自动控制仪表(ppt 64页)
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（5-5）
图5-6 比例度示意图
11
举例
DDZ-Ⅱ 型 比 例 作 用 控 制 ， 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
7 0 60 / 0 9 0 4 1% 0 5 0 % 0 8 0 40 0 1 0 0
说明
对 于 这 台 控 制 器 ， 温 度 变 化 全 量 程 的 50 ％ （ 相 当 于 200℃），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区间
内，e和p是成比例的。
12
将式（5-4）的关系代入式（5-5），经整理后可得
1pma x pmi n 10 % 0
K P xma x xmin
结论
➢ 比例度δ与放大倍数KP成反比。 ➢ 控制器的比例度δ越小，它的放大倍数KP就越大，
比例控制系统的控制结果会产生余差，这是比例控制器的固 有控制特性所决定的。余差的产生也可以从比例控制的特性来 说明。
为了减少余差，可以增大比例放大倍数，也就是减小了比例度。但 这会使系统的稳定性变差。一般地，适当地增大比例放大系数，即减 小比例度，使比例控制作用增强。此时，最大的偏差减小，余差减小， 工作频率提高，周期缩短，系统的振荡加剧，稳定性下降。
5
一、双位控制
理想的双位控制器其输出p与输入偏差额e之间的关系为
p p pm mai,,n eex 0 0(
e0)
e0
图5-1 理想双位控制特性
6
图5-2 双位控制示例
双位控制规律即：控制器只有两个输出值，执行器 也相应有开或关两个极限工作位置。双位控制又称继 电接触控制。
实际上的双位控制器由于结构上的原因和仪表不灵 敏的存在，不能在被控参数达到给定值时立即引起输 出变化，只能当偏差达一定数值时控制器才发生变化。 即实际特性曲线有一个中间区。
工业上常见系统的比例度选取范围为： 压力系统：30-70% 流量系统：40-100% 物位系统：20-80% 温度系统：20-60%
比例控制是一种最基本的控制规律。其特点是动态反应快，控制及 时，只要有偏差输入，输出立刻产生一个与输入成比例的输出变化信 号。其缺点是控制结果有余差。
左下图表示图5-5的液位比例控制系统的过渡过程。
图5-5 简单的比例控制系统示意图
ap,或 pae
be
b
对于具有比例控制的控制器
pKPe （5-4）
比例控制的放大倍数KP是一个重要的系数， 它决定了比例控制作用的强弱。
10
比例度 是指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。
xm e ax xm/in p m p ax p m i n10 % 0
在t=t0时，系统外加一个干 扰作用
液位开始下降 作用在控制阀上的信号
进水量增加 偏差的变化曲线
图5-7 比例控制系统过渡过程
14
图5-8 比例度对过渡过程的影响
优点：反应快，控制及时 缺点：存在余差
结论
若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较 小时，控制器的比例度可以选得小些，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，比例度就要选大些以保证稳定。
2
第一节 概论
自动控制仪表在自动控制系统中的作用是将被控变 量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制 仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果 以一定的信号形式送往执行器。 控制仪表经历三个发展阶段
➢ 基地式控制仪表 ➢ 单元组合式仪表中的控制单元 ➢ 以微处理器为基元的控制装置
3
第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标, 在设计双位控制系统时，一般希望振幅小而周期长。
被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长 些比较有利。
双位控制器结构简单，容易实现控制。适用于单容 量对象及对象特性好、负荷变化较小、过程滞后小、 工艺允许被控参数在一定范围内波动和要求不高的场 合。
8
二、比例控制
在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持 续的等幅振荡过程，为了避免这种情况，应该使控制 阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小， 控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对 象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定， 达到平衡状态。
9
如左图，根据相似三角形原理
它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦 然。
13
Kp越大,比例控制越强.但工业生产上所用比例控制器常采用 比例度代替比例放大倍数，表示比例调节作用的强弱。
比例度的物理意义是：要使控制器输出变化全量程时，其输 入偏差变化量占满量程的百分数，即为比例度。
比例度与比例放大倍数互为倒数。所以，控制器的比例度越 小，其放大倍数越大，比例控制作用也就越强，而比例度越大， 则比倍放大倍数越小，比例控制作用越弱。
将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可 成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。由于设 置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不 会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降 低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。
图5-3 实际的双位控制特性
图5-4 具有中间区的双位控制过程
7பைடு நூலகம்
结论
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。
即
p fe fz x
在研究控制器的控制规律时
经常是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。
4
控制器的基本控制规律
位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制 （P）、积分控制（I）、微分控制（D）及它们的组合 形式，如比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）和 比例积分微分控制（PID）。
第五章 自动控制仪表
内容提要
概述 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
双位控制 比例控制 积分控制 微分控制 模拟式控制器 基本构成原理及部件 DDZ-Ⅱ型电动控制器
1
数字式控制器 数字式控制器的主要特点 数字是控制器的基本构成 KMM型可编程序调节器
可编程序控制器 概论 可编程序控制器的基本组成 可编程序控制器的编程语言 OMRON C 系列 PLC 应用实例
图5-6 比例度示意图
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举例
DDZ-Ⅱ 型 比 例 作 用 控 制 ， 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
7 0 60 / 0 9 0 4 1% 0 5 0 % 0 8 0 40 0 1 0 0
说明
对 于 这 台 控 制 器 ， 温 度 变 化 全 量 程 的 50 ％ （ 相 当 于 200℃），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区间
内，e和p是成比例的。
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将式（5-4）的关系代入式（5-5），经整理后可得
1pma x pmi n 10 % 0
K P xma x xmin
结论
➢ 比例度δ与放大倍数KP成反比。 ➢ 控制器的比例度δ越小，它的放大倍数KP就越大，
比例控制系统的控制结果会产生余差，这是比例控制器的固 有控制特性所决定的。余差的产生也可以从比例控制的特性来 说明。
为了减少余差，可以增大比例放大倍数，也就是减小了比例度。但 这会使系统的稳定性变差。一般地，适当地增大比例放大系数，即减 小比例度，使比例控制作用增强。此时，最大的偏差减小，余差减小， 工作频率提高，周期缩短，系统的振荡加剧，稳定性下降。
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一、双位控制
理想的双位控制器其输出p与输入偏差额e之间的关系为
p p pm mai,,n eex 0 0(
e0)
e0
图5-1 理想双位控制特性
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图5-2 双位控制示例
双位控制规律即：控制器只有两个输出值，执行器 也相应有开或关两个极限工作位置。双位控制又称继 电接触控制。
实际上的双位控制器由于结构上的原因和仪表不灵 敏的存在，不能在被控参数达到给定值时立即引起输 出变化，只能当偏差达一定数值时控制器才发生变化。 即实际特性曲线有一个中间区。
工业上常见系统的比例度选取范围为： 压力系统：30-70% 流量系统：40-100% 物位系统：20-80% 温度系统：20-60%
比例控制是一种最基本的控制规律。其特点是动态反应快，控制及 时，只要有偏差输入，输出立刻产生一个与输入成比例的输出变化信 号。其缺点是控制结果有余差。
左下图表示图5-5的液位比例控制系统的过渡过程。
图5-5 简单的比例控制系统示意图
ap,或 pae
be
b
对于具有比例控制的控制器
pKPe （5-4）
比例控制的放大倍数KP是一个重要的系数， 它决定了比例控制作用的强弱。
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比例度 是指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。
xm e ax xm/in p m p ax p m i n10 % 0
在t=t0时，系统外加一个干 扰作用
液位开始下降 作用在控制阀上的信号
进水量增加 偏差的变化曲线
图5-7 比例控制系统过渡过程
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图5-8 比例度对过渡过程的影响
优点：反应快，控制及时 缺点：存在余差
结论
若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较 小时，控制器的比例度可以选得小些，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，比例度就要选大些以保证稳定。
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第一节 概论
自动控制仪表在自动控制系统中的作用是将被控变 量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制 仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果 以一定的信号形式送往执行器。 控制仪表经历三个发展阶段
➢ 基地式控制仪表 ➢ 单元组合式仪表中的控制单元 ➢ 以微处理器为基元的控制装置
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第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标, 在设计双位控制系统时，一般希望振幅小而周期长。
被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长 些比较有利。
双位控制器结构简单，容易实现控制。适用于单容 量对象及对象特性好、负荷变化较小、过程滞后小、 工艺允许被控参数在一定范围内波动和要求不高的场 合。
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二、比例控制
在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持 续的等幅振荡过程，为了避免这种情况，应该使控制 阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小， 控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对 象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定， 达到平衡状态。
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如左图，根据相似三角形原理
它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦 然。
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Kp越大,比例控制越强.但工业生产上所用比例控制器常采用 比例度代替比例放大倍数，表示比例调节作用的强弱。
比例度的物理意义是：要使控制器输出变化全量程时，其输 入偏差变化量占满量程的百分数，即为比例度。
比例度与比例放大倍数互为倒数。所以，控制器的比例度越 小，其放大倍数越大，比例控制作用也就越强，而比例度越大， 则比倍放大倍数越小，比例控制作用越弱。
将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可 成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。由于设 置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不 会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降 低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。
图5-3 实际的双位控制特性
图5-4 具有中间区的双位控制过程
7பைடு நூலகம்
结论
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。
即
p fe fz x
在研究控制器的控制规律时
经常是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。
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控制器的基本控制规律
位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制 （P）、积分控制（I）、微分控制（D）及它们的组合 形式，如比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）和 比例积分微分控制（PID）。
第五章 自动控制仪表
内容提要
概述 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
双位控制 比例控制 积分控制 微分控制 模拟式控制器 基本构成原理及部件 DDZ-Ⅱ型电动控制器
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数字式控制器 数字式控制器的主要特点 数字是控制器的基本构成 KMM型可编程序调节器
可编程序控制器 概论 可编程序控制器的基本组成 可编程序控制器的编程语言 OMRON C 系列 PLC 应用实例