第5章 自动控制仪表ppt课件.ppt

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1、第5章自动控制仪表5.1概述自动控制仪表（控制器或调节器）控制器的作用：自动控制仪表将被控变量的测量值与给定值比较，产生一定的偏差，控制器根据偏差进行一定的数学运算，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。控制仪表的分类：基地式控制仪表，将检测、控制和显示装置组装在一起，同时具有检测、控制和显示功能，一般作为现场就地使用；单元组合式仪表中的控制单元，偏差控制作用信号，又分气动控制和电动控制两类；以微处理器为基元的控制装置，DCS，PLC，单回路数字控制，微计算机

2、系统等。5.1概述控制仪表的功能：偏差显示；输出显示;提供内给定信号及内、外给定选择；正、反作用的选择；手动操作与手动/自动双向切换。5.2控制规律及其特点1．控制器的控制规律：控制器的输出信号与输入信号之间的关系，即p=f(e)=f(z-x)控制器的基本控制规律有：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)；组合控制规律有：比例积分控制(PI)，比例微分控制(PD)，比例积分微分控制(PID)。5.2控制规律及其特点2．基本控制规律:(1)双位控

3、制图5-1理想双位控制特性图5-2双位控制示例5.2控制规律及其特点实际的双位控制器的控制规律如图5-3所示，是具有中间区的双位控制器，其双位控制过程如图5-4所示图5-3实际的双位控制特性图5-4具有中间区的双位控制过程5.2控制规律及其特点(2)比例控制（P）简单的比例控制系统实例如图5-3所示。液位的升降，通过杠杆改变进口阀门的开度，控制液位的变化。（5-3）在该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变量（液位）的偏差值成比例，这就是比例控制规律。图5-5简单的比例控制系统示意图5.2控制规律及其

4、特点比例控制规律：（5-4）式中，KP—可调的放大倍数（比例增益）。当偏差产生阶跃变化，即e=A时，比例控制特点：比例控制根据“偏差的大小”来动作；有差控制；响应快，控制及时。可调参数：(KP).5.2控制规律及其特点比例度就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，用式子表示为：（5-5）式中，e—输入变化量；p—相应的输出变化量；xmaxxmin—输入的最大变化量，即仪表的量程；pmaxpmin—输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。5.2控制规律及其特点比例

5、度的具体意义比例度又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表测量范围的百分数。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。图5-6比例度示意图(单元组合仪表)5.2控制规律及其特点液位比例控制系统的过渡过程如图5-7所示。图5-7比例控制系统过渡过程5.2控制规律及其特点比例度对控制过程的影响如图5-8所示。比例控制用比例度来表示控制作用的强弱，越小，控制作用越强图5-8比例度对渡过程的影响5.2控制规律及其特点（３）

6、积分控制（I）控制规律:（5-7）当偏差e=A时，，响应特性如图5-3所示。式中，KI—积分速度；TI=1/KI—积分时间。积分控制特点：积分控制根据“偏差是否存在”来动作；无差控制；控制动作缓慢，控制不及时。可调参数:TI图5-9积分控制器特性5.2控制规律及其特点图5-11积分时间对过渡过程的影响积分时间TI对过渡过程的影响如图5-11所示。TI越小，积分作用越强5.2控制规律及其特点（４）微分控制（D）控制规律：(5-12)式中，TD—微分时间。阶跃响应特性如图5-12所示。微分控制

7、特点：微分控制根据“偏差变化速度”来动作；超前控制；控制结果不能消除偏差。单独的微分控制很少用。图5-12理想微分控制器特性5.2控制规律及其特点微分时间TD对过渡过程的影响如图5-15所示。图5-15微分时间对过渡过程的影响TD越大，微分作用越强。5.2控制规律及其特点3.组合控制：（１）比例积分控制（PI），，当e=A时,　　；响应特性如图5-10所示。当t=TI时，输出为2KPA。应用这个关系，可以实测KP及TI，对控制器输入一个幅值为A的阶跃变化，立即记下输出的跃变值并启动秒表计时，当输出达

8、到跃变值的两倍时，此时间就是TI，跃变值KPA除以阶跃输入幅值A就是KP。图5-10比例积分控制器特性5.2控制规律及其特点（２）比例微分控制（PD）(5-13)响应特性如图5-13所示。图5-13比例微分控制的阶跃响应特性5.2控制规律及其特点实际比例微分控制规律(5-13)式中，KD为微分增益（微分放大倍数）。若将KD取得较大，可近似认为是理想比例微分控制。在幅度为A的阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出为(5-14)式中，T=TD/KD。响应特性如图5-