第四章---自动控制仪表VIP

第四章自动控制仪表，第一节概述第二节基本控制规则及其对系统迁移过程的影响，第一节将构成自动控制系统的仪表称为自动控制仪表。 主要包括变送器、控制器、致动器。 包括很多辅助仪表。 指定值(x ) :工艺要求的量值。 测量值(z):被控制变量的实际值。 偏差(e):测量值和规定值之差(e=z-x )。 操作值(p ) :控制器的输出信号。 1、基地式控制仪表与检查装置、显示装置组装成一体，具有检查、控制和显示功能，结构简单、廉价、使用方便。 2、单元组合式仪表的控制单元接收测量值和规定值的信号，并输出对应于它们的偏差具有一定关系的控制作用信号。 3、以微处理器为单元的控制装置，控制功能丰富，操作方便，容易构成复杂的控制系统。 从控制仪器的发展，基本经历了三个阶段：第五章控制自动仪器，第一节概述了第二节基本控制规则和对系统迁移过程的影响，第二节基本控制规则和对系统迁移过程的影响，控制规则指控制器输出信号与输入信号的关系。 另外，控制规则是p和e之间的函数关系，即最常用的控制规则是PID算法，通过基控制规则p、I、d构建p、PI、PD、PID并统称为PID。 (5-1)在预定值x不变化的情况下，偏差e是被控制变量的测定值的变化量。一、二位控制(开关控制)、一、二位控制规则、二、例、液位电磁线圈阀供给液位、HH0通电关断供给HH0、HH0通电关断供给HH0，中间区：被控制变量有一定的变化范围，3、质量指标：振幅周期，原则：使振动振幅值在允许范围内4、特征：结构简单，成本低，容易实现，1，比例控制规则(p )，2，比例控制，控制阀的开度(即控制器的输出值)与被控制变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置。 即：图为液位控制系统。 液面水平上升时，控制阀关闭，液面水平下降时，控制阀打开。 e，KP-比例增益(倍率)杆是控制器p:控制器的输出e:控制器的输入a、b -杆的支点和两端的距离，(5-4)，比例控制器的输出信号p和输入信号e的比例关系，即：(5-3)，比例控制规则的输出变化量被输入、2、比例度、比例增益KP为有维的量，因此在工序中经常被转换为无量纲的量：比例度、比例度是控制器输入的相对变化值和对应的输出相对变化值的比例。 由式表示：(5-5)、输入e变化量的p-对应的输出变化量xmax-xmin输入的最大变化量，即仪表的范围pmax-pmin输出的最大变化量，即控制器输出的动作范围，比例度全标度控制器的输出对应的仪表测量值的变化占仪表测量范围的百分比，一个具体的比例作用控制器：pmax-pmin/xmax-xmin=K，因此(控制作用强)、(相对于单元组合仪表： K=1)、(5-6) 如果指示值从600变化到700，控制器的输出从4mA变化到9mA。 比例是多少？=50%，测量温度变化了全比例的50%时，控制器的输出从最小变为最大(010mA )。 在该范围内，温度的变化与控制器的输出p成比例。 比例是指控制器的输出在全范围变化时，输入偏差使输入范围的百分比变化。3、控制器比例度与输入、输出的关系、4、比例控制作用的特性、1 )静态特性：控制结束后有馀量。 (即，新的稳态值不等于所给定的值)，2 )动态特性：控制及时，并且没有滞回性。、5，比例控制的特点：2 )动作快速，作用及时。 适用于滞后小、负载变化小、没有富馀的情况。 3 )最终稳定时，p=0，p=KPe，e()0，即，存在馀数差。 虽然是KP馀差C，但是KP太大，系统容易摇晃变得不稳定。 1)KP()P，也就是比例作用很强。 例如中间罐液位、精馏塔塔釜液位等。 6、比例度对过渡过程的影响，比例度越大(即Kp越小)，过渡过程曲线越平稳，但馀数也越大。 标度越小，过渡过程曲线越振动。 另外，在比例度大时，即倍率Kp小时，被控制变量的变化缓慢(曲线6 )。 比例度变小时，Kp变大，被控制变量的变化也变得敏感，开始稍微振动，差变得不大(曲线5，4 )，进一步变小时出现剧烈的振动(曲线3 )，进一步变小到某个数值时，系统出现等幅度振动，此时在小于k的情况下，干扰发生后发散振动(曲线1 )、7，生产过程中常用的比例范围，3，积分控制，ki-积分速度，1，积分(I )控制规则，(5-7)输入偏差为常数a时，输出为直线。 另外，KI1KI2KI3、图5-9积分控制器的特性、输出信号的变化速度与偏差e及KI成比例，2、积分时间TI :根据上式，在输入e为振幅a的步长时，t=TI时，输出p=A。 积分时间：输出通过阶跃偏差达到偏差值的时间。 3)TI积分作用下箭头，TI，积分作用为零。 2 )动作慢的话控制会延迟，一般不能单独采用。 (1)p与e的积分成比例，当存在e时，输出改变且p稳定，直到e=0为止，从而可以消除馀数差。 3、积分控制器的特征：4 )生产过程中常用的积分时间。 4、比例积分(PI )规则，通过积分可以消除馀差，但具有滞回性。 一般把比例和规律结合起来。 比例积分(PI )控制规则，(5-8)、(5-9)是e为振幅a的步进干扰时，积分时间：由于步进偏差，输出达到步进变动值(KpA )的2倍时的时间。 (1)求出放大率KP和积分时间ti:t=ti的情况下，输出p=2KpA。 当KPA，e是振幅a的阶跃干涉时：5，积分时间对迁移过程的影响：以相同的比例度积分时间TI对迁移过程的影响： TI太大，积分作用不明显，残差消除慢(曲线3 )。 TI小，积分作用明显，容易消除残差(曲线2 )，1)P动作快，I消除馀数。 为了要求没有馀地的系统而使用。 6、比例积分控制器的特征：适用于滞回性小、负载变化不大、不允许有馀量的要求的情况。 例如，压力、流量等控制系统不允许有馀量的液面水平的控制等。 3)TI下箭头积分作用系统稳定性下箭头。 对于过渡延迟大的对象，使用PI，过渡处理时间长，最大偏差变大，最终可以消除偏差，但是调整品质差，一般可以施加微分控制。 在TI的情况下，积分作用为零，PIP，即比例积分成为纯比例控制规则。 1、微分(d )控制规则、TD-微分时间常数de/dt偏差变化速度。 四、微分控制、t=t0、de/dt、p； tt0、de/dt=0、p=0，控制器输出信号与偏差的变化速度成比例，即图5-12理想微分控制器特性，优点：前进控制。 缺点：输入偏差不随时间变化时，微分作用立即下降为零，无法反映偏差的大小，无法消除偏差。 注意：微分控制不能单独使用。 当TD微分作用TD微分作用t=t0时，控制器输入e为阶跃信号时，2、比例微分(PD )控制规则对惯性大的对象通过比例微分来改善控制质量，减小最大偏差，节省控制时间。(5-11 )、3、微分时间TD对过渡过程的影响、微分作用具有阻止被控制变量的变化、抑制振动的效果，但是如果过大，被控制变量反而会大幅振动。、4，微分控制器的特征：1)TD微分作用，2 )有偏差的话有变大的可能性，但e=常数，de/dt=0，p=0，不能克服静偏差，虽然有馀量，但比纯比例控制小，3 )有前进控制的作用。 适用于诸如温度、分量等的容量延迟的对象，并且不适用于纯延迟的对象。 五、比例积分微分(PID )控制规则，(5-12 )，PID控制特征：1 .克服集p、I、d三大优点，其不足，2 .实际系统PID不是最好的，请根据情况进行选择。 常用的控制规则： PPIPID，主动控制器：控制器的输入信号增加(或减少)时，其输出信号增加(或减少)，反作用力控制器：控制器的输入信号增加(或减少)时，其输出信号减少(或减少) 如图所示，在示例1:中测得的标准信号是420mA电动调节器的阶跃响应曲线。 q该控制器的控制规则是？ 控制器的比例度、积分时间、微分时间是？ 解：该控制器是PI控制规律，a :控制器的比例为2