、及时；
③
存在余差（e≠0）。
a/b e/ p b p e a
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3、比例度（带）
定义：控制器输入的变化相对值与相应的输出变化 相对值之比的百分数。 公式：
e x x max min 1 pmax pmin p 100 % 100% pmax pmin K p xmax xmin
e t
t
t
16
3、微分时间对过渡过程的影响
PD控制优点：能提高系统的响应 速度，同时改善过程的动态品质， 抑制过渡过程的最大动态偏差， 有助于提高系统的稳定性。 PD控制不足之处： 一般只适应于时间常数较大或多 容过程的调节控制，而不适用于 流量、压力等一些变化剧烈的过 程。其次，当微分作用太强时会 导致系统中的控制阀频繁开启， 容易造成系统振荡。 PD控制一般总是以比例动作为主， 微分动作为辅。 17
第五章 自动控制仪表
基本要求：
掌握各种基本控制规律及其特点。 熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系
统的影响。
了解DDZ-Ⅲ型控制器的特点和基本组成。
1
第一节 概
1.作用：回忆控制器作用
述
扰动 设定值
控制器 执行器
被控对象
被控变量
测量变送
2
2.
•基地式仪表
发展
一般与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内； 同时具有检测、控制与显示的功能；结构简单、价格低 廉、使用方便，通用性差，信号不易传递；一般应用于 简单控制系统中。 •单元组合式仪表中控制单元 按各组成环节的不同功能和使用要求，将整套仪表分为若 干单元，各单元能独立实现某种功能，使用时可以按生产 工艺的不同要求挑选需要的单元加以组合，其特点是应用 灵活，通用性强，使用维护方便，特别适用于中、小企业 的过程控制系统；
5
2、具有中间区的双位控制过程
p
t
y yH
yL
t
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3、品质指标等
3、品质指标： 振幅：yH-yL 周期：T 4、特点： 结构简单、成本较低、 易于实现，应用普遍。 5、适用场合 控制质量不高、适于位式控制。
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二、比例控制P
1.
定义：输出p与输入e成 比例关系，即： p=Kpe
例：
Kp-比例增益
12
三、积分控制 I
1、定义：积分控制作用 的输出变化量p与输入偏 差e的积分成正比。
2.
比例积分控制
p KI
KI:积分速度
edt
1 p K p e K I edt K p e T edt I
TI—积 分时间；
13
3、积分时间对过渡过程的影响