模拟式调节器.ppt

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1、第四章模拟式调节器本章的主要内容：•PID调节规律及实现方法•基型PID调节器•特种调节器调节器将来自变送器的测量信号与调节器的内给定或外给定信号进行比较，得到其偏差，即然后调节器对该偏差信号按某一规律进行运算，输出调节信号控制执行机构的动作，以实现对被控参数如温度、压力、流量或液位等的自动控制作用。调节器的作用§4.1PID调节规律及实现方法调节规律1.基本概念和名词在定值自动控制(调节)系统中，由于干扰使被控量(输出)偏离设定值(期望值)，即被控参数(量)产生了偏差。Δx=x-xr式中：Δx：偏差量x：被控量xr：给定值调节器特性是指它的输出信号随输入信号变化的规律。

2、称为调节规律。设输入信号为Δx，输出变化量为Δy。Δx>0（正偏差），Δy>0；Δx<0（负偏差），Δy<0称为正作用调节器；Δx>0，Δy<0；Δx<0，Δy>0称为反作用调节器。调节器输入信号和输出信号可能有不同的量纲，例如温度调节器输入信号是温度，而输出信号为电压或电流。为了便于特性的通用性，将输入和输出用相对量来表示：e=Δx/(xmax-xmin)式中：xmax，xmin为被测量的最大值和最小值，xmax-xmin为测量范围。p=Δy/(ymax-ymin)式中：ymax，ymin为输出量的最大值和最小值，ymax-ymin为输出范围。2.调节规律表示方式：一般

3、有四种表示方式：①微分方程，②传递函数，③频率特性，④时间特性。PID调节规律的微分方程式为：p=Kp(e+1/TI∫edt+TDde/dt)式中：e，p：以相对量表示的输入量和输出量；Kp，TI，TD：常数。三个部分可以分别组合成P（比例），PI（比例积分），PD（比例微分），PID（比例积分微分）（一）比例调节器微分方程表达式和时间特性微分方程为p=Kpe其阶跃响应曲线(在输入端加阶跃信号,其输出随时间变化的曲线)其特点是响应快，调节及时，是最基本的调节规律，但是会产生静差。∵e=0，p=0，即调节器无输出，调节作用丧失。2.定值调节系统框图图中：xR=XR/(Xma

4、x-Xminx)，相对值表示的给（设）定值；xM=X/(Xmax-Xminx)，相对值表示的测量值；e=Δx/(Xmax-Xminx)，相对值表示的偏差值；p=ΔY/(Ymax-Yminx)，相对值表示的输出值。q—扰动。当系统处于平衡状态，xM=XR∵q，使xM↑→xM＞XR,→e输入调节器经比例运算→调节器输出p和q的作用相反→xM↓→e↓。但是p和e成正比。只要q存在，要求调节器输出一定的p，e不能为0，这样调节器完成后e≠0。存在静差。q愈大→p愈大→e（静差）愈大。pmax=100%时静差最大，emax=pmax/Kp=1/Kpemax表明调节器的调节精度，Kp

5、愈大，emax愈小，调节器精度愈高，系统静差越小。3.调节参数比例调节器的可调参数是比例增益KP，习惯上都以KP的倒数乘以100%来表示，并以此对调节器刻度。P称为比例带（比例度），是输入相对变化量与输出相对变化量之比。它表示输出变化全范围（100%）所对应的输入变化范围。如下图所示。对于输入范围和输出范围相等的调节器，比例带等于输入的变化量和输出量之比，即例如对于DDZ－Ⅲ调节器Xmax－Xmin=20mA－4mA=16mAYmax－Ymin=20mA－4mA=16mA输入从4mA变到6mA，输出相应变化4mA变到8mA，则比例带为：P=(6－4)/(8－4)×100%

6、=50%（二）比例积分调节器1.积分作用积分作用是指调节器输出与输入的积分成正比的作用。阶跃输入下，其响应曲线如下图所示。TI为积分时间，表示积分速度的大小。TI↑→积分速度↓；反之亦然。其特点：①只要偏差存在，输出会随时间增加，直到e=0，调节器输出不再增加，可以消除静差。②响应慢，在偏差刚出现时，积分作用很弱，不能及时克服扰动的影响，对于动态偏差调节过程拖长，引起超调和振荡.2.PI调节器它是比例和积分两部分的组合，其微分方程表达式为：在阶跃输入作用下，调节器输出为：响应曲线如图，其输出可以看成为比例和积分两项之和。比例输出：p1=e/P积分输出：p2=et/PTI在

7、阶跃输入作用下，开始瞬间有一比例输出p1，随后在同一方向在p1的基础上输出不断增大，积分作用。上式中P=1/K：为比例带；TI：为比例积分调节器的再调时间。①由于积分部分输出为p2=et/PTI，比例输出为p1=e/P，当p2=p1时，t=TI∴TI为积分部分输出等于比例部分输出的时间。②当输入e时，先有一比例输出p1，在过程调节到t=TI时，调节器的积分作用输出一个等于比例输出的调节作用，TI称为再调时间。③当比例带P一定时：TI↑→积分作用越弱，达到p1的时间越长；TI↓→积分作用越强，达到p1的时间越短。④积分作用的饱和