自动化专业英语教程二一

自动化专业英语教程教学课件July28,2007P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器AP控制器和PI控制器

1.课文内容简介：主要介绍《过程控制系统》中比例控制器和比例-积分控制器的工作原理、作用、传递函数和各自的优、缺点。并以图解的方式形象地说明比例系数和积分常数发生变化时对控制输出的影响。2.温习《过程控制系统》中有关比例积分控制的内容。3.生词与短语P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器calibrationn.校准，检查fractionn.分数，小数offsetn.静差ultimateadj.临界的weightn.权resettime复位时间resetrate复位速率P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器4.难句翻译[1]Proportionalonlycontrollershavetheadvantageofonlyonetuningparameter,Kc.纯比例控制器的优点是只需整定一个参数Kc。[2]Also,fromEq.(5-3A-6)wenotethataslongastheerrortermispresent,thecontrollerwillkeepchangingitsoutput,therebyintegratingtheerror,toremovetheerror.从式(5-3A-6)中，我们注意到只要误差项存在，控制器就会不断改变其输出，从而通过对误差积分来消除误差。5.参考译文P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器AP控制器和PI控制器为了维持参考点，反馈控制器做出决定的方法是通过在被控量与参考点差别的基础上，计算输出。在本单元中，我们将通过描述其操作的公式着眼于最普通的控制器。比例控制器(P)除了在这里不考虑的开-断控制器，比例控制器是最简单的控制器，描述其操作的方程式如下：

(4-3A-1)

或(4-3A-2)

P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器式中控制器的输出，psig或mA

参考点，psig或mA

被控量，psig或mA，这是热敏电阻的信号。

误差信号，psig或mA，参考点与被控量的差别。控制器增益，或

偏差值，psig或mA，此值的意义在于它是误差为零时的输出，在中比例的刻度控制器中，此值通常被设定为9psig或12mA。因为输入与输出范围是相同的（315psig或420mA），输入信号和输出信号以及参考点有时候也可用分数或百分数来表示。可以有趣的看到等式（4-3A-1）描述的是一个反作用控制器。如果控制器变量

c(t)，超过参考点r(t)，误差变负，并且P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器等式表明控制器的输出

m(t)，下降。在数学上显示正作用控制器的一般方法是使控制器的增益Kc为负。然而，必须牢记，在工业控制器中没有负增益，只有正增益。反/正开关可以做到这一点。当做正作用控制器的控制系统的数学分析时，负增益Kc被使用。等式（4-3A-1）和等式（4-3A-2）表明控制器的输出正比于参考点和被控量间的误差。比例由控制器的增益Kc给出。此增益或控制器的灵敏度决定对于给定的误差变化，控制器输出的变化程度。如图4-3A-1所示。纯比例控制器的优点是只需整定一个参数Kc，然而，它有一个很大的缺点，就是用偏移量或“稳态误差”来操作被控量。为用图表表明此偏移量，考虑如图4-2B-2所示的液面控制回路，假设设计条件为和，再假设为了使出口阀超过150gpm，作用其上的空气压力为9psig。如果入口流量增加，纯比例控制器的系统的响应如图4-3A-2所示。控制器使被控量回到稳定值，但此值不是期望参考点。被控量的参考点和稳定值间的差别就是偏差。图4-3A-2显示了对应于两个不同整定P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器图4-3A-1控制器增益对控制器输出的作用图4-3A-2液面系统的响应P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器参数Kc的两条响应曲线，数据表明Kc值越大，偏差越小，但过程响应越振荡。然而，对于大多数过程，Kc有最大值，超过此最大值，过程将不稳定。增益最大值的计算我们称之为极限增益Kcu。为得到纯比例控制器的传递函数，等式（4-3A-1）写成定义如下的两个偏差量：

(4-3A-3)

(4-3A-4)那么用拉普拉斯变换得到如下的传递函数：P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器简单的说，纯比例控制器是仅有一个整定参数的最简单Kc或PB的控制器。此控制器的缺点是在控制器变量中用偏差操作。在象调压槽似的一些过程中，可能不会有严重的后果。在过程被控制在参考点上下范围内的情况下，纯比例控制器就足够了。然而，在过程必须控制在参考点的情况下，纯比例控制器就不能提供满意的控制。比例-积分控制器(PI)大多数的过程不能用偏差控制，也就是说，它们必须被控制在参考点，在这些情况下，纯比例控制器中必须加入额外的信息以消除偏差，新的信息或新型控制是积分或复位作用，因此，控制器成为比例-积分控制器（PI）。等式描述如下：P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器或

(4-3A-6)

式中积分或复位时间，分钟/次因此，PI控制器有两个参数Kc和，这两个参数必须被调整以获得满意的控制。为了理解复位时间的物理意义，考虑如图4-3A-3所示的假设的例子。图4-3A-3比例-积分(PI)控制器对阶跃误差的响应P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器是控制器重复比例作用的时间，因此单位是分钟/次。值越小，响应曲线越陡，这就意味着控制器响应越快。解释这一点的另一种方法是查看等式（4-3A-6），值越小，积分前的项越大，因此，积分或复位作用的权越大。从式中，我们注意到只要误差项存在，控制器就会不断改变其输出，从而通过对误差积分来消除误差。记住，积分也意味着求和。为得到PI控制器的传递函数，式（4-3A-6）描述如下：

P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三单元课文AP控制器和PI控制器利用式（4-3A-3）和（4-3A-4）给出的偏差的相同的定义，采用拉普拉斯变换，重新排列得到：总之，比例-积分控制器有两个参数：增益或比例带，复位时间或复位速率。此类控制器的优点是积分或复位作用消除偏差。P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三单元课文BPID控制器和其它控制器BPID控制器和其它控制器1.课文内容简介：主要介绍《过程控制系统》中比例-积分-微分控制器的工作原理、作用、传递函数和控制特点。并以“预测误差变化”的说法形象地揭示了微分控制器的作用，特别说明了比例-微分控制器有增大比例系数的作用。最后特别指出比例系数、积分常数、微分常数之间是互相影响的。2.温习《过程控制系统》中有关比例积分微分控制的内容。3.生词与短语P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三单元课文BPID控制器和其它控制器preactv.;n.超前；提前修正量susceptiveadj.对……敏感的；易受……影响的leadn.超前lagn.滞后discreteadj.离散的；分离的getaround回避，躲开detrimentaladj.不利的P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三单元课文BPID控制器和其它控制器4.难句翻译

[1]PIDcontrollersarerecommendedforlongtimeconstantloopswhicharefreeofnoise.PID控制器适用于不易受噪声干扰的具有长时间常数的环路系统。 [2]Afewothercommentsoncontrollersareinorderbeforeclosingthissection. 在结束这节之前，有必要再对控制器作一些说明。 beinorder完备的，适用的，适宜的，必要的[3]Theslopeoftherampispredeterminedbytheoperatingpersonnel.斜坡函数的斜率要由操作人员预先设定。P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三单元课文BPID控制器和其它控制器5.参考译文BPID控制器和其它控制器比例-积分-微分控制器(PID)有时候另一种控制加在了PI控制器上，这种新的控制是微分作用，也称为比率作用或超前。它的目的是预料过程率先查看误差变化的时间速率，即微分。描述等式如下：(4-3B-1)式中微分或比率，时间单位为分钟因此，PID控制器有三个参数Kc或PB,或和，必须整定这三个参数来达到满意的控制。注意：只有一个微分P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三单元课文BPID控制器和其它控制器整定参数，对于生产者，它有相同的单位：分钟。如上所述，微分作用是通过误差求导，使控制器具有预料过程变化，也就是说，“预测未来”的能力。“预料”的程度由整定值决定。

考虑如图4-2B-1所示的热交换器，并利用它通过“预料过程变化的地方”来阐明其意思。假设入口过程温度下降了一些，出口温度会如图4-3B-1所示的那样相应的下降。在时间ta，误差量是正值且可能很小，因此，由PI提供的控制修正量很小。然而，误差的微分、误差曲线的斜度是大的和正的，使得微分提供的控制修正量很大。通过查看误差微分，控制器就可知被控量率图4-3B-1热交换器控制P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三单元课文BPID控制器和其它控制器先相当快的远离参考点。因此可利用这个事实来帮助控制。在时间tb误差依然是正的且必以前更大，由比例积分提供的控制更正量的大小也比以前的大，且仍然加到控制器的输出来更大的打开蒸汽阀门，然而，在这个时刻的是误差微分是负的，表明误差正在减小，也就是说，被控量开始下降到参考点。再次利用这个事实可知，自从误差开始下降后，微分的作用开始从其他两种形式中下降，通过这一点，过程将花费较长的时间返回到参考点，然而，在参考点上下的超调和振荡下降。PID控制器应用于长时间常数的系统中，典型的例子是温度浓缩回路，短时间常数（小电容）的过程很快且易受噪声干扰。此过程的典型例子是流量回路和控制液体流压力的回路。考虑如图4-3B-2所示的流量记录，图4-3B-2流量回路记录P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三单元课文BPID控制器和其它控制器由于快速变换的噪声的微分数值很大，因此微分形式的应用仅仅造成了噪声的放大。长时间常数的过程（大电容）通常是衰减的，因此不易受噪声的干扰。然而，注意：你可能有一个长时间常数的过程，例如带有噪声热敏电阻的温度回路，在这种情况下，应用PID控制器前必须安装热敏电阻。式（4-3B-1）整理后得到“理想”PID控制器的传递函数如下：利用式（4-3A-3）和式（4-3A-4）给出的微分变量的相同的定义，采用拉普拉斯变换，整理得到：传递函数被称为“理想的”是因为在实际中此微分计算不可能获得的。用超前/滞后近似微分得到“实际的”传递函数为：P4馆U3矛B坏P呼ID丽C释on河tr摆ol税le义rs希a见nd再O找th任er辱C蛙on击tr钢ol撞le枪rs第四须部分换第三殊单元尿课文B押P羡ID控制器福和其它站控制器(4东-3畅B-验2)典型值卵范围是0.0缎5到0.纲1。总之峡，PI神D控制触器有柱三个委整定蛋参数贺：增积益或脖比例益带、堵复位丧时间标或复英位速锯率和影速率毒时间好。额主定时销间或壳微分谣时间狗总以腥分钟宪为单默位。PI海D控制侮器适汇用于劳不易樱受噪兵声干赴扰的桑具有瓦长时粒间常货数的愉环路掏系统么。微衔分形粒式的仰优点滴是可弟以提洽供“袜查看饱过程载快速牧变化姿的地得方”俭的能惰力。比例-微分满控制我器(PD损)此类控号制器用狱于纯比绞例控制鸦器被应辉用但一接定程度日的“预狡料”被氧需要的滚过程中位。描述救公式如拳下：P4隔U3虽B速P话ID聋C姨on掌tr遍ol竞le迷rs亚a勺nd慎O贪th秀er劝C窗on花tr也ol跃le来rs第四间部分随第三博单元沃课文B狂P见ID控制过器和狡其它晨控制住器“理腐想的彻”传旁递函把数是评：PD控制督器的批缺点捉是用秧被控洒量偏齿差来控操作闷，只泊有积占分作晋用能示够消晋除偏忽差。洗然而包，在除相同糕的回熊路中难，PD控制灾器能翅够获虏得比渔纯比条例控零制器郊更高柿的增逼益，牧从而蹲可造临成更扮小的圣偏差。数字控润制器和浙其它说枝明如前所技述，式渐（4-拒3B千-2）是宅工业净模拟趋控制宿器的汁传递烘函数讨，然染而，或数字脆控制聪器是初式（4-玻3B务-1）的殿离散劫形式龄。整愚定数框字控叹制器嫂的方传法与攀整定暑模拟记控制摇器的贿方法辫差别肉不大砖。在递结束钱这节纺之前酷，有监必要记再对摸控制躁器作验一些减说明离。式喊（4-3凭B-1）表梅明在柿任何胶时候芦，增反益侵都扁是变沙化的找，这殿将影史响积购分和服微分熊作用画，因观为壤和核必须概变换姨以适协应Kc的变镜换。晨所有供的模忠拟控净制器尚都是浸这种湖类型帐，有山时候巷其被蜻指定爹为“花相互牢作用抄控制逃器”传。大联部分震基于怜微处扯理器婆的控送制器宇也是镇这种脂类型招。然馆而也谅有一粒些控奴制器崇用一筐个术行语KI来替烛代Kc/，用KD替代Kc以避集免这定个问梅题，蛇这就资意味斧着三颤个整鼓定参地数是P4佣U3味B崖P摸ID崇C复on临tr臣ol蛾le吴rs混a幅nd旁O陡th约er划C暗on吼tr债ol硬le吨rs第四方部分柱第三血单元误课文B赴PID控制器耻和其它卫控制器Kc、KI和KD。最后算的说明厉是有关株微分作扬用的内电容。改蔑变控制拒器参考破点的典璃型方法蛋是通过颜如图4-3度B-3餐a所示的器变化而用引出的皂方法。厉当此种尖情况发兔生时，扣误差中赖引入节荐约变化滨。因为分控制器音采用的鉴是误差桌微分，唱所以此仁微分在庭控制器蚂输出中在会产生销一突然弄变化，匠如图4-惜3B高-3华c所示。状控制器裤输出中对的变化等是不必粗要的，专并且可影能对过缩慧程操作