《模拟式控制器》PPT课件

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1、控制装置第一篇模拟式控制仪表及装置控制装置第一章模拟式控制器控制器将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算，并输出统一标准信号,去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺变量的自动控制。模拟控制器第一节控制器的运算规律和构成方式控制器的运算规律和构成方式一、概述在单回路控制系统中，由于扰动作用使被控变量偏离给定值，从而产生偏差ε＝xi－xs。控制器的运算规律就是指控制器的输出信号与输入偏差之间随时间变化的规律。在研究控制器特性时，输出信号通常指的是变化量，而对输入偏差ε来说，其初值为零，因此ε既

2、是变化量，又是实际值。习惯上称ε＞0正偏差，ε＜0为负偏差。正作用控制器：输入信号ε增大，输出信号y也增大（或输入信号ε减小，输出信号y也减小）；反作用控制器：输入信号ε增大，输出信号y减小（或输入信号ε减小，输出信号y增大）。控制器的运算规律和构成方式基本运算规律有比例（P）、积分（I）和微分（D）三种，各种控制器的运算规律均是由这些基本运算规律组合而成的。控制器的运算规律和构成方式二、PID控制器的运算规律理想PID控制器的运算规律可用下式表示：也可用传递函数表示为式中KP——控制器的比例增益；TI——控制器的积分时间，以秒或分为单位；TD——控制器的微分时间

3、，以秒或分为单位。㈠PID运算规律的表示形式控制器的运算规律和构成方式两点说明：⑴运算规律通常是用增量形式来表示的，若用实际输出值y表示，则应写为式中y′——控制器的输出起始值，亦即瞬间，，时的输出值。⑵当控制器为正作用时，控制器的输出值y为：当控制器为反作用时，控制器的输出值y为：控制器的运算规律和构成方式传递函数的表示形式实际PID控制器F——控制器变量之间的相互干扰系数，可表示为KpF——考虑相互干扰系数后的实际比例增益KI——积分增益——考虑相互干扰系数后的实际微分时间FTI——考虑相互干扰系数后的实际积分时间KD——微分增益控制器的运算规律和构成方式㈡比

4、例（P）运算规律具有比例控制规律的控制器称为P控制器，其输出信号与输入偏差之间成比例关系。对PID控制器而言，当积分时间，微分时间时，控制器呈P控制特性。P控制器输出与输入的关系式为：或控制器的运算规律和构成方式1.比例度在实际控制器中常用比例度（或称比例带）δ来表示比例作用的强弱。比例度的一般表达式为：式中——偏差变化范围；——输出信号变化范围。在单元组合仪表中，。此时，比例度可表示为可见，δ与KP成反比。δ愈小，KP愈大，比例作用就愈强。控制器的运算规律和构成方式2.P控制特性在阶跃信号作用下，P控制器的输出响应特性如图所示。输出幅度的大小取决于Kp（或δ）值

5、。⑴P控制的特点：反应快，控制及时，但系统有余差。⑵比例度与系统稳定性的关系:δ越小，系统控制越强，但并不是δ越小越好。δ减小将使系统稳定性变差，容易产生振荡。⑶P控制器一般用于干扰较小，允许有余差的系统中。控制器的运算规律和构成方式㈢比例积分（PI）运算规律具有比例积分控制规律的控制器称为PI控制器。对PID控制器而言，当微分时间TD＝0时，控制器呈PI控制特性。控制器的运算规律和构成方式1.理想PI控制器的特性积分增益时的PI控制器为理想PI控制器，其表达式为：或控制器的输出Δy可表示为比例作用的输出Δyp与积分作用的输出Δyi之和式中，。积分作用能消除余差：

6、积分输出项表明，只要偏差存在，积分作用的输出就会随时间不断变化，直到偏差消除，控制器的输出才稳定下来。上式还表明，积分作用输出变化的快慢与输入偏差ε的大小成正比，而与积分时间TI成反比。TI愈短，积分速度愈快，积分作用就愈强。控制器的运算规律和构成方式积分作用一般不单独使用，而是和比例作用组合起来构成PI控制器。由于积分输出是随时间积累而逐渐增大的，故控制作用缓慢，造成控制不及时，使系统稳定裕度下降。控制器的运算规律和构成方式理想PI控制器的阶跃响应特性在阶跃偏差信号作用下，理想PI控制器的输出随时间变化的表达式为：在阶跃正偏差信号加入的瞬间，输出突跳至某一值，这

7、是比例作用（）；以后随时间不断增加，为积分作用（）。若取积分作用的输出等于比例作用的输出，即，可得。——这就是定义和测定积分时间的依据。也就是说，在阶跃信号作用下，积分作用的输出值变化到等于比例作用的输出值所经历的时间就是积分时间。控制器的运算规律和构成方式2.实际PI控制器的特性实际PI控制器的传递函数为在阶跃信号作用下，利用拉氏反变换，可得:实际PI控制器的阶跃响应特性如图所示。由图可知，积分输出并非直线增长，而是按指数曲线（时间常数为KITI）规律变化的，最终趋向于饱和。其稳态值（即最大值）为KPKIε。此值取决于控制器的积分增益KI或开环增益（稳态时的放大

8、倍数）K。