第3章_过程控制仪表1 (2)
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u = Kp e
• P调节对偏差信号能做出及时
反应，没有丝毫的滞后。
t
• 输出u实际上是对其起始值的
增量。因此，当偏差e为零，
t
因而u＝0时，并不意味着调
节器没有输出，它只说明此时
有u=u0。
• u0的大小是可以通过调整调节 器的工作点加以改变的。
√比例带
为表示调节器输入和输出之间的比例关系，在 过程控制中习惯用比例带（比例度）δ来代替 比例增益：
e /(emax emin ) 100% 1 umax umin 100%
u /(umax umin )
KP emax emin
式中 emax – emin -----偏差信号范围，即仪表量程 umax – umin -----调节器输出信号范围，即控制器输出的工作范围
δ具有重要的物理意义
若执行器是采用电动式的，则无需电/气转换器；若执行器 是采用气动式的，则电/气转换器是必不可少的。
3 安全栅
安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用一方 面保证信号的正常传输；另一方面则控制流入危险场所的能量 在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保过程控 制系统的安全火花性能。
调节器的控制规律
调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示，习惯上显 示仪表也称阀位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通 过它还可以观察到控制系统受干扰影响后的调节过程。 （3）内、外给定的选择
当调节器用于定值控制时，给定信号常由调节器内部提 供，称为内给定；而在随动控制系统中，调节器的给定信号 往往来自调节器的外部，则称为外给定。内、外给定信号由 内、外给定开关进行选择或由软件实现。
例：自力式液位比例控制系统：略
浮球为水位传感器，杠杆为控制器，活塞阀为
执行器。如果某时刻Q2加大，造成水位下降，则浮 球带动活塞提高，使Q1加大才能阻止水位下降。
ap =
be
p
a b
Biblioteka Baidu
e
y KCe
如果e = 0，则活塞
无法提高，Q1 无法加 大，调节无法进行。
比例控制过程 ∆Q2 原来系统处于平衡， t
例带小，则较小的偏差就能激励调节器产生100%
的开度变化，相应的比例增益就大。
√比例控制的特点
控制及时、适当。只要有偏差，输出立刻成比 例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，如果被调量偏差为 零，调节器的输出也就为零
u = KC e 即调节作用是以偏差存在为前提条件。
u代表调节阀开度的变化量，δ就代表使调
节阀开度改变100% 即从全关到全开时所需 要的被调量的变化范围。
如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都 是统一的标准信号，即 ，则有 emax emin umax umin
e 100 % 1 100 %
(4.6)
u
KP
此时比例带（比例度）δ与比例增益成反比，比
所谓调节器的控制规律就是指调节器的输入e(t)与u(t)输出
的关系，即
u(t) f et
式中 △u——控制器输出变化量； e——控制器的输入，即偏差；
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。
3.2 DDZ-Ⅲ型模拟式调节器
PID控制概述
PID 控制是比例积分微分控制
√1 比例调节规律
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。
u(t) Kce(t)
G(s)
U(s) E(s)
Kc
式中
△u——控制器输出变化量； e——控制器的输入，即偏差； Kc一一控制器的比例增益或比例放大系数。
比例控制器的阶跃响应
P调节的阶跃响应
e
0
u
u0+Kpe u0
TD
de(t )
dt
u(t)为调节器输出的增量值， e(t) 为被控参数与给定值之差。 写成传递函数形式：
Gc (s)
U (s) E(s)
K
c
1
1 TI
s TD s
第一项为比例（P）部分，第二项为积分（I）部分，第三项为微分（D）部分； K T T c 为调节器的比例增益， I 为积分时间（以s或min为单位）， D 为微分时间（也以s或min为单位）。
第3章 过程控制仪表(上)
3.1 过程控制仪表概述
调节器的作用： 把测量值和给定值进行比较，得出偏差后，根据一
定的调节规律产生输出信号，推动执行器，对生产过 程进行自动调节。 注意：所谓控制器是包括比较单元的
1 调节器的功能
（1）偏差显示 调节器的输入电路接收测量信号和给定信号，两者相减
后的偏差信号由偏差显示仪表显示其大小和正负。 （2）输出显示
进水量与出水量相等，此 h
时进水阀有一开度。
t
t=0时，出水量阶跃增 e
加，引起液位下降，浮球
t
下移带动进水阀开大。 当进水量增加到与出 p
水量相等时，系统重新平
t
衡，液位也不再变化。 ∆Q1
t
√ 2 比例积分控制（PI）
（1） 积分控制（I） 输出变化量u(t)与输入偏差e的积分成正比
（Proportional-Integral-Differential）
历史最久、生命力最强的控制方式
反馈控制
PID
目标 误差
+ - 控制器
执行器
输出 被控对象
测量/变送器
广义对象
3.2.1 比例积分微分调节规律
理想PID的增量式数学表达式 ：
u(t)
Kc
e(t)
1 TI
e(t)dt
如抗积分饱和、输出限幅、输入越限报警、偏差报警、软手动抗
漂移、停电对策等，所有这些附加功能都是为了进一步提高调节器的 控制性能
√控制器的正反作用：
2 执行器的作用
执行器在过程控制中的作用是接受来自调节器的控制信号， 改变其阀门开度，从而达到控制介质流量的目的。执行器直接 与控制介质接触，是过程控制系统的最薄弱环节。
（4）正、反作用的选择 工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为
正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为 反作用调节器。 （5）手动切换操作
在控制系统投入运行时，往往先进行手动操作改变调节器的输出，
待系统基本稳定后再切换到自动运行状态；当自动控制时的工况不正 常或调节器失灵时，必须切换到手动状态以防止系统失控。通过调节 器的手动/自动双向切换开关，可以对调节器进行手动/自动切换，而在 切换过程中，又希望切换操作不会给控制系统带来扰动，即要求无扰 动切换。 （6）其它功能
• P调节对偏差信号能做出及时
反应，没有丝毫的滞后。
t
• 输出u实际上是对其起始值的
增量。因此，当偏差e为零，
t
因而u＝0时，并不意味着调
节器没有输出，它只说明此时
有u=u0。
• u0的大小是可以通过调整调节 器的工作点加以改变的。
√比例带
为表示调节器输入和输出之间的比例关系，在 过程控制中习惯用比例带（比例度）δ来代替 比例增益：
e /(emax emin ) 100% 1 umax umin 100%
u /(umax umin )
KP emax emin
式中 emax – emin -----偏差信号范围，即仪表量程 umax – umin -----调节器输出信号范围，即控制器输出的工作范围
δ具有重要的物理意义
若执行器是采用电动式的，则无需电/气转换器；若执行器 是采用气动式的，则电/气转换器是必不可少的。
3 安全栅
安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用一方 面保证信号的正常传输；另一方面则控制流入危险场所的能量 在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保过程控 制系统的安全火花性能。
调节器的控制规律
调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示，习惯上显 示仪表也称阀位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通 过它还可以观察到控制系统受干扰影响后的调节过程。 （3）内、外给定的选择
当调节器用于定值控制时，给定信号常由调节器内部提 供，称为内给定；而在随动控制系统中，调节器的给定信号 往往来自调节器的外部，则称为外给定。内、外给定信号由 内、外给定开关进行选择或由软件实现。
例：自力式液位比例控制系统：略
浮球为水位传感器，杠杆为控制器，活塞阀为
执行器。如果某时刻Q2加大，造成水位下降，则浮 球带动活塞提高，使Q1加大才能阻止水位下降。
ap =
be
p
a b
Biblioteka Baidu
e
y KCe
如果e = 0，则活塞
无法提高，Q1 无法加 大，调节无法进行。
比例控制过程 ∆Q2 原来系统处于平衡， t
例带小，则较小的偏差就能激励调节器产生100%
的开度变化，相应的比例增益就大。
√比例控制的特点
控制及时、适当。只要有偏差，输出立刻成比 例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，如果被调量偏差为 零，调节器的输出也就为零
u = KC e 即调节作用是以偏差存在为前提条件。
u代表调节阀开度的变化量，δ就代表使调
节阀开度改变100% 即从全关到全开时所需 要的被调量的变化范围。
如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都 是统一的标准信号，即 ，则有 emax emin umax umin
e 100 % 1 100 %
(4.6)
u
KP
此时比例带（比例度）δ与比例增益成反比，比
所谓调节器的控制规律就是指调节器的输入e(t)与u(t)输出
的关系，即
u(t) f et
式中 △u——控制器输出变化量； e——控制器的输入，即偏差；
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。
3.2 DDZ-Ⅲ型模拟式调节器
PID控制概述
PID 控制是比例积分微分控制
√1 比例调节规律
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。
u(t) Kce(t)
G(s)
U(s) E(s)
Kc
式中
△u——控制器输出变化量； e——控制器的输入，即偏差； Kc一一控制器的比例增益或比例放大系数。
比例控制器的阶跃响应
P调节的阶跃响应
e
0
u
u0+Kpe u0
TD
de(t )
dt
u(t)为调节器输出的增量值， e(t) 为被控参数与给定值之差。 写成传递函数形式：
Gc (s)
U (s) E(s)
K
c
1
1 TI
s TD s
第一项为比例（P）部分，第二项为积分（I）部分，第三项为微分（D）部分； K T T c 为调节器的比例增益， I 为积分时间（以s或min为单位）， D 为微分时间（也以s或min为单位）。
第3章 过程控制仪表(上)
3.1 过程控制仪表概述
调节器的作用： 把测量值和给定值进行比较，得出偏差后，根据一
定的调节规律产生输出信号，推动执行器，对生产过 程进行自动调节。 注意：所谓控制器是包括比较单元的
1 调节器的功能
（1）偏差显示 调节器的输入电路接收测量信号和给定信号，两者相减
后的偏差信号由偏差显示仪表显示其大小和正负。 （2）输出显示
进水量与出水量相等，此 h
时进水阀有一开度。
t
t=0时，出水量阶跃增 e
加，引起液位下降，浮球
t
下移带动进水阀开大。 当进水量增加到与出 p
水量相等时，系统重新平
t
衡，液位也不再变化。 ∆Q1
t
√ 2 比例积分控制（PI）
（1） 积分控制（I） 输出变化量u(t)与输入偏差e的积分成正比
（Proportional-Integral-Differential）
历史最久、生命力最强的控制方式
反馈控制
PID
目标 误差
+ - 控制器
执行器
输出 被控对象
测量/变送器
广义对象
3.2.1 比例积分微分调节规律
理想PID的增量式数学表达式 ：
u(t)
Kc
e(t)
1 TI
e(t)dt
如抗积分饱和、输出限幅、输入越限报警、偏差报警、软手动抗
漂移、停电对策等，所有这些附加功能都是为了进一步提高调节器的 控制性能
√控制器的正反作用：
2 执行器的作用
执行器在过程控制中的作用是接受来自调节器的控制信号， 改变其阀门开度，从而达到控制介质流量的目的。执行器直接 与控制介质接触，是过程控制系统的最薄弱环节。
（4）正、反作用的选择 工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为
正作用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为 反作用调节器。 （5）手动切换操作
在控制系统投入运行时，往往先进行手动操作改变调节器的输出，
待系统基本稳定后再切换到自动运行状态；当自动控制时的工况不正 常或调节器失灵时，必须切换到手动状态以防止系统失控。通过调节 器的手动/自动双向切换开关，可以对调节器进行手动/自动切换，而在 切换过程中，又希望切换操作不会给控制系统带来扰动，即要求无扰 动切换。 （6）其它功能