对象特性及建模

1、第第2章章 控制系统基本组成环节特性分析控制系统基本组成环节特性分析控制规律及其对过渡过程的影响控制规律及其对过渡过程的影响 控制系统的运行质量在很大程度上决定控制系统的运行质量在很大程度上决定于控制器的性能，即控制规律的选取。于控制器的性能，即控制规律的选取。 位式控制位式控制 比例控制比例控制 积分控制积分控制 微分控制微分控制控制规律及其对过渡过程的影响控制规律及其对过渡过程的影响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。 xzeefp即 经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。 控制规律及其对过渡过程的影响控制规律及其

2、对过渡过程的影响 位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）。 位式控制位式控制n双位控制双位控制00,)0(0,minmaxeepeepp或或理想的双位控制器其输出p与输入偏差额e之间的关系为 理想双位控制特性 双位控制示例 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。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降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。 实际的双位控制规律 具有中间区的双位控制过程位式控制位式控制位式控制位式控制双位控制过程中一般采用振幅与周期作

3、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，使周期长些比较有利。 双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍。位式控制位式控制 三位控制对系统的控制效果较好，但会使控制装置的复杂程度增加。 三位控制器特性图 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生持续的等幅振荡过程，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，从而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。 水槽液位控制 比例控制比例控制eKpCn 一、比例控制规律及其特点比例控制器KCep 比例控制器 简单

4、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 比例控制比例控制pbeaeKeabpC 比例控制比例控制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。 n 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maxminmaxmin/100%euxxuue为输入变化量， u为输出变化量 比例控制比例控制举例一只比例作用的电动温度控制器,它的量程是 100200,电动控制器的输出是010mA ,假如当指示值从140变化到160时,相应的控制器输出从3mA变化到8mA ,这时的比例度为为 %40%100010/3810

5、0200/140160 比例控制比例控制 比例度与输入输出的关系maxminmaxmin1() 100%CuuKxx即maxminmaxmin() 100%uueuxx将上式改写后得maxminmaxminuuKxx 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,令 比例控制比例控制对一只控制器来说， K是一个固定常数。%100CKK连立上2式子 ，得CuKe而 KC值与值与 值都可以用来表示值都可以用来表示比例控制作用的强弱。比例控制作用的强弱。%1001CK在单元组合式仪表中 比例控制比例控制简单水槽的比例控制系统的过渡过程。简单水槽的比例控制系统的过渡过程。 简单水槽

6、的比例控制过程液位开始下降作用在控制阀上的信号进水量增加偏差的变化曲线 比例度对过渡过程的影响P38在t=t0时，系统外加一个干扰作用 比例控制比例控制：反应快，控制及时：存在余差 若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，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。反之，比例度就要选大些以保证稳定。 结论结论 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 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。 IuKedt 积分控制作用的输出变化量u与输入偏差的变化量e的积分成正比，即 积分控制规

7、律第三节第三节 积分控制积分控制 积分控制积分控制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比例积分控制规律可用下式表示 edtKeKpIC 比例积分控制规律 积分控制积分控制IKT1由于则edtTeKpIC1AtTKAKpppICCIP若偏差是幅值为A的阶跃干扰PCCCIPpAKAKAKppp2在时间t = TI时，有 积分控制积分控制积分时间对系统过渡过程的影响积分时间对系统过渡过程的影响 积分时间对过渡过程的影响 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

8、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。 微分控制微分控制比例积分控制器对于多数系统都可采用，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、最大偏差也当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；较大； 负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作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。用不及时，此时可增加微分作用。 微分控制微分控制微分控制规律及其特点微分控制规律及其

9、特点 微分控制的动态特性dtdeTpD 微分控制微分控制实际的微分控制规律及微分时间实际的微分控制规律及微分时间在偏差存在但不变化时,微分作用都没有输出。 实际微分控制规律是由两部分组成：比例作用与近似微分作用，其比例度是固定不变的，恒等于100%，所以认为：实际的微分控制器是一个比例度为 100%的比例微分控制器。 微分控制微分控制 微分时间TD是表征微分作用强弱的一个重要参数，它决定了微分作用的衰减快慢，且它是可以调整的。tTKDDDDeKAp1在t = T时,整个微分控制器的输出为1368. 0DTKAAp1368. 011DDDKAeKApDDKTT 假定则 微分控制微分控制比例微分控

10、制系统的过渡过程比例微分控制系统的过渡过程dtdeTeKpppDCDP当比例作用和微分作用结合时,构成比例微分控制规律 比例微分控制器的输出比例微分控制器的输出p等于比例作用的输出等于比例作用的输出pP与微分作用的输出与微分作用的输出pD之和。改变比例度之和。改变比例度(或或KC) )和微和微分时间分时间 TD分别可以改变比例作用的强弱和微分作用的分别可以改变比例作用的强弱和微分作用的强弱。强弱。 说明：说明： 微分控制微分控制 微分时间对过渡过程的影响 微分作用具有抑制振荡的效果，可以提高系统的稳定性,减少被控变量的波动幅度,并降低余差。微分作用也不能加得过大。 微分控制具有“超前”控制作用

11、。 微分控制微分控制比例积分微分控制比例积分微分控制 同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为。dtdeTedtTeKppppDICDIP1 微分控制微分控制 PID控制器输出特性 比例度、积分时间 TI和微分时间 TD。三个可调参数适用场合 对象滞后较大、负荷变化较快、不允许有余差的情况。 控制规律 比例控制、积分控制、微分控制。例题分析例题分析 1.目前,在化工生产过程中的自动控制系统,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）控制规律输入e与输出p(或p)的关系式阶跃作

12、用下的响应（阶跃幅值为A）优缺点适用场合位式P=pmax(e0)P=pmin(e0)结构简单 ;价格便宜 ;控制质量不高 ;被控变量会振荡 对象容量大 ,负荷变化小 ,控制质量要求不高 ,允许等幅振荡 比例（P）p=KCe(a)图结构简单 ;控制及时 ;参数整定方便 ;控制结果有余差 对象容量大 ,负荷变化不大、纯滞后小 ,允许有余差存在 ,例如一些塔釜液位、贮槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽压力控制系统等 比例积分PI(b)图能消除余差 ;积分作用控制缓慢 ;会使系统稳定性变差 对象滞后较大 ,负荷变化较大 ,但变化缓慢 ,要求控制结果无余差。此种规律广泛应用于压力、流量、液位和那些没有大的时间滞后的具体对象 控制规律输入e与输出p(或p)的关系式阶跃作用下的响应