热工控制系统及设备
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G(s) Kc
Kc：调节器的放大倍数 调节作用以偏差的存在为前提，被调量受 干扰偏离设定值后不可能恢复到设定值
比例作用压力调节器
四、比例积分控制
积分控制规律
积分控制规律：调节器的输出变化量，与输 入偏差随时间的积分成正比
数学表达式为:△Ｃ＝Ｋｉ∫ｅdt
比例积分控制规律
比例积分控制规律是比例与积分两种控制作 用的组合
六、比例积分微分控制
比例积分微分控制规律是比例、积分与 微分三种控制作用的组合。
数学表达式为：c
K
p
e
1 Ti
edt
Td
de dt
三作用调节器综合了各种控制规律的优点，
具有较好的控制性能，应用范围宽广。
比例积分微分控制
各种控制过程常用的控制规律如下：
液位：滞后不大，一般控制要求不高，用P 或PI控制规律。 流量：滞Hale Waihona Puke Baidu很小，时间常数小，测量信号中 杂有噪音，用PI或加反微分加以控制。 压力：介质为液体的滞后较小，介质为气体 时的滞后中等，用P或PI控制规律。 温度：容量滞后较大，时间常数大，常用 PID控制规律。
比例微积分调节
理想的比例微积分调节（PID）
PPID
Kc
e
1 TI
edt
TD
de dt
实际的PID调节
传PP递ID 函 数Kc为：e
1 TI
KD t
edt e KD 1 e TD
G(s) Kc
PID调节器的阶跃响应曲线
6
5
4
3
比例微分积分
P
2
积分
1 微分
比例
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
被调量对设定值的 偏差不超出呆滞区 间，输出保持不变
输入和输出如图：
1.0 P 0.5
1.0 P 0.5
0.0
-1.0
-0.5
0.0
-0.5
0.0
0.5
1.-01.0
-0.5
t
0.0
0.5
1.0
t
-0.5
-1.0
-1.0
理想输出
实际输出
呆滞区存在可以延长调节器的使用寿命， 避免频繁动作
双位控制器
其数学表达式为:
c
k
p
(e
e Ti
edt )
积分调节器的特点：
偏差存在时，调节器的输出将随时间不 断变化，直到偏差消除
总从0开始，不及时，不单独使用，常和 比例调节一起组成比例积分调节
PI
Kc
e
1 TI
t
0
edt
TI大，积分速度慢
比例积分控制
积分时间及其对系统过渡过程的影响
在比例积分控制系统中，若保持调节器比例 度不变，积分时间对过渡过程的影响如图311所示。从图中可以看出，积分时间对过渡 过程的影响具有双重性。随着积分时间Ｔi的 减小， 积分作用增强，即在相同的扰动作 用下，调节器的输出较大，余差消除快，最 大偏差减小，但同时系统的振荡加剧，稳定 性下降。Ｔi过小，还可能导致系统的不稳定
二、三位式调节规律
三种状态 100% 0 -100%
输入和输出如图：
1.0 P
1.0 P
0.5
0.5
-1.0
0.0
-0.5
0.0 0.5
1.-01.0 t
0.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
t
-0.5
-0.5
-1.0
-1.0
理想输出
实际输出
三、比例调节
比例调节：调节器的输出和输入成比例关 系，传递函数为：
t
比例积分微分调节的特点
快速、敏捷 平稳准确 三项需适当配合 三种作用在任何时候都协调工作
七、传感器和变送器的特性
传感器
有一定的容量，如热电偶，在没有套管时， 单容元件，为一阶惯性环节， 传感器的时间常数与对象的时间常数相比很 小时，看作比例环节
变送器
将被测信号转变成标准信号，比例环节
第二节 数字式调节器的调节规律
一、采样过程和Z变换
用数字计算机作为系统控制器，对连续的受 控对象进行控制， 离散信号： 纯离散系统 采用系统：
采样过程
把连续信 号转换成 离散信号 的过程
e* t ekT t kT
k 0
零阶保持
使采样信 号每一个 采样瞬时 的值保持 到下一个 采样瞬时， 处于每个 采样区间 内的值为 常数，导 数为零
为了便于实现定值控制或串级等复杂控制， 调节器有内设定和外设定两种方式，可通过 “内─外”切换开关加以选择
PID运算电路
Ii
Wp
I i Ri
I0
RL
If
Rp
隔
R27 离
RI
R28
电 路
ci
DDZ－Ⅲ型调节器
采用24V直流电源集中统一供电，整套仪 表可构成安全火花防爆系统，而且增加 了安全单元──安全保持器，实现了控制 室与危险场所之间的能量限制与隔离， 使仪表无论在正常运行，还是在事故状 态下，都不会引爆，仪表的安全性、可 靠性显著提高。
采用国际标准信号制，现场传输信号为 4-20mA直流电流，控制室联络信号为15V 直流电压，信号电流和信号电压的转 换电阻为250Ω。
五、比例微分控制
微分控制规律
微分控制规律是：调节器的输出变化量与输 入偏差变化的速度成正比。
数学表达式为：
比例微分控制规律
c Td
de dt
比例微分控制规律:是比例与微分两种控制
作用的组合。
数学表达式为：
c
K p (e Td
de dt
)
比例微分调节的特点
根据被调量的变化趋势，防止被调量出 现更大的偏差，使偏差消失于萌芽中 输出和偏差变化的速度成正比 提供系统稳定性的作用 微分时间越长，或偏差变化的速度大， 微分作用就强
第三节 调节器
主要内容： 一、DDZ-Ⅲ型调节器 二、数字调节器 三、组装式控制装置
一、单元组合式调节器
DDZ－Ⅱ型调节器
输入I
偏差指示 输入 电路
设定
指示电路
直流放大器
输出
隔离电路
PID运算电路
手操作
输入电路
输入通道
一般单独使用主输入通道，由于副输入通道 的信号不通过偏差指示表而不单独使用
设定电路
一阶保持
使采样信号每 一个采样瞬时 的值保持到下 一个采样瞬时， 处于每个采样 区间内的值为 常数，导数为 零
二、数字PID控制
积分分离算法
积分环节的目 的是消除余差
启动、结束、 大幅度增减设 定
引起较大的超 调
当被控量和设 定值偏差较大 时取消积分作 用
微分先行PID控制算法
只对输出量进行微分，而对设定值不作 微分，改变设定值，输出不会改变，被 控量的输出通常比较缓和 适合与设定值频繁变的场合
热工控制系统
主要内容
•基本控制规律 •数字式调节器的调节规律 •执行器 •热工常用控制系统
第一节 基本控制规律
调节器的控制规律用数学表达式为：C=f(e)
调节器控制
位式控制 比例控制 比例积分 比例微分 比例积分微分
一、两位式调节规律
两位式 输入和输出如图：
呆滞区：不能引起 调节器动作的被调 量对定值偏差区
Kc：调节器的放大倍数 调节作用以偏差的存在为前提，被调量受 干扰偏离设定值后不可能恢复到设定值
比例作用压力调节器
四、比例积分控制
积分控制规律
积分控制规律：调节器的输出变化量，与输 入偏差随时间的积分成正比
数学表达式为:△Ｃ＝Ｋｉ∫ｅdt
比例积分控制规律
比例积分控制规律是比例与积分两种控制作 用的组合
六、比例积分微分控制
比例积分微分控制规律是比例、积分与 微分三种控制作用的组合。
数学表达式为：c
K
p
e
1 Ti
edt
Td
de dt
三作用调节器综合了各种控制规律的优点，
具有较好的控制性能，应用范围宽广。
比例积分微分控制
各种控制过程常用的控制规律如下：
液位：滞后不大，一般控制要求不高，用P 或PI控制规律。 流量：滞Hale Waihona Puke Baidu很小，时间常数小，测量信号中 杂有噪音，用PI或加反微分加以控制。 压力：介质为液体的滞后较小，介质为气体 时的滞后中等，用P或PI控制规律。 温度：容量滞后较大，时间常数大，常用 PID控制规律。
比例微积分调节
理想的比例微积分调节（PID）
PPID
Kc
e
1 TI
edt
TD
de dt
实际的PID调节
传PP递ID 函 数Kc为：e
1 TI
KD t
edt e KD 1 e TD
G(s) Kc
PID调节器的阶跃响应曲线
6
5
4
3
比例微分积分
P
2
积分
1 微分
比例
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
被调量对设定值的 偏差不超出呆滞区 间，输出保持不变
输入和输出如图：
1.0 P 0.5
1.0 P 0.5
0.0
-1.0
-0.5
0.0
-0.5
0.0
0.5
1.-01.0
-0.5
t
0.0
0.5
1.0
t
-0.5
-1.0
-1.0
理想输出
实际输出
呆滞区存在可以延长调节器的使用寿命， 避免频繁动作
双位控制器
其数学表达式为:
c
k
p
(e
e Ti
edt )
积分调节器的特点：
偏差存在时，调节器的输出将随时间不 断变化，直到偏差消除
总从0开始，不及时，不单独使用，常和 比例调节一起组成比例积分调节
PI
Kc
e
1 TI
t
0
edt
TI大，积分速度慢
比例积分控制
积分时间及其对系统过渡过程的影响
在比例积分控制系统中，若保持调节器比例 度不变，积分时间对过渡过程的影响如图311所示。从图中可以看出，积分时间对过渡 过程的影响具有双重性。随着积分时间Ｔi的 减小， 积分作用增强，即在相同的扰动作 用下，调节器的输出较大，余差消除快，最 大偏差减小，但同时系统的振荡加剧，稳定 性下降。Ｔi过小，还可能导致系统的不稳定
二、三位式调节规律
三种状态 100% 0 -100%
输入和输出如图：
1.0 P
1.0 P
0.5
0.5
-1.0
0.0
-0.5
0.0 0.5
1.-01.0 t
0.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
t
-0.5
-0.5
-1.0
-1.0
理想输出
实际输出
三、比例调节
比例调节：调节器的输出和输入成比例关 系，传递函数为：
t
比例积分微分调节的特点
快速、敏捷 平稳准确 三项需适当配合 三种作用在任何时候都协调工作
七、传感器和变送器的特性
传感器
有一定的容量，如热电偶，在没有套管时， 单容元件，为一阶惯性环节， 传感器的时间常数与对象的时间常数相比很 小时，看作比例环节
变送器
将被测信号转变成标准信号，比例环节
第二节 数字式调节器的调节规律
一、采样过程和Z变换
用数字计算机作为系统控制器，对连续的受 控对象进行控制， 离散信号： 纯离散系统 采用系统：
采样过程
把连续信 号转换成 离散信号 的过程
e* t ekT t kT
k 0
零阶保持
使采样信 号每一个 采样瞬时 的值保持 到下一个 采样瞬时， 处于每个 采样区间 内的值为 常数，导 数为零
为了便于实现定值控制或串级等复杂控制， 调节器有内设定和外设定两种方式，可通过 “内─外”切换开关加以选择
PID运算电路
Ii
Wp
I i Ri
I0
RL
If
Rp
隔
R27 离
RI
R28
电 路
ci
DDZ－Ⅲ型调节器
采用24V直流电源集中统一供电，整套仪 表可构成安全火花防爆系统，而且增加 了安全单元──安全保持器，实现了控制 室与危险场所之间的能量限制与隔离， 使仪表无论在正常运行，还是在事故状 态下，都不会引爆，仪表的安全性、可 靠性显著提高。
采用国际标准信号制，现场传输信号为 4-20mA直流电流，控制室联络信号为15V 直流电压，信号电流和信号电压的转 换电阻为250Ω。
五、比例微分控制
微分控制规律
微分控制规律是：调节器的输出变化量与输 入偏差变化的速度成正比。
数学表达式为：
比例微分控制规律
c Td
de dt
比例微分控制规律:是比例与微分两种控制
作用的组合。
数学表达式为：
c
K p (e Td
de dt
)
比例微分调节的特点
根据被调量的变化趋势，防止被调量出 现更大的偏差，使偏差消失于萌芽中 输出和偏差变化的速度成正比 提供系统稳定性的作用 微分时间越长，或偏差变化的速度大， 微分作用就强
第三节 调节器
主要内容： 一、DDZ-Ⅲ型调节器 二、数字调节器 三、组装式控制装置
一、单元组合式调节器
DDZ－Ⅱ型调节器
输入I
偏差指示 输入 电路
设定
指示电路
直流放大器
输出
隔离电路
PID运算电路
手操作
输入电路
输入通道
一般单独使用主输入通道，由于副输入通道 的信号不通过偏差指示表而不单独使用
设定电路
一阶保持
使采样信号每 一个采样瞬时 的值保持到下 一个采样瞬时， 处于每个采样 区间内的值为 常数，导数为 零
二、数字PID控制
积分分离算法
积分环节的目 的是消除余差
启动、结束、 大幅度增减设 定
引起较大的超 调
当被控量和设 定值偏差较大 时取消积分作 用
微分先行PID控制算法
只对输出量进行微分，而对设定值不作 微分，改变设定值，输出不会改变，被 控量的输出通常比较缓和 适合与设定值频繁变的场合
热工控制系统
主要内容
•基本控制规律 •数字式调节器的调节规律 •执行器 •热工常用控制系统
第一节 基本控制规律
调节器的控制规律用数学表达式为：C=f(e)
调节器控制
位式控制 比例控制 比例积分 比例微分 比例积分微分
一、两位式调节规律
两位式 输入和输出如图：
呆滞区：不能引起 调节器动作的被调 量对定值偏差区