第四章控制器的作用规律.ppt

1、4-0 引言,ST,控制器是组成控制系统的基本环节之一，也是系统中控制仪表的核心部分。根据控制要求和控制对象的特性，应采用不同作用规律的控制器。,4-0 引言,ST,控制器的两个研究方面： 作用规律：p(t)=f(e(t)，即传递函数的结构。也称控制规律或调节规律。 2. 作用强度：每一种作用规律的控制强度。反映在传递函数中，就是其分子和分母中的各项系数。,END,4-1 两位式控制器,ST,被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两个状态（0或1）。,Fig.4-2,Fig.4-3,例1 浮子式锅炉水位的两位控制。,被控量输出曲线,4-1 两位式控制器,ST,Fig.4-4,例2

2、两位式压力开关。,END,下限值（P下）：由给定值弹簧设定,上限值（P上）：由幅差弹簧设定 P上= P下+P,若压力整定范围P下 P上：0kg/cm28kg/cm2， P= 0.7kg/cm22.5kg/cm2， 要求范围为6.4kg/cm27.5kg/cm2， 则调整方法为：,（1）调整给定螺钉，使指针指在6.4 kg/cm2上； （2）调整幅差弹簧2.2格,4-2 比例作用规律,ST,比例作用规律（P）：控制器的输出变化量与输入（偏差） 变化量成比例。,K比例系数,4-2 比例作用规律,ST,例：浮子式水位比例控制系统,比例带（或 PB）：当控制器的输出作100%变化时，其输 入量变化（数

3、值上等于被控量的变化） 的百分数。,图 4-5,例：,4-2 比例作用规律,ST,比例控制器的输出曲线：,t,t,h,h,t0,t0,比例控制器的特点：存在静态偏差,原因：控制器的输出依赖于偏差的 存在而存在。, 比例作用 静态偏差 比例作用 静态偏差,4-2 比例作用规律,ST,采用比例控制器的单容水柜水位控制系统过渡过程：,4-2 比例作用规律,ST,GO(s),GQ(s),GC(s),Gm(s),h,Q,Q1,或Q2,4-2 比例作用规律,ST,4-2 比例作用规律,ST,h0,h,h,-1,4-2 比例作用规律,ST,h,-1,h,-1,4-2 比例作用规律,ST,4-2 比例作用规律

4、,ST,从传递函数可以看出，这是一个一阶惯性系统，若关小出水阀，即 ，则可求出,其过渡过程曲线如图4-9所示。,特点： （1）非周期过程，不会产生振荡； （2）有差控制，且比例系数KP越大（或越 小），静态偏差越小。,4-2 比例作用规律,ST,采用比例控制器的双容水柜水位控制系统过渡过程：图4-10,对象传递函数,系统传递函数,4-2 比例作用规律,ST,比例带对控制系统过渡过程的影响：图4-11 表4-1,END,4-3 积分作用规律,ST,积分作用（I）：控制器的输出与输入之间呈积分关系。,TI 积分时间。 TI 积分作用,h,t,t,t0,t1,图4-13,4-3 积分作用规律,ST,

5、若输入偏差为h ,则输出,当t=TI时， = h,因此，TI等于控制器的输出变化到与其阶跃输入量相等时所需的时间。,4-3 积分作用规律,ST,若用 代替单容水位控制系统中的Gc(s)，则,控制系统的闭环传递函数,当阶跃扰动量为时,图4-16,END,4-3 积分作用规律,ST,END,4-4 比例积分作用规律,ST,由于积分作用容易导致系统稳定性变差，因此一般不采用单纯的积分控制器，而是将其与比例作用相结合构成比例积分（PI）控制器。,TI积分时间常数；Ti积分时间; 比例带,4-4 比例积分作用规律,ST,积分时间的物理意义：积分输出达到比例输出所需的时间。,令 t =Ti 则,实际上，一

6、般将积分时间定义为=100%时积分输出达到比例输出所需的时间。,4-4 比例积分作用规律,ST,采用比例积分控制器的单容水柜水位控制系统的动态过程:,图 4-18,4-4 比例积分作用规律,ST,与采用纯积分控制器时的比较:,（1）阻尼系数增加，过渡过程变得更稳定。,（2） 增加，过渡过程的振荡趋于平缓。,（纯积分）,（纯积分）,4-4 比例积分作用规律,ST,积分时间对系统过渡过程的影响：,图 4-19,END,4-5 比例微分作用规律,ST,控制器的微分作用是指其输出与输入的微分，即偏差 变化速度成比例。,这样，微分作用可以在偏差变化较快时起到超前控制的作用。但当偏差不再变化时，微分输出将

7、消失，因此微分作用常与比例作用一起形成比例微分（PD）控制器。,或,TD微分时间常数；Td微分时间,4-5 比例微分作用规律,ST,实际的比例微分控制器的传递函数：,Kp比例系数；比例带； Td微分时间； KD微分放大系数,4-5 比例微分作用规律,ST,实际的比例微分控制器的输出特性：图 4-21,采用比例微分控制器的水位控制系统动态过程：图 4-23,气动比例微分控制器的实现：图 4-22,微分时间对过度过程的影响：图 4-24,END,总之：微分作用总是阻止被控量的任何变化，适当增加微分作用可以减小被控量的动态偏差，具有抑制振荡，提高系统稳定性的效果。,4-6 比例积分微分作用规律,ST

8、,比例积分微分作用规律（PID）：比例、积分和微分作用的组合。,实际的比例积分微分控制器的传递函数：,4-6 比例积分微分作用规律,ST,PID控制器的输出特性：图4-25,采用PID控制器的液位控制系统动态过程：图4-26,P、I、PI、PD和PID控制效果比较：图4-27,END,本章习题库,4-7 控制器作用规律的实现方法,ST,控制规律的实现方法是在控制器内部采用反馈。不同的反馈环节可得到不同的控制规律,K,Gf(s),Xi(s),Xo(s),4-7 控制器作用规律的实现方法,ST,1.气动比例控制器 图4-30,2.气动比例积分控制器 图4-32,3.气动比例积分控制器 ,4.气动比例积分微分控制器 ,4-7 控制器作用规律的实现方法,ST,4-7 控制器作用规律的实现方法,ST,P测,cd,Rd,气源,输入,负反,负反,正反,测量,给定,放大器,跟随器,Rp,Ri,Fig4-2,ST,改变销钉的位置，可调节上下限值。,Fig4-1 fig4-3,ST,Fig4-4,ST,Fig4-5,ST,Fig4-10,ST,Fig4-11,ST,Fig4-16,ST,Fig4-17，1