调节器及调节作用规律
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施加外部扰动
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
如何改变比例系数？ 为什会存在静态偏差？ 控制器的输出依赖于偏差的存在而存在。假设无偏差，则 阀的开度恢复平衡前的状态，平衡被打破。 静态偏差与比例系数的关系 K越大，稳态时静态偏差越小，反之亦然。
适用场合 比例调节器广泛应用于对被控量稳态精度要求不是很高的 场合
p(t ) K e(t )
e(t )
e
K—比例系数
0
p(t )
Ke
t
K K
比例作用强 比例作用弱
0
t
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
例2：浮子式水位比例控制系统 a Δμ
进水 调节阀 杠杆 支点
b Δh
浮子杆
a k h b
a p (t ) e(t ) b
浮子 h 水柜 出水
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两 个状态（0或1）。
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两 个状态（0或1）。 例1 浮子式锅炉水位的双位控制系统
被控量输出曲线
被控量 开 执行机构 关 动作范围
PL
调幅旋钮标记 有10个格的刻 度档： P=0.07+ (0.25-0.07) *X/10
YT-1226型压力调节器
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
f(t) r(t) + e(t) b(t) 测量 单元
P
p(t)
执行 机构
q(t)
控制 对象
y(t)
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
1、比例作用规律（P）：控制器的输出变化量与输入（偏差） 变化量成比例。
DLMU
比例带越小，比例作用越强；比例带越大，比例 作用越弱。 控制对象惯性大的控制系统，可使比例带小一点， 如温度、粘度等控制系统，其控制对象惯性比较 大，可选定PB = 50％左右。反之，对于控制对 象惯性小的控制系统，比例带可适当选定大一点， 如液位控制系统，其控制对象惯性都比较小，可 选定PB = 70％～80％。 在调节器上都设有比例带调整旋钮，用来设定比 例带，一般在5％～300％之内。
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
例2：双位式压力调节器
根据测量压力的上限值 和下限值输出不同的开 关量信号，如： • 锅炉蒸汽压力 • 日用淡水压力 • 空气瓶压力等 给定弹簧：调整的是压力开 关的下限值
幅差调整旋钮：调整幅作用规律
DLMU
主要内容
DLMU
§ 1-3-1 位式调节器 § 1-3-2比例调节器 § 1-3-3比例微分调节器 § 1-3-4比例积分调节器 § 1-3-5比例积分微分调节器
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
f(t) r(t) + e(t) b(t) 测量 单元 双位
p(t)
执行 机构
q(t)
控制 对象
y(t)
p(t )
1
emin emax e(t )
双位作用规律
水位与电动机通断之间的关系图
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
例1： 浮子式辅锅炉水位双位调节器
如何调整水位的上下限值？ 上下限值区间的幅度太小有什么样的结果？
1-浮子室 2-浮子 3-调节板框架 4-枢轴 5-上、下限销钉 6、12-同极性永久磁铁；7-静触点 8-开关箱 9-转轴 10-转杆 11-动触点
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
例3： 气动比例调节器
反馈波纹管 喷嘴挡板
M设 M 测 M 反
杠杆
设定 弹簧
气源 放大器
支点
测量值
测量波纹管 输出
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
假设给定值没有变化，即M设=0 ，则：
p测 F测 l2 p出 F反 l3 0
左移→ l3增长→负反馈增强→ K减小→ PB增大→比例作用减弱；反之。
实际在调节器的工作过程中，杠杆上还会产生一些附加力 矩，如喷嘴气流产生的反作用力矩、各个弹性部件产生的 变形力矩等。但由于附加力矩很小，只要K足够大，这些可 以忽略不计，因此未予考虑
§ 1-3-2 比例作用规律
(65 C 60 C ) /(100 C 50 C ) 100% 32% (10 mA 5 mA ) /(20 mA 4 mA )
当控制器的输出作100%（全行程，如阀开--关）变化时， 其输入量变化（数值上等于被控量的变化）的百分数。
§ 1-3-2 比例作用规律
两种类型 调节器
正作用式
随着测量值的增 加，调节器的输 出也增加
反作用式
随着测量值的增 加，调节器的输 出减小
引言
DLMU
调节器研究的两个方面： 1. 作用规律：p(t)=f(e(t))，即传递函数的结构。 也称控制规律或调节规律。
2. 作用强度：每一种控制规律的控制强度。反映 在传递函数中，如比例系数、积分时间、微分 时间。
p测 F测 l2 p出 K p测 F反 l3
F测 l2 K F反 l3
F为波纹管的截面积，两者一般相等 K为负数—负作用（作用方式）
l为力臂，一般固定不变
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
F测 l2 K F反 l3
如何调整比例带（比例系数）？ 改变反馈力臂的长度，来调整比例系数（K比例带PB）， 实物上通过比例带旋钮可以左右移动反馈波纹管的位置来实 现。
引言
DLMU
f(t) r(t) + e(t) b(t) 测量 单元 调节器
p(t)
执行 机构
q(t)
控制 对象
y(t)
引言
DLMU
– – – –
–
系统为偏差驱动 调节器的输入是被控量的偏差值 调节器的输出是控制量 可看作一个对象或环节 调节器的作用规律：
p(t ) f [e(t )]
引言
DLMU
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
2、比例带δ（或 PB）：是指调节器的相对输入量与相对输出 量之比的百分数.
e / X i max X O max e R PB( ) 100% 100 100% p / X O max X i max p K
R为量程系数，在单元组合仪表中，R=1，则PB=1/K×100%。 例：
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
如何改变比例系数？ 为什会存在静态偏差？ 控制器的输出依赖于偏差的存在而存在。假设无偏差，则 阀的开度恢复平衡前的状态，平衡被打破。 静态偏差与比例系数的关系 K越大，稳态时静态偏差越小，反之亦然。
适用场合 比例调节器广泛应用于对被控量稳态精度要求不是很高的 场合
p(t ) K e(t )
e(t )
e
K—比例系数
0
p(t )
Ke
t
K K
比例作用强 比例作用弱
0
t
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
例2：浮子式水位比例控制系统 a Δμ
进水 调节阀 杠杆 支点
b Δh
浮子杆
a k h b
a p (t ) e(t ) b
浮子 h 水柜 出水
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两 个状态（0或1）。
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两 个状态（0或1）。 例1 浮子式锅炉水位的双位控制系统
被控量输出曲线
被控量 开 执行机构 关 动作范围
PL
调幅旋钮标记 有10个格的刻 度档： P=0.07+ (0.25-0.07) *X/10
YT-1226型压力调节器
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
f(t) r(t) + e(t) b(t) 测量 单元
P
p(t)
执行 机构
q(t)
控制 对象
y(t)
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
1、比例作用规律（P）：控制器的输出变化量与输入（偏差） 变化量成比例。
DLMU
比例带越小，比例作用越强；比例带越大，比例 作用越弱。 控制对象惯性大的控制系统，可使比例带小一点， 如温度、粘度等控制系统，其控制对象惯性比较 大，可选定PB = 50％左右。反之，对于控制对 象惯性小的控制系统，比例带可适当选定大一点， 如液位控制系统，其控制对象惯性都比较小，可 选定PB = 70％～80％。 在调节器上都设有比例带调整旋钮，用来设定比 例带，一般在5％～300％之内。
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
例2：双位式压力调节器
根据测量压力的上限值 和下限值输出不同的开 关量信号，如： • 锅炉蒸汽压力 • 日用淡水压力 • 空气瓶压力等 给定弹簧：调整的是压力开 关的下限值
幅差调整旋钮：调整幅作用规律
DLMU
主要内容
DLMU
§ 1-3-1 位式调节器 § 1-3-2比例调节器 § 1-3-3比例微分调节器 § 1-3-4比例积分调节器 § 1-3-5比例积分微分调节器
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
f(t) r(t) + e(t) b(t) 测量 单元 双位
p(t)
执行 机构
q(t)
控制 对象
y(t)
p(t )
1
emin emax e(t )
双位作用规律
水位与电动机通断之间的关系图
§ 1-3-1双位作用规律
DLMU
例1： 浮子式辅锅炉水位双位调节器
如何调整水位的上下限值？ 上下限值区间的幅度太小有什么样的结果？
1-浮子室 2-浮子 3-调节板框架 4-枢轴 5-上、下限销钉 6、12-同极性永久磁铁；7-静触点 8-开关箱 9-转轴 10-转杆 11-动触点
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
例3： 气动比例调节器
反馈波纹管 喷嘴挡板
M设 M 测 M 反
杠杆
设定 弹簧
气源 放大器
支点
测量值
测量波纹管 输出
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
假设给定值没有变化，即M设=0 ，则：
p测 F测 l2 p出 F反 l3 0
左移→ l3增长→负反馈增强→ K减小→ PB增大→比例作用减弱；反之。
实际在调节器的工作过程中，杠杆上还会产生一些附加力 矩，如喷嘴气流产生的反作用力矩、各个弹性部件产生的 变形力矩等。但由于附加力矩很小，只要K足够大，这些可 以忽略不计，因此未予考虑
§ 1-3-2 比例作用规律
(65 C 60 C ) /(100 C 50 C ) 100% 32% (10 mA 5 mA ) /(20 mA 4 mA )
当控制器的输出作100%（全行程，如阀开--关）变化时， 其输入量变化（数值上等于被控量的变化）的百分数。
§ 1-3-2 比例作用规律
两种类型 调节器
正作用式
随着测量值的增 加，调节器的输 出也增加
反作用式
随着测量值的增 加，调节器的输 出减小
引言
DLMU
调节器研究的两个方面： 1. 作用规律：p(t)=f(e(t))，即传递函数的结构。 也称控制规律或调节规律。
2. 作用强度：每一种控制规律的控制强度。反映 在传递函数中，如比例系数、积分时间、微分 时间。
p测 F测 l2 p出 K p测 F反 l3
F测 l2 K F反 l3
F为波纹管的截面积，两者一般相等 K为负数—负作用（作用方式）
l为力臂，一般固定不变
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
F测 l2 K F反 l3
如何调整比例带（比例系数）？ 改变反馈力臂的长度，来调整比例系数（K比例带PB）， 实物上通过比例带旋钮可以左右移动反馈波纹管的位置来实 现。
引言
DLMU
f(t) r(t) + e(t) b(t) 测量 单元 调节器
p(t)
执行 机构
q(t)
控制 对象
y(t)
引言
DLMU
– – – –
–
系统为偏差驱动 调节器的输入是被控量的偏差值 调节器的输出是控制量 可看作一个对象或环节 调节器的作用规律：
p(t ) f [e(t )]
引言
DLMU
§ 1-3-2 比例作用规律
DLMU
2、比例带δ（或 PB）：是指调节器的相对输入量与相对输出 量之比的百分数.
e / X i max X O max e R PB( ) 100% 100 100% p / X O max X i max p K
R为量程系数，在单元组合仪表中，R=1，则PB=1/K×100%。 例：