控制器与执行器
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产生了偏差： e(t) x(t) z(t) 0
控制器接受了偏差信号e后，按一定的控制规律使其输出信号u发生变 化，通过执行器改变操纵变量q，以抵消干扰对被控变量y的影响，从而使 被控变量回到结定值上来。
问题：被控变量能否回到给定值上，或者以什么样的途径、经过多长时间回到给定值上来？ 这不仅与被控对象特性有关，而且还与控制器的特性有关。 只有熟悉了控制器的特性，才能达到自动控制的目的。
工业上（最）常用的控制规律：
双位控制
纯比例控制
P
比例积分控制
PI
比例微分控制
PD
比例积分微分控制 PID
一个控制系统主要包括二类基本环节：控制器和对象。对象在控制系统中属于固定因素， 当系统设计好以后，对象特性也就被确定下来；在整个控制系统中的控制作用主要是通过控 制器来实现的，而控制器真正实现控制的本质在于选择合适的调节规律。
第三章 自动控制仪表
三、控制仪表的分类： 基地式控制仪表
– 检测、控制、显示组合在一起的一类仪表。
单元组合式控制仪表
– 在系统规定的统一的通讯方式下，按要求给出 相应的控制信号。
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。
Leabharlann Baidu
§3.1 基本控制规律
在下面的控制系统中，被控变量由于受扰动f（如生产负荷的改变，上下 工段间出现的生产不平衡现象等）的影响，常常偏离给定值，即被控变量
余差的产生：
a
b
O
qi
a u
O
be
qi
q0
q0
原来系统处于平衡状态，进水量与出水量相等，此时控制阀有一个固定 的开度，比如说对应于杠杆为水平位置。当出水量有一个阶跃减小量时，液 位开始上升，在控制器的作用下，控制阀关小，进水量减小。当进水量减小 到与出水量相等时，才能重新建立平衡，此时液位也不再变化。但要使进水 量减小，控制阀必须关小，阀杆必须下移，浮球必须上移，对应的液位将稳 定在一个比原来稳定值（即给定值）要低的位置，其差值就是余差。
（1）比例控制规律及其特点
比例调节规律表达式： u K p或e
u u0 K pe
u0是偏差e=0时的调节器的稳定输出值 KP是调节器的比例增益或放大倍数（与对象增益的区别）
根据上述响应曲线，可以明显地看出比例调节器的一 个特点：控制及时。一旦偏差不为0，调节器的输出即刻发 生改变。
（2）比例增益KP和比例度
1. 比例控制（P调节）
在该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变量(液位) 的偏差值成比例，这就是比例控制规律，其输出信号的变化 量与输入信号(指偏差，当给定值不变时，偏差就是被控变量 测量值的变化量)的变化量之间成比例关系，这种控制规律称 为“纯比例控制”
纯比例控制也是一种基本的控制规律，从上面这个例子可以看 出来，纯比例控制至少能克服位式控制振荡、不稳定的缺点。
u
zmax zmin u
zmax zmin u
zmax zmin K p
umax umin
对于一个具体的比例作用控制器，指示值的刻度范围umax-umin 及输出的工作范围zmax-zmin是固定的，因此可以认为比例度与比例 增益Kp成反比。
KP越大 越小 比例作用越强（控制作用越强）
（3）比例度及其对控制过程的影响
§3.1 基本控制规律
控制规律：控制器的输出信号随输入信号(偏 差)变化的规律。也称为调节规律。
强调：u(t) f (z x) f (e)
如果 z(t) u，(t则) 控制器称正作用控制器；反之
z，(t则) 称反u作(t)用控制器
基本控制规律： 位式控制（双位控制较常用） 比例作用(Proportional) 积分作用(Intergral) 微分作用(Derivative)
u(t) uummainx
当e(t) 0 打开 当e(t) 0 关闭
这是一种理想的双位控制，请问这种理想的双位控 制策略能否直接用于实际工业现场的控制？
具有中间区的双位控制
例如：某压力控制系统，控制设定值为100KPa，当罐内 压力刚好达到100KPa时，调节器输出为0，电磁 阀关；罐内压力稍稍大于100KPa时，调节器输出 为1，电磁阀开，排除气体降低系统压力，此时罐 内压力马上又小于设定值100KPa，电磁阀关，内 部压力马上又会重新升高，大于100 KPa，调节器 输出为1，电磁阀开······，这样调节器输出在0与1 之间不断变化，电磁阀也在“开”和“关”二个 状态上不停的动作。这种现象在实际工业系统中 是绝对不允许的，因为任何一种设备都有一定的 使用寿命，电磁阀的使用寿命一般在10万～50万
不同的控制规律适应不同的生产要求，必须根据生产要求来选用适当的控制规律。如选 用不当，不但不能起到好的作用，反而会使控制过程恶化，甚至造成事故。
一、位式控制（双位控制）
双位控制是自动控制系统中最简单也很实用的一种控制规律，调节器输 出只有2个固定的数值，即只有2个极限位置，其基本的控制规律可描述为：
如果把双次位。特性调整为：
1 u(t) 0 或 1
0
P 110 90 P 110
P 90
双位控制的过渡曲线
u
由于位式控制的执行器是从一个固定位置到另一个固定位置，所以整个 系统不可能保持在一个平衡状态。被控变量总在设定值附近波动，其过渡 过程是持续的等幅振荡。振荡频率低，控制质量差；振荡频率高，影响执 行器的使用寿命。 位式控制的特 点：简单、过渡过程是振荡的 位式控制的适用范围：时间常数大，纯滞后小，负荷变化不大也不激烈， 控制要求不高。
比例增益KP是比例调节器输出变化量u与偏差e之比：
Kp
u e
结论：KP越大，比例作用越强；KP越小，比例作用越弱。
比例度：输入信号的相对变化量占输出信号的相对变化量的百
分数。在工业现场，一般都用比例度来表示比例作用的强弱
z
zmax zmin *100% umax umin * z *100% umax umin * e *100% umax umin * 1 *100%
除了双位控制外，还有三位（即具有一个中间位置）或更多的，这类 系统统称为位式控制，它们的工作原理基本相同。
二、连续控制
根据输入量与设定值差异e的大小连续调整 输出量u的大小。
分类：
– P控制——比例控制 – PI控制——比例积分控制 – PD控制——比例微分控制 – PID控制——比例微分积分控制
控制器接受了偏差信号e后，按一定的控制规律使其输出信号u发生变 化，通过执行器改变操纵变量q，以抵消干扰对被控变量y的影响，从而使 被控变量回到结定值上来。
问题：被控变量能否回到给定值上，或者以什么样的途径、经过多长时间回到给定值上来？ 这不仅与被控对象特性有关，而且还与控制器的特性有关。 只有熟悉了控制器的特性，才能达到自动控制的目的。
工业上（最）常用的控制规律：
双位控制
纯比例控制
P
比例积分控制
PI
比例微分控制
PD
比例积分微分控制 PID
一个控制系统主要包括二类基本环节：控制器和对象。对象在控制系统中属于固定因素， 当系统设计好以后，对象特性也就被确定下来；在整个控制系统中的控制作用主要是通过控 制器来实现的，而控制器真正实现控制的本质在于选择合适的调节规律。
第三章 自动控制仪表
三、控制仪表的分类： 基地式控制仪表
– 检测、控制、显示组合在一起的一类仪表。
单元组合式控制仪表
– 在系统规定的统一的通讯方式下，按要求给出 相应的控制信号。
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。
Leabharlann Baidu
§3.1 基本控制规律
在下面的控制系统中，被控变量由于受扰动f（如生产负荷的改变，上下 工段间出现的生产不平衡现象等）的影响，常常偏离给定值，即被控变量
余差的产生：
a
b
O
qi
a u
O
be
qi
q0
q0
原来系统处于平衡状态，进水量与出水量相等，此时控制阀有一个固定 的开度，比如说对应于杠杆为水平位置。当出水量有一个阶跃减小量时，液 位开始上升，在控制器的作用下，控制阀关小，进水量减小。当进水量减小 到与出水量相等时，才能重新建立平衡，此时液位也不再变化。但要使进水 量减小，控制阀必须关小，阀杆必须下移，浮球必须上移，对应的液位将稳 定在一个比原来稳定值（即给定值）要低的位置，其差值就是余差。
（1）比例控制规律及其特点
比例调节规律表达式： u K p或e
u u0 K pe
u0是偏差e=0时的调节器的稳定输出值 KP是调节器的比例增益或放大倍数（与对象增益的区别）
根据上述响应曲线，可以明显地看出比例调节器的一 个特点：控制及时。一旦偏差不为0，调节器的输出即刻发 生改变。
（2）比例增益KP和比例度
1. 比例控制（P调节）
在该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变量(液位) 的偏差值成比例，这就是比例控制规律，其输出信号的变化 量与输入信号(指偏差，当给定值不变时，偏差就是被控变量 测量值的变化量)的变化量之间成比例关系，这种控制规律称 为“纯比例控制”
纯比例控制也是一种基本的控制规律，从上面这个例子可以看 出来，纯比例控制至少能克服位式控制振荡、不稳定的缺点。
u
zmax zmin u
zmax zmin u
zmax zmin K p
umax umin
对于一个具体的比例作用控制器，指示值的刻度范围umax-umin 及输出的工作范围zmax-zmin是固定的，因此可以认为比例度与比例 增益Kp成反比。
KP越大 越小 比例作用越强（控制作用越强）
（3）比例度及其对控制过程的影响
§3.1 基本控制规律
控制规律：控制器的输出信号随输入信号(偏 差)变化的规律。也称为调节规律。
强调：u(t) f (z x) f (e)
如果 z(t) u，(t则) 控制器称正作用控制器；反之
z，(t则) 称反u作(t)用控制器
基本控制规律： 位式控制（双位控制较常用） 比例作用(Proportional) 积分作用(Intergral) 微分作用(Derivative)
u(t) uummainx
当e(t) 0 打开 当e(t) 0 关闭
这是一种理想的双位控制，请问这种理想的双位控 制策略能否直接用于实际工业现场的控制？
具有中间区的双位控制
例如：某压力控制系统，控制设定值为100KPa，当罐内 压力刚好达到100KPa时，调节器输出为0，电磁 阀关；罐内压力稍稍大于100KPa时，调节器输出 为1，电磁阀开，排除气体降低系统压力，此时罐 内压力马上又小于设定值100KPa，电磁阀关，内 部压力马上又会重新升高，大于100 KPa，调节器 输出为1，电磁阀开······，这样调节器输出在0与1 之间不断变化，电磁阀也在“开”和“关”二个 状态上不停的动作。这种现象在实际工业系统中 是绝对不允许的，因为任何一种设备都有一定的 使用寿命，电磁阀的使用寿命一般在10万～50万
不同的控制规律适应不同的生产要求，必须根据生产要求来选用适当的控制规律。如选 用不当，不但不能起到好的作用，反而会使控制过程恶化，甚至造成事故。
一、位式控制（双位控制）
双位控制是自动控制系统中最简单也很实用的一种控制规律，调节器输 出只有2个固定的数值，即只有2个极限位置，其基本的控制规律可描述为：
如果把双次位。特性调整为：
1 u(t) 0 或 1
0
P 110 90 P 110
P 90
双位控制的过渡曲线
u
由于位式控制的执行器是从一个固定位置到另一个固定位置，所以整个 系统不可能保持在一个平衡状态。被控变量总在设定值附近波动，其过渡 过程是持续的等幅振荡。振荡频率低，控制质量差；振荡频率高，影响执 行器的使用寿命。 位式控制的特 点：简单、过渡过程是振荡的 位式控制的适用范围：时间常数大，纯滞后小，负荷变化不大也不激烈， 控制要求不高。
比例增益KP是比例调节器输出变化量u与偏差e之比：
Kp
u e
结论：KP越大，比例作用越强；KP越小，比例作用越弱。
比例度：输入信号的相对变化量占输出信号的相对变化量的百
分数。在工业现场，一般都用比例度来表示比例作用的强弱
z
zmax zmin *100% umax umin * z *100% umax umin * e *100% umax umin * 1 *100%
除了双位控制外，还有三位（即具有一个中间位置）或更多的，这类 系统统称为位式控制，它们的工作原理基本相同。
二、连续控制
根据输入量与设定值差异e的大小连续调整 输出量u的大小。
分类：
– P控制——比例控制 – PI控制——比例积分控制 – PD控制——比例微分控制 – PID控制——比例微分积分控制