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文档简介
Controlinstrumentsandon-offcontrollaws控制仪表及位式控制规律控制仪表及位式控制规律Controlinstrumentsandon-offcontrollaws谢聪XieCong主讲教师Teacher理解掌握控制仪表的使用方法Understandandmastertheuseofcontrolinstruments控制仪表及位式控制规律Controlinstrumentsandon-offcontrollaws有效地运用位式控制规律Effectivelyapplyon-offcontrollawsCaseImport案例导入冬天用空调取暖时,设定好26℃,空调会先全力制热,等室温达到这个温度,它就悄悄停下来;可过一会儿温度降了点,它又立马启动继续工作。Whenusinganairconditionerforheatinginwinter,aftersettingitto26℃,theairconditionerwillfirstbeoperatedatfullcapacityforheating.Oncetheroomtemperaturereachesthissetting,itwillbequietlystopped;however,ifthetemperaturedropsabitafterawhile,itwillbeimmediatelystartedagaintocontinueworking.CaseImport案例导入冬天用空调取暖时,设定好26℃,空调会先全力制热,等室温达到这个温度,它就悄悄停下来;可过一会儿温度降了点,它又立马启动继续工作。Whenusinganairconditionerforheatinginwinter,aftersettingitto26℃,theairconditionerwillfirstbeoperatedatfullcapacityforheating.Oncetheroomtemperaturereachesthissetting,itwillbequietlystopped;however,ifthetemperaturedropsabitafterawhile,itwillbeimmediatelystartedagaintocontinueworking.控制仪表Controlinstruments位式控制规律On-offcontrollawsControlinstruments控制仪表Controlinstruments控制仪表控制规律的定义Definitionofcontrollaws控制仪表又称控制器或调节器,其作用是把被控参数的测量值PV
和给定SV
进行比较,得出偏差
e
后,按一定的控制(或调节)规律进行运算,输出控制信号MV,以推动执行器动作,实现对生产过程的自动控制。Controlinstruments,alsoknownascontrollersorregulators,functionbycomparingthemeasuredvaluePVofthecontrolledparameterwiththesetvalueSVtoobtainthedeviation
e
andthenperformingcalculationsaccordingtoacertaincontrol(orregulation)lawtooutputacontrolsignalMV.Thissignaldrivestheactuatortoachieveautomaticcontroloftheproductionprocess.Controlinstruments控制仪表控制仪表分类Classificationofcontrolinstruments按工作能源可分为Canbeclassifiedaccordingtoworkingenergy电动仪表Electricinstruments以AC220V或DC24V作为工作能源,其输入输出信号均采用DC0~10mA/DC0~10V或DC4~20mA/DC1~5V的标准信号。TheseuseAC220VorDC24Vfortheworkingenergysource,withinputandoutputstandardsignalsofDC0-10mA/DC0-10VorDC4-20mA/DC1-5V.Controlinstruments控制仪表控制仪表分类Classificationofcontrolinstruments按工作能源可分为Canbeclassifiedaccordingtoworkingenergy气动仪表Pneumaticinstruments以140kPa的气压信号作为工作能源,其输入输出信号均采用20~100kPa的标准气压信号。Theseuseapneumaticsignalof140kPafortheworkingenergysource,withinputandoutputstandardpneumaticsignalsof20-100kPa.Controlinstruments控制仪表控制仪表分类Classificationofcontrolinstruments按工作能源可分为Canbeclassifiedaccordingtoworkingenergy自力式仪表Self-poweredinstruments不需要专门提供工作能源。Thesedonotrequirethededicatedworkingenergysource.hhQ1Q1Q2液位控制/调节器Levelcontroller/regulatorQ₁:流入量Q1:inflowrateQ2:流出量Q2:outflowrateh:液位高度h:liquidlevelheightOn-offcontrollaws位式控制规律On-offcontrollaws位式控制规律基本控制规律及特点Basiccontrollawsandcharacteristics所谓控制规律是指控制器的输出值MV(ManipulationValue)与输入偏差e之间的关系。Theso-calledcontrollawreferstotherelationshipbetweenthecontroller'soutputvalueMV(ManipulationValue)andtheinputdeviatione.
MV=f(e)
控制器的输入信号e
由变送器送来的测量值PV(ProcessValue)和设定值SV(SettingValue)比较得出Thecontroller'sinputsignaleisobtainedbycomparingthemeasuredvaluePV(ProcessValue)sentbythetransmitterwiththesetvalueSV(SetValue).e=PV–SVe=SV–PV或orOn-offcontrollaws位式控制规律控制规律Controllaws断续控制Discontinuouscontrol控制器输出接点信号Thecontrolleroutputscontactsignals
双位控制Two-positioncontrol
三位控制Three-positioncontrol连续控制ContinuouscontrolOn-offcontrollaws位式控制规律控制规律Controllaws断续控制Discontinuouscontrol控制器输出接点信号Thecontrolleroutputscontactsignals
双位控制Two-positioncontrol
三位控制Three-positioncontrol双位控制器只有两个输出值,对应的执行机构只有开和关两个极限位置,所以也被称为开关控制。Atwo-positioncontrollerhasonlytwooutputvalues,andthecorrespondingactuatorhasonlytwoextremepositions:onandoff.Therefore,two-positioncontrolisalsoknownason-offcontrol.连续控制Continuouscontrol控制器输出连续信号Thecontrolleroutputscontinuoussignals
比例(P)控制Proportional(P)control
比例积分控制(PI)Proportional-integralcontrol(PI)
比例微分控制(PD)Proportional-derivativecontrol(PD)
比例积分微分控制(PID)Proportional-integral-derivativecontrol(PID)On-offcontrollaws位式控制规律理想的双位控制器输出值MV
与输入偏差e
之间的关系:TherelationshipbetweentheoutputvalueMVofanidealtwo-positioncontrollerandtheinputdeviatione:e
≥0(或
e
<0)时Whene≥0(ore<0)MVmaxMV=MVmine
≤0(或
e
>
0)时Whene≤0(ore>0)MV有中间区的双位控制特性Characteristicsoftwo-positioncontrolwithanintermediatezoneMVmaxMVmine理想双位控制特性Characteristicsofidealtwo-positioncontrolMVmaxMVmineMVOn-offcontrollaws位式控制规律例:双位温度控制系统Example:Two-positiontemperaturecontrolsystem~进水Waterinlet出水Wateroutlet220VOn-offcontrollaws位式控制规律例:双位温度控制系统Example:Two-positiontemperaturecontrolsystem温度低于给定值时,温控器输出高电平,继电器闭合,加热器通电加热;Whenthetemperatureislowerthanthesetvalue,thetemperaturecontrolleroutputsahighlevel,therelayisclosed,andtheheaterispoweredonforheating;温度高于给定值时,温控器输出低电平,继电器断开,加热器断电。whenthetemperatureishigherthanthesetvalue,thetemperaturecontrolleroutputsalowlevel,therelayisopened,andtheheaterispoweredoff.~进水Waterinlet出水Wateroutlet220V温度给定值SettemperatureOn-offcontrollaws位式控制规律二位式控制器电路原理图Schematicdiagramoftwo-positioncontrollercircuit测量信号Measuredsignal给定信号Setsignal-++∞U0二位式控制是一种最简单的控制/调节器,根据被调量偏差e符号的正、负,输出MV只有两个位置,高电平或低电平,可以作为一个电气开关使用。Thetwo-positioncontrolleristhesimplestcontroller/regulator.Basedonthepositiveornegativesignofthedeviationeofthecontrolledvariable,theoutputMVhasonlytwopositions,highlevelorlowlevel.Therefore,itcanbeusedasanelectricalswitch.On-offcontrollaws位式控制规律双位控制效果Two-positioncontroleffecttMVTT0ttMVTT0t有中间区的双位控制效果Two-positioncontroleffectwithanintermediatezoneOn-offcontrollaws位式控制规律tMVTT0ttMVTT0t被控温度在T0
上下振荡,不能稳定在T0
。ThecontrolledtemperatureoscillatesaboveandbelowT0andcannotbestabilizedatT0.双位控制效果Two-positioncontroleffect有中间区的双位控制效果Two-positioncontroleffectwithanintermediatezoneOn-offcontrollaws位式控制规律三位控制Three-positioncontrol控制器有三个输出状态值,可以控制两个继电器。Thecontrollerhasthreeoutputstatevaluesandcancontroltworelays.测量信号Measuredsignal给定1Setsignal1-++∞U01-++∞U02给定2Setsignal2三位控制器电路原理图Schematicdiagramofthree-positioncontrollercircuitMVmaxMVmineMVe2e1关系曲线RelationshipcurveOn-offcontrollaws位式控制规律三位控制Three-positioncontrol控制器有三个输出状态值,可以控制两个继电器。Thecontrollerhasthreeoutputstatevaluesandcancontroltworelays.测量信号Measuredsignal给定1Setsignal1-++∞U01-++∞U02给定2Setsignal2三位控制器电路原理图Schematicdiagramofthree-positioncontrollercircuitMVmaxMVmineMVe2e1关系曲线RelationshipcurveOn-offcontrollaws位式控制规律三位控制Three-positioncontrol控制器有三个输出状态值,可以控制两个继电器。Thecontrollerhasthreeoutputstatevaluesandcancontroltworelays.测量信号Measuredsignal给定1Setsignal1-++∞U01-++∞U02给定2Setsignal2三位控制器电路原理图Schematicdiagramofthree-positioncontrollercircuitMVmaxMVmineMVe2e1关系曲线RelationshipcurveOn-offcontrollaws位式控制规律例:温度三位控制系统Example:Temperaturethree-positioncontrolsystem温度低于T1时,温控器使继电器1、2都吸合,加热器1、2都通电加热;WhenthetemperatureislowerthanT1,thetemperaturecontrollermakesbothrelay1andrelay2beclosed,andbothheater1andheater2arepoweredonforheating;温度高于T1低于T2时,温控器使继电器1吸合、继电器2断开,只有加热器1通电;whenthetemperatureishigherthanT1andlowerthanT2,thetemperaturecontrollermakesrelay1beclosedandmakesrelay2beopened,andonlyheater1ispoweredon;J1J2T2T112220V进水Waterinlet出水Wateroutlet温度高于T2时,继电器1、2都断开。whenthetemperatureishigherthanT2,bothrelay1andrelay2areopened.On-offcontrollaws位式控制规律温度三位控制效果Temperaturethree-positioncontroleffect温度偏差大时,升温速度快;温度偏差小时,小幅调整。Whenthetemperaturedeviationislarge,theheatingrateisfast;whenthetemperaturedeviationissmall,thereisaminoradjustment.tMVTT2T1tOn-offcontrollaws位式控制规律温度三位控制效果Temperaturethree-positioncontroleffect温度偏差大时,升温速度快;温度偏差小时,小幅调整。Whenthetemperaturedeviationislarge,theheatingrateisfast;whenthetemperaturedeviationissmall,thereisaminoradjustment.tMVTT2T1t要使调节过程平稳准确,必须使用控制输出值能连续变化的控制器。Acontrollerwithacontinuouslyvariablecontroloutputvaluemustbeusedtomaketheregulationprocessstableandaccurate.CourseSummary课程小结CourseSummary课程小结输出为有限离散状态(如全开/全关、高/低电平),根据偏差阈值切换状态。Theoutputisinalimiteddiscretestate(suchasfullyopened/fullyclosed,high/lowlevel),andthestateisswitchedaccordingtothedeviationthreshold.核心原理Coreprinciple结构简单、成本低、易实现。Si
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