过程控制系统参数

IC2 V02
并保持该值不变。 比例微分电路的输出信号 VO ２ 与 VT成简单的比例放大关系，因为比 例系数为α ，所以有 VO２＝VO1
RD 1KΩ VB
a
1
RP
VB
无源比例微分网络
比例电路
微分电路构成
ＰID控制器的特性分析
PI电路
PI电路的作用是对 PD电路的输出信号 VO2进行比例积分运算，然后输 出以 10V为基准的 1～ 5V 的电压信号至输出电路。为便于分析，我们把射 极跟随器等包括在IC3中，则PI电路简化图.
PID控制
优点：比例控制的反应快、积分控制的 消除余差功能和微分控制的提前控制，从 阶跃响应特性可以看作是PI阶跃响应曲线
控制效果看，是比较理想的一种控制规律。
PD阶跃响应曲线的叠加。
缺点： 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将这三个 变量都整定到最佳值。
式中e—偏差 X0—被控变量的给定值
Xi—被控变量的测量值
正作用调节器：e > 0， Δu > 0 反作用调节器：e > 0， Δu < 0 Δu---调节器输出信号变化量
调节器的输出信号是相对于调节器输 入信号 e 的输出的变化量Δu。如果输入 e 与输出Δu的变化方向相同，则称调节器 为正作用调节器； 如果输入e与输出Δu变化方向相反， 则称调节器为反作用调节器。
作用下，调节器输出变化达到比例输 出变化量两倍时所经过的时间。
积分时间越大， 积分作用越小
积 分 时 间 的 影 响
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。
2、PI控制
1 t u KP( e edt ) TI 0 在阶跃信号作用下（幅值为A)
t t u K P (1 ) A K P A K P A TI TI
PI输出响应由比例和积分两部分组成
当 t=TI
Δu= 2KPA
由此可确定积分常数TI 。 积分时间TI的物理意义：在阶跃信号
V V V V
对于理想运放,
VT VF

1 1 1 Vi VO1 2VB V S VB 3 3 2
VO1 2VS Vi VB 2Vi VS VB
ＰID控制器的特性分析
PD电路
R1 V01
CD 9.1KΩ K 断 通 RD －
VS
R3 R4 R6
R7 R8
VB
V01 2(Vi Vs )
VB=10V为基准的电压信号VO1。
ＰID控制器的特性分析
R5 Vi R1 F
R2
同相端：设 IC1 为理想运放， R ，开环增益为
i
－ IC T + 1
Vo1
VS
R3 R4 R6
R7 R8
I I I 0 V V V V V R R R R R R
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控制缺点：
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。适应场合较少。
PD控制： 比例为主，微分为辅。
2-5 PID控制
过程控制系统运行与维护
四川工程职业技术学院 电气化教研室
第二章
液位控制系统
2-2 过程控制系统参数
2-1 2-2 2-3 2-4 2-5
调节规律 比例P控制 积分I控制 微分D控制 PID控制
2-1 调节规律
1、调节器的控制规律
扰动
设定值
控制器
执行器
测量变送
被控对象
被控变 量
2、偏差
控制规律是指控制器的输出信号与 输入偏差信号随时间变化的规律。在 单回路定值控制系统中，由于扰动作 用的存在，会使被控变量对给定值产 生偏差，此偏差数值上等于被控变量 给定值与测量值之差。即：PID控制器的组成原理
PID控制器组成框图
ＰID控制器的特性分析
输入电路
R5 Vi R1 F
R2
主要作用: 对输入信号和给定信号进行综合比较， 获得偏差信号并进行放大，同时实现电平的
Vo1
－ IC T + 1
移动，把以零伏为基准的输入电压转换成以 10V参考电压为基准的输出电压信号。
图中以零伏（地）为基准的测量信号Vi和给定 信号VS，反相地加到运算放大器IC1的两个输入 端，电路的输出是已经进行了电平移动的以
DDZ-Ⅲ型控制器
DDZ-Ⅲ型PID控制器的特点：
元器件以线性集成电路为主，大大提高了可靠性，降低了功 耗；提高了控制器的操作性能；易于控制器功能的扩展 ;采用安全 火花防爆措施，提高了稳定性和可靠性。同时， DDZ-Ⅲ型 PID 控制 器中采用的运算放大器是高增益高输入阻抗的，因此具有较高的积 分增益和良好的保持特性。 DDZ-Ⅲ型控制器有两个基型品种，全刻度指示控制器 偏差指示控制器
PID调整口诀 参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢，微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低
IC2 + a
1
V02 RP
比例微分电路的作用是对输入电路 的输出信号VO1进行比例微分运算。电 路如图所示。将PD电路分为无源比例 微分网络图和比例运算电路图两部分 单独进行分析。 充电结束时， 9.1KΩ 电阻上的 电压全部加到电容CD上，此时
1KΩ VB
V01
9.1KΩ
CD
VT －
+
VCD（∞）= VO1
2-4 微分D控制
1、 D控制 微分控制规律是调节器的输出与 输入偏差的变化速度成正比。
微分时间
de u TD dt
微分时间越大，
微分作用越强。
微分控制
优点：提前控制，有助于稳定 缺点：有余差
2、PD控制
微 分 时 间 的 影 响
PD控制优点：能提高系统的响应速度，同时改善过程
2-2 比例P控制
比例控制的输出与输入的关系为
△u＝KP e
△U:为控制器的输出
e :输入（偏差）
KP:为比例增益，表示比例控制作 用的强弱程度。
e A 0 Δu 0
T0
KpA
t
T0 比例控制输入输出曲线
t
比例控制最大的优点： 及时、迅速。控制器的输出 与输入成正比，只要有偏差存在， 控制器输出与偏差成比例地变化。 比例控制的缺点： 在负荷变化时有余差。
1 2 3 T S T 7 2 3 6 3 3 6
B
0
VT
1 3 VS VB
' 3
反相端：
I I I
1 2
'
'
0
F
VB
1 (VO1 VB) VB 2 0 i F F R1 R3 R5 1 1 VF Vi VO1 2VB 3 2
2-3 积分I控制
1、积分I控制：调节器的输出变化量 与输入偏差量的积分成正比。
u K I edt K I At
0
t
KI：调节器的积分速度 表示积分速度的大小和积分作用的强弱。
积分控制 优点：积分控制可以消除余差 缺点：输出变化滞后于偏差的变 化，开始变化小，随着时间增加， 变化才逐渐增强。 (时间长、有滞后)
比例作用（P）
u K P e
1 u K P (e TI
比例积分作用（PI） 比例微分作用（PD）

t
0
edt )
比例积分微分作用（PID）
1 u K P (e TI
de u K P (e TD ) dt
t
de 0 edt TD dt )
KP—控制器的比例增益； TI—控制器的积分时间； TD—控制器的微分时间；
24V
CM
CI V02 9.1K R I 1K ×10
自 自 软 软 自 软
K1 硬
K2 K2 硬
K3
×1
－ IC +3 软 手 操 信 号 VB
3.9K 3.9K D
BG1 2.4 K
V03 V02 CI
CM
硬 手 操 信 号
DW
－ IC3 +
V03
RI
PI电路
VB
PI电路的等效电路
作业：
1、几种常用控制规律的 数学表达式分别是什么？ 2、P、I、D单独控制的 优缺点分别是什么？ 3、比例度、积分时间和 微分时间的大小对控制系统过 渡过程有什么影响？
通常习惯用比例增益的倒数即比例 度表示控制器的输入与输出之间的比 例关系以及比例作用的强弱。比例度 可表示为 δ=1/KP
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 影 响
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。