化工仪表自控控制仪表

1、第一节第一节 概述概述自动控制仪表（控制器）在自动控制系统自动控制仪表（控制器）在自动控制系统中的作用中的作用是：是：将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的的偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的数学运数学运算算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。以实现对被控变量的自动控制。图1-4 自动控制系统方块图第一节第一节 概述概述控制仪表发展的三个阶段：控制仪表发展的三个阶段：1 1、基地式控制仪表：基地式控制仪表：它与检测、显示等仪表组装在一起，它

2、与检测、显示等仪表组装在一起，结构简单、方便，但通用性差，只在特定或小化工厂使结构简单、方便，但通用性差，只在特定或小化工厂使用。用。2 2、单元组合式仪表中的控制单元单元组合式仪表中的控制单元：它是单元（变送单元、：它是单元（变送单元、定值单元、控制单元、显示单元）组合式，则各单元间定值单元、控制单元、显示单元）组合式，则各单元间以统一的标准信号相互联系。以统一的标准信号相互联系。3 3、以微处理器为基元的控制装置：以微处理器为基元的控制装置：其控制功能丰富、操作其控制功能丰富、操作方便，很容易构成各种复杂控制系统。目前，有总体分方便，很容易构成各种复杂控制系统。目前，有总体分散控制装置、单

3、回路数字控制器、可编程数字控制器散控制装置、单回路数字控制器、可编程数字控制器（PLCPLC）和微计算机系统等。）和微计算机系统等。内容提要内容提要n 位式控制位式控制n双位控制双位控制n具有中间区的双位控制具有中间区的双位控制n 比例控制比例控制n比例控制规律及其特点比例控制规律及其特点n比例度及其对控制过程的影响比例度及其对控制过程的影响第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响内容提要内容提要n 积分控制积分控制n积分控制规律及其特点积分控制规律及其特点n比例积分控制规律与积分时间比例积分控制规律与积分时间n积分时间对系统过渡过程的影响积分时间

4、对系统过渡过程的影响n 微分控制微分控制n微分控制规律及其特点微分控制规律及其特点n比例微分控制系统的过渡过程比例微分控制系统的过渡过程n比例积分微分控制比例积分微分控制概论概论控制器的控制规律是指控制器的控制规律是指 控制器的输出信号与输入信号之间的关系。控制器的输出信号与输入信号之间的关系。 xzeefp即 经常是假定控制器的输入信号经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号然后来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。随时间的变化规律。 位式控制位式控制（其中以双位控制比较常用）、（其中以双位控制比较常用）、比例比例控制控制（P P）、）、积分

5、控制积分控制（I I）、）、微分控制微分控制（D D）及其组合形式。及其组合形式。2.1 位式控制位式控制一、双位控制一、双位控制00,) 0( 0,minmaxeepeepp或或理想的双位控制器其输出理想的双位控制器其输出p p与输入偏差额与输入偏差额e e之间的关系为之间的关系为双位控制系统：双位控制系统：双位控制系统的规律是当测量值大于给双位控制系统的规律是当测量值大于给定值时，控制器输出为最小（或最大），而当测量值大定值时，控制器输出为最小（或最大），而当测量值大于给定值时，则输出为最大（或最小），即控制器只有于给定值时，则输出为最大（或最小），即控制器只有两个数出值。又称为开关控制。

6、两个数出值。又称为开关控制。图4-1 理想双位控制特性图4-2 双位控制示例缺点：缺点：执行器在频繁工作，容易出现故障。执行器在频繁工作，容易出现故障。2.1位式控制位式控制 将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。为一个具有中间区的双位控制器，见下图。 由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。降低，延长了控制器中运

7、动部件的使用寿命。 图4-3 实际的双位控制规律二、具有中间区的双位控制二、具有中间区的双位控制图4-4 具有中间区的双位控制过程2.1位式控制位式控制 双位控制过程中一般采用双位控制过程中一般采用振幅振幅与与周期周期作为品质指标。作为品质指标。结论结论 被控变量波动的上、下限在允许范围内，使被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长周期长些比较有利。些比较有利。 减少动作次数，减少了磨损。减少动作次数，减少了磨损。 双位控制器双位控制器结构简单结构简单、成本较低成本较低、易于实现易于实现，因而，因而应用很普遍，如恒温炉、管式炉的温度控制等。应用很普遍，如恒温炉、管式炉的温度控制等。图图4-

8、4 4-4 具有中间区的双位控制过程具有中间区的双位控制过程2.2 比例控制比例控制 在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的生持续的等幅振荡过程等幅振荡过程。 为了避免这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏为了避免这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。被控变量趋于稳定，达到平衡状态。 2.2比例控制比例控

9、制 一、比例控制规律及其特点一、比例控制规律及其特点比例控制器比例控制器Kpep图图 比例控制器比例控制器图图4-5 4-5 简单比例控制系统示意图简单比例控制系统示意图比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量)34( eabp2.2比例控制比例控制epba从例题中发现：从例题中发现：该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变量（液位）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。的偏差值成比例，这就是比例控制。（比例增益）。是一个可调的放大倍数式中，ppKeKp)45( 2.2比例控制比例控制是指控制器输入的变化相对值

10、与相应是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。的输出变化相对值之比的百分数。 %100/minmaxminmaxpppxxe（4-5） 二、比例度及其对控制过程的影响二、比例度及其对控制过程的影响输入的最大变化量输入的最大变化量输出的最大变化量输出的最大变化量2.2比例控制比例控制可以从控制器表面指示看出比例度的具体意义：可以从控制器表面指示看出比例度的具体意义：1.1. 比例度就是使控制器的输出变化满刻度时（也就是控制比例度就是使控制器的输出变化满刻度时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的仪表测量值变化占仪阀从全关到全开或相反），相应的仪表测量值变化占仪表测量范围

11、的百分数。表测量范围的百分数。2.2. 或者说，使控制器输出变化满刻度时，输入偏差变化对或者说，使控制器输出变化满刻度时，输入偏差变化对应于指示刻度的百分数。比例度越小则输入变化范围就应于指示刻度的百分数。比例度越小则输入变化范围就越小。越小。 2.2比例控制比例控制举例举例 %40%100010/38100200/1401602.2比例控制比例控制 当温度变化全量程的当温度变化全量程的40%40%时时, ,控制器的输出从控制器的输出从0mA0mA变化到变化到10mA10mA。在这个范围内。在这个范围内, ,温度的变化和控制器的输出变化温度的变化和控制器的输出变化p p是是成比例的。当温度变化

12、超过全量程的成比例的。当温度变化超过全量程的40%40%时时 ( (在上例中即温在上例中即温度变化超过度变化超过4040时时) ,) ,控制器的输出就不能再跟着变化了。控制器的输出就不能再跟着变化了。 这是因为控制器的输出最多只能变化这是因为控制器的输出最多只能变化100%100%。所以。所以, ,比例比例度实际上就是使控制器输出变化全范围时度实际上就是使控制器输出变化全范围时, ,输入偏差改变量输入偏差改变量占满量程的百分数。占满量程的百分数。2.2比例控制比例控制%100)(1minmaxminmaxxxppKp即（4- 4-6 6）%100)(minmaxminmaxxxpppe将式将式

13、（4-54-5）改写后得改写后得minmaxminmaxxxppK 对于一只具体的比例控制器，仪表的量程和控制器的对于一只具体的比例控制器，仪表的量程和控制器的输出范围都是固定的输出范围都是固定的, ,令令2.2比例控制比例控制对一只控制器来说，对一只控制器来说， K是一个固定常数。是一个固定常数。%100pKK得得epKp而而 Kp值与值与 值都可以用来值都可以用来表示比例控制作用的强表示比例控制作用的强弱。弱。%1001pK在单元组合式仪表中在单元组合式仪表中1minmaxminmaxxxppK控制作用强弱：控制作用强弱： 对一个具体比例控制器，放大倍数对一个具体比例控制器，放大倍数KP与

14、比例度与比例度成反比，成反比， KP 越大，越大，则越小，它将偏差（控制器的输入）放大的能则越小，它将偏差（控制器的输入）放大的能力越强，这种放大能力称为控制作用的强弱。反之越弱。力越强，这种放大能力称为控制作用的强弱。反之越弱。 即即KP 越大，表示控制作用越强，而越大，表示控制作用越强，而越大，表示控制作用越大，表示控制作用越弱。越弱。2.2比例控制比例控制左下图为简单水槽的比例控制系统的过渡过程。左下图为简单水槽的比例控制系统的过渡过程。 图图4-7 4-7 简单水槽的比例控制过程简单水槽的比例控制过程液位开始下降液位开始下降作用在控制阀上的信作用在控制阀上的信号号进水量增加进水量增加偏

15、差的变化曲线偏差的变化曲线在在t=tt=t0 0时，系统外加一个干时，系统外加一个干扰作用扰作用（1 1）比例控制的优缺比例控制的优缺点：点：优点是反应快，优点是反应快，控制及时；即有偏差控制及时；即有偏差信号输入时，输出立信号输入时，输出立刻与它成比例地变化，刻与它成比例地变化，偏差越大，输出的控偏差越大，输出的控制作用越强。制作用越强。缺点缺点: :系统有余差。系统有余差。图图4-8 4-8 比例度对过渡过程的影响比例度对过渡过程的影响（2）比例度与系统的稳定性关系比例度与系统的稳定性关系： 越小，系统控制越强，只能说明控制是及时，并越小，系统控制越强，只能说明控制是及时，并不能说明不能说

16、明 越小越好。越小越好。从比例度对过渡过程的影响可得出：从比例度对过渡过程的影响可得出： 小于临界值时，系统过渡过程为发散振荡，系统不稳定；小于临界值时，系统过渡过程为发散振荡，系统不稳定； 等于临界值时，系统的过渡过程为等幅振荡，系统处于等于临界值时，系统的过渡过程为等幅振荡，系统处于稳定与不稳定之间；稳定与不稳定之间； 适当时，系统的过渡过程为衰减振荡，适当时，系统的过渡过程为衰减振荡，系统稳定；系统稳定； 太大时，系统的过渡过程为非周期振荡，系统较稳定。太大时，系统的过渡过程为非周期振荡，系统较稳定。 总之：总之： 越大，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大。越大，过渡过程曲线越平稳，但余差

17、也越大。2.2比例控制比例控制（3 3） 最佳取值：最佳取值：如果对象的如果对象的滞后较小（滞后较小（/T/T）、时间常数较时间常数较大以及放大倍数较小大以及放大倍数较小时，控制器的时，控制器的 可以选小些，以提高系统可以选小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。之，比例度就要选大些以保证稳定。 参参考考资资料料讨论：被控对象的放大倍数讨论：被控对象的放大倍数 它是对象的静态参数，对象放大倍数较大时，它是对象的静态参数，对象放大倍数较大时，即对象的输出信号的变化量与输入信号（操纵变量

18、）即对象的输出信号的变化量与输入信号（操纵变量）的变化量之比是比较大。的变化量之比是比较大。 如果对象的放大倍数较小时，控制器的比例如果对象的放大倍数较小时，控制器的比例度应选择小点。会让系统曲线会更好，控制质量更度应选择小点。会让系统曲线会更好，控制质量更高。高。 例如，水槽的液位控制系统中，水槽的直径有两种：例如，水槽的液位控制系统中，水槽的直径有两种： 1 1、 直径为直径为1 1米：米： 水槽的放大倍数较大；对象的液位变化水槽的放大倍数较大；对象的液位变化较灵敏，系统灵敏度也较高（过渡过程基较灵敏，系统灵敏度也较高（过渡过程基本是衰减振荡过程或等幅衰减振荡过程）本是衰减振荡过程或等幅衰

19、减振荡过程）； 如果此时让控制器的比例度设置较小，即是控制器的如果此时让控制器的比例度设置较小，即是控制器的放大倍数选择较大，这样会让原较灵敏的系统对干扰更加放大倍数选择较大，这样会让原较灵敏的系统对干扰更加敏锐，更有可能让系统振荡而不稳定，出现发散型振荡。敏锐，更有可能让系统振荡而不稳定，出现发散型振荡。 2 2、直径为、直径为1010米：米： 水槽的放大倍数相对较小；对象的液位变化相对较迟水槽的放大倍数相对较小；对象的液位变化相对较迟缓，系统的灵敏度相对来说也较低（过渡过程基本是非周缓，系统的灵敏度相对来说也较低（过渡过程基本是非周期衰减振荡过程）；期衰减振荡过程）； 如果让控制器的比例度

20、设置较小，即是控制器的放大倍如果让控制器的比例度设置较小，即是控制器的放大倍数选择较大，这样会让原不灵敏的系统更加灵敏，让系统数选择较大，这样会让原不灵敏的系统更加灵敏，让系统更加稳定，出现衰减振荡过程。更加稳定，出现衰减振荡过程。2.3 积分控制积分控制一、积分控制规律及其特点一、积分控制规律及其特点 当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。础上，再加上能消除余差的积分控制作用。 edtKpI 积分控制作用的输出变化量积分控制作用的输出变化量p与输入与输入偏差偏差e的积分成正比，即的积分成正比，即 （4

21、-74-7）AtKedtKpII当输入偏差是常数当输入偏差是常数A A时时积分控制器特性积分控制器特性2.3积分控制积分控制 对式对式 (4-7)(4-7)微分微分, ,可得可得eKdtdpI2.3积分控制积分控制 二、比例积分控制规律与积分时间二、比例积分控制规律与积分时间比例积分控制规律可用下式表示比例积分控制规律可用下式表示 edtKeKpIp（4-84-8）图图4-10 4-10 比例积分控制规律比例积分控制规律 积分控制的控制作用是随时间积累才逐渐增强的，所积分控制的控制作用是随时间积累才逐渐增强的，所以控制动作缓慢，会出现控制不及时，因此常把比例与以控制动作缓慢，会出现控制不及时，

22、因此常把比例与积分组合起来，控制及时，同时消除余差。积分组合起来，控制及时，同时消除余差。2.3积分控制积分控制IIKT1积分时间积分时间TI则则edtTeKpIp1（4-94-9）AtTKAKpppIppIP若偏差是幅值为若偏差是幅值为A A的阶跃干扰的阶跃干扰PppIPpAKAKppp2在时间在时间t = TI时，有时，有2.3积分控制积分控制三、积分时间对系统过渡过程的影响三、积分时间对系统过渡过程的影响积分时间积分时间T TI I越小，积分速度越小，积分速度K KI I越大，积分作用越强。反之，积分时间越大，越大，积分作用越强。反之，积分时间越大，积分作用越弱。若积分时间无穷大，就没有

23、积分作用，成为纯比例控制器。积分作用越弱。若积分时间无穷大，就没有积分作用，成为纯比例控制器。积分时间对过渡过程的影响此图是比例积分控制规律 当缩短积分时间当缩短积分时间, ,加强积分加强积分控制作用时控制作用时, ,一方面克服余差一方面克服余差的能力增加。另一方面会使过的能力增加。另一方面会使过程振荡加剧程振荡加剧, ,稳定性降低。积稳定性降低。积分时间越短分时间越短, ,振荡倾向越强烈振荡倾向越强烈, ,甚至会成为不稳定的发散振荡。甚至会成为不稳定的发散振荡。 图图4-11 4-11 积分时间对过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响 2.3积分控制积分控制比例积分控制器对于多数系统都可采用

24、，比例积分控制器对于多数系统都可采用，两个参数均可调整。两个参数均可调整。 当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；也较大； 负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作用不及时，此时可增加微分作用。作用不及时，此时可增加微分作用。在工程上，一般是先确定好了一个大约的比例度，然后保持比例度不变情况在工程上，一般是先确定好了一个大约的比例度，然后保持比例度不变情况下，加积分作用，特别是积分应从积分时间较大开始，逐步减小积分时间。下，加积分作用，特别是积分应从积分时间较大开始，逐步减小积分时间。积

25、分时间积分时间的从小到的从小到大的变化大的变化过渡过程品质指标过渡过程品质指标变化趋势变化趋势最大偏差（超调量）最大偏差（超调量）减小减小振荡周期振荡周期减小减小衰减比衰减比保持不变保持不变余差余差增大增大系统稳定性系统稳定性增加增加2.4微分控制微分控制一、微分控制规律及其特点一、微分控制规律及其特点dtdeTpD（4-10）微分控制规律特点：只要出现变化趋势，马上就进行控制，微分控制规律特点：只要出现变化趋势，马上就进行控制，所以它具有超前控制能力。所以它具有超前控制能力。但是输出不能反映大小，即使偏但是输出不能反映大小，即使偏差再大，微分作用出没有输出。所以不能单独使用。差再大，微分作用

26、出没有输出。所以不能单独使用。2.4微分控制微分控制二、比例微分控制系统的过渡过程二、比例微分控制系统的过渡过程dtdeTeKpppDpDP当比例作用和微分作用结合时当比例作用和微分作用结合时, ,构成比例微分控制规律构成比例微分控制规律（4-114-11） 比例微分控制器的输出比例微分控制器的输出p等等于比例作用的输出于比例作用的输出pP与微分作与微分作用的输出用的输出pD之和。改变比例度之和。改变比例度( (或或Kp) )和微分时间和微分时间 TD分别可以分别可以改变比例作用的强弱和微分作改变比例作用的强弱和微分作用的强弱。用的强弱。 说明：说明：比例微分控制器特性比例微分控制器特性2.4

27、微分控制微分控制图图4-14 4-14 微分时间对过渡过程的影响微分时间对过渡过程的影响此图是比例微分控制规律 微分作用具有抑制振荡的微分作用具有抑制振荡的效果，可以提高系统的稳定效果，可以提高系统的稳定性性, ,减少被控变量的波动幅减少被控变量的波动幅度度, ,并降低余差。并降低余差。微分作用也不能加得过大。微分作用也不能加得过大。T TD D太大时，系统振荡加剧，太大时，系统振荡加剧，但其振荡的幅度不大，可是但其振荡的幅度不大，可是频率较高；频率较高；T TD D太小时，微分太小时，微分作用不明显。只有作用不明显。只有T TD D适当时，适当时，系统才比较平衡。系统才比较平衡。 微分控制具

28、有微分控制具有“超前超前”控控制作用。制作用。 2.4微分控制微分控制四、比例积分微分控制四、比例积分微分控制 同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为为。dtdeTedtTeKppppDIpDIP1（4-124-12）2.4微分控制微分控制 PID控制器输出特性 比例度比例度、积分时间、积分时间 TI和和微分时间微分时间 TD。三个可调参数适用场合 对象滞后较大、负荷变化对象滞后较大、负荷变化较快、不允许有余差的情况。较快、不允许有余差的情况。 控制规律 比例控制、积分控制、微比例控制、积分控制、微分控制。分控制。例题分析例题分析 1.1

29、.目前目前, ,在化工生产过程中的自动控制系统在化工生产过程中的自动控制系统, ,常用控制器的控常用控制器的控制规律有位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制规律有位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。试综述它们的特点及使用场合。制和比例积分微分控制。试综述它们的特点及使用场合。列表分析如下:（a）（b）（c）（d）控制控制规律规律输入输入e e与输与输出出p(p(或或p p) )的关系式的关系式阶跃作用下阶跃作用下的响应（阶的响应（阶跃幅值为跃幅值为A A）优缺点优缺点适用场合适用场合位式位式P=pP=pmaxmax(e0)(e0)P=pP=pminmin(

30、e0)(e0)结构简单结构简单 ; ;价价格便宜格便宜 ; ;控制控制质量不高质量不高 ; ;被被控变量会振荡控变量会振荡 对象容量大对象容量大 , ,负荷变化负荷变化小小 , ,控制质量要求不控制质量要求不高高 , ,允许等幅振荡允许等幅振荡 比例比例（P P）p=Kp=Kc ce e(a)(a)图图结构简单结构简单 ; ;控控制及时制及时 ; ;参数参数整定方便整定方便 ; ;控控制结果有余差制结果有余差 对象容量大对象容量大 , ,负荷变化负荷变化不大、纯滞后小不大、纯滞后小 , ,允许允许有余差存在有余差存在 , ,例如一些例如一些塔釜液位、贮槽液位、塔釜液位、贮槽液位、冷凝器液位和次

31、要的蒸冷凝器液位和次要的蒸汽压力控制系统等汽压力控制系统等 比例比例积分积分PIPI式式(1)(1)(b)(b)图图能消除余差能消除余差 ; ;积分作用控制积分作用控制缓慢缓慢 ; ;会使系会使系统稳定性变差统稳定性变差 对象滞后较大对象滞后较大 , ,负荷变负荷变化较大化较大 , ,但变化缓慢但变化缓慢 , ,要求控制结果无余差。要求控制结果无余差。此种规律广泛应用于压此种规律广泛应用于压力、流量、液位和那些力、流量、液位和那些没有大的时间滞后的具没有大的时间滞后的具体对象体对象 控制控制规律规律输入输入e e与输与输出出p(p(或或p p) )的关系式的关系式阶跃作用下阶跃作用下的响应（阶

32、的响应（阶跃幅值为跃幅值为A A）优缺点优缺点适用场合适用场合比例比例微分微分PDPD式式(2)(2)(c)(c)图图响应快、偏差响应快、偏差小、能增加系小、能增加系统稳定性统稳定性; ;有有超前控制作用超前控制作用, ,可以克服对象可以克服对象的惯性的惯性; ;控制控制结果有余差结果有余差对象滞后大对象滞后大, ,负荷变化负荷变化不大不大, ,被控变量变化不被控变量变化不频繁频繁, ,控制结果允许有控制结果允许有余差存在余差存在 比例比例积分积分微分微分PIDPID式式(3)(3)(d)(d)图图控制质量高控制质量高; ;无余差无余差; ;参数参数整定较麻烦整定较麻烦 对象滞后大对象滞后大;

33、 ;负荷变化负荷变化较大较大, ,但不甚频繁但不甚频繁; ;对控对控制质量要求高。例如精制质量要求高。例如精馏塔、反应器、加热炉馏塔、反应器、加热炉等温度控制系统及某些等温度控制系统及某些成分控制系统成分控制系统 例题分析例题分析edtTeKpIp1（1 1）dtdeTeKpDp（2 2）dtdeTedtTeKpDIp1（3 3）例题分析例题分析 2.2.对一台比例积分控制器作开环试验。已知对一台比例积分控制器作开环试验。已知Kp=2，TI= 0.5min。若输入偏差如图所示。若输入偏差如图所示, ,试画出该控制器的输出信试画出该控制器的输出信号变化曲线。号变化曲线。输入偏差信号变化曲线例题分

34、析例题分析对于对于PIPI控制器控制器, ,其输入输出的关系式为其输入输出的关系式为edtTeKpIp1eKppp 将输出分为比例和积分两部分将输出分为比例和积分两部分, ,分别画出后再叠加分别画出后再叠加就得到就得到PIPI控制器的输出波形。比例部分的输出为控制器的输出波形。比例部分的输出为当当Kp = 2时时, ,输出波形如图输出波形如图 (a)(a)所示。所示。积分部分的输出为积分部分的输出为edtTKpIpI例题分析例题分析输出曲线图edtpI4当当Kp = 2 , TI = 0. 5min时时31430244dtdtpI3184dtpI 在在t=01min期间期间, ,由于由于e=0

35、 , ,故输出为故输出为0 0。在。在t=13min期间期间, ,由于由于e=1, ,所以所以t=3min时时, ,其输出其输出 在在t=34min期间期间, ,由于由于e=-2, ,故故t=4min时时, ,其积分总输出其积分总输出 故故pI输出波形如图输出波形如图 (b)所示。所示。 将图将图 (a)、(b)曲线叠加曲线叠加, ,便可得到便可得到PI控制器的输控制器的输出出, ,如图如图 (c)所示。所示。 3.3.某台某台DDZ-IIIDDZ-III型比例积分控制器，比例度为型比例积分控制器，比例度为100%100%，积分，积分时间为时间为2min2min。稳态时，输出为。稳态时，输出为

36、5mA5mA。某瞬间，输入突然增加。某瞬间，输入突然增加了了0.2mA0.2mA，试问经过，试问经过5min5min后，输出将为多少后，输出将为多少mAmA？解：对于解：对于DDZ-III型控制器输入和输出范围相同，均为型控制器输入和输出范围相同，均为4-20mA，比例，比例系数系数KP=1/=1。根据根据 得得I0=0.7mA 即输出将由即输出将由5mA变为变为5.7mA。edtTeKpIp1 4.4.某台某台DDZ-IIIDDZ-III型比例积分控制器，比例度为型比例积分控制器，比例度为200%200%，稳态，稳态时，输出为时，输出为5mA5mA。某瞬间，输入突然增加了。某瞬间，输入突然增

37、加了0.5mA0.5mA，经过，经过30s30s后，输出由后，输出由5mA5mA变为变为6mA6mA，试问该控制器的积分时间为多少？，试问该控制器的积分时间为多少？解：对于解：对于DDZ-III型控制器输入和输出范围相同，均为型控制器输入和输出范围相同，均为4-20mA，比例系数，比例系数KP=1/=0.5。根据根据积分时间积分时间T TI I=10s=10s edtTeKpIp1第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器一、概述一、概述模拟式控制仪表所传送的信模拟式控制仪表所传送的信号形式为连续的模拟信号。号形式为连续的模拟信号。基 本基 本结构结构比较环节比较环节反馈环节反馈环节放大器放大器基

38、本功能基本功能第三节第三节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表二、二、DDZ-型电动控制器型电动控制器 电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。故障。 本信号制的电流本信号制的电流- -电压转换电阻为电压转换电阻为250250。 由于联络信号为由于联络信号为1 15V 5V DC，可采用并联信号制，因此，可采用并联信号制，因此干扰少，连接方便。干扰少，连接方便。第三节第三节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表 由于集成运算放大器均为差分放大器，由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。性得到提高。 由于集成运算放大器有高增益，因而由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得开环放大倍数很高，这使仪表的精