《自动控制仪表》PPT课件.ppt

第五章 自动控制仪表 5.1 概述,一、控制系统按被控对象的变化规律分类： 定值系统：给定值为常数； 随动系统：给定值为变数，要求按照一定规律变化； 二、控制目的的方式： 通过人工控制和自动控制 自动控制仪表：将测量值与给定值进行比较，产生偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，将结果以一定的信号形式送到执行器，以实现对被控对象的自动控制。,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。 特点：结构简单、价格低廉、使用方便。 单元组合式控制仪表 按照功能不同分成若干单元，每个单元只完成其中的一种功能。单元之间以统一的标准信号相互联系。 微处理器为基元的控制仪表 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。,5.2 基本控制规律及其对过渡过程的影响,控制规律：控制系统输出信号与输入信号之间的关系。 输入信号e（偏差），输出信号 p p=f(e) 常用阶跃信号 控制规律分类： 位式控制、比例控制（P）、积分控制(I)、微分控制(D)以及组合控制比例积分控制(PI)、比例微分控制(PD)和比例积分微分控制(PID)。,一、位式控制（双位控制）,理想的双位控制关系式：,控制特性如图：,p,pmin,pmax,e,双位控制的实例：书图5-2,具有中间区的双位控制过程,p,t,y,t,yH,yL,开,开,开,开,开,开,关,关,关,关,关,关,双位控制的特点：,结构简单、成本较低、易于实现，应用较普遍。恒温炉、管式炉的控温。但是其控制作用不是连续变化的，其被控变量的变化将是一个等幅震荡过程，不可能使被控变量稳定在某一个数值上。,二、比例控制-P控制,控制阀的开度和被控变量的偏差成比例。 实例：书图5-2 输出信号P与输入信号e之间成比例关系。 P= KP e 放大倍数KP：表示比例控制系统作用的强弱。越大表示控制作用大。习惯用 比例度,比例度：控制器输入变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。实际上是使控制器输出变化为全范围时，输入偏差改变占满量程的百分数。比例度越小，输出变化为全范围时所需输入变化区间就越小。,放大倍数KP与比例度成反比 对于DDZ-型控制器，其输入与输出范围相同，则：,KP（ ）值的影响,KP值过大（ 值过小） 系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。 KP值过小（ 值过大） 系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大。 KP值（ 值）适中 经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有一定的余差。,比例积分控制的特点： 优点：反应快、控制及时， 缺点：控制结果容易有余差产生 只有在对被控变量要求不高的场合可以单独使用。,三： 积分控制-I控制,加入积分控制的目的：缩短大偏差的调节时间，消除余差。 积分调节方法：输出量与输入偏差对时间的积分成正比。 对于较大的偏差，容易导致调节时间过长，调节量过大而出现超调。因而通常与比例调节共同使用。,比例积分控制-PI控制：,在比例控制的基础上再加上积分控制作用，便构成了并列积分控制规律，其输出与输入的关系为： 积分控制的特点：控制缓慢，可以消除余差 比例积分控制的特点：控制及时还可以消除余差,积分时间Ti的影响,Ti值过小 系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。 Ti值过大 积分作用不明显，调节时间长，余差大。 Ti值适中 经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，无余差。,四 微分控制-D控制,加入微分调节的目的：防止出现超调现象。按照被控变量的变化速度来确定控制作用的大小，就是微分控制规律。 微分调节方法：输出量与输入偏差对时间的微分成正比。根据被控参数变化的快慢进行调节，属超前控制。 对于固定的偏差，没有输出。因而不能消除余差，通常与比例调节共同使用。 微分控制特点：可以超前控制，抑制系统震荡，增加稳定性（不可单独使用）,微分时间TD的影响,TD值过大 系统反应过于灵敏，调节时间长，余差大，有时甚至会出现大幅振荡。 TD值过小 积分作用不明显，超调量大。 TD值适中 经过少数几个明显减幅振荡后，逐渐趋于稳定。特别是对有较大滞后的系统作用尤为明显。,4. PID调节,同时采用比例、积分、微分调节方法。 通过适当调整比例常数、积分时间、微分时间等三个参数的大小，确定各种调节作用的强弱。 采用比例积分微分（PID）调节，既能快速进行控制，又能消除余差，对反应较慢的系统也能进行有效的控制，因而具有较好的控制性能。 PID控制方法是目前参数连续控制系统中普遍采用的控制方法。,5.3 模拟量PID控制器,一、基本构成 比较环节 将测量值与设定值进行比较（电流、电压、气压相减），产生偏差信号。 放大器 将偏差信号、反馈信号、载波信号叠加后进行放大。 反馈环节 将输出信号通过一定的运算关系反馈到放大器的输入端，以实现比例、积分、微分等控制规律。,给定信号,比较环节,测量信号,偏差,放大器,输出信号,反馈环节,-,二、 DDZ电动控制器 1. 仪表的特点,采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号： 420mA DC 或 15V DC，信号电流与电压的转换电阻为250。 高度集成化，可靠性高，维修量少。 全系统统一采用24V DC电源供电，单元仪表无须单独设置电源。 功能齐全，结构合理。 具有本安（本质安全）性能。,二、 DDZ电动控制器 2. 基本组成,输入电路、给定电路、PID运算电路、自动和手动切换电路、输出电路及指示电路。,5.4 数字式控制器,主要特点：,例题：,1 某比例控制器输入信号为4-20mA，输出信号为1-5V，当比例度为60%时，输入变化为6mA，所引起的输出变化为多少？,例题2 一台DDZ-型温度比例控制器，测温范围为200-1200.当温度给定值由800变化到850时，其输出由12mA变化到16mA.试求该控制器的比例度和放大系数。,例题3一台DDZ-型比例积分控制器，比例度为50%，积分时间为2min。稳态时，输出为5