第2章 模拟调节器.ppt

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第2章 模拟调节器

第二章 模拟调节器 第一节 模拟控制仪表及装置概述 第二节 调节器的控制运算规律和构成方式 第三节 基型调节器 第四节 特种调节器和附加装置 * * 第一节 模拟控制仪表及附加装置 DDZ-Ⅲ电动单元式组合仪表可分为两部分、八大类: DDZ-Ⅲ电动单元组合仪表的主要技术指标: 信号标准:4~20mA (DC), 1~5V (DC); 基本误差:一般为±0.5 %,少数为±0.2 %, ±1.0 %等 响应时间: 1s; 输出交流分量:(上限-下限)×1 %; 负载电阻:250Ω~750Ω; 供电电源:24 V (DC); 防爆等级:HⅢe。 DDZ-Ⅲ电动单元组合仪表的主要特点: 以线性集成电路元件为主结合部分半导体分离元件而 设计; 采用国际标准信号制; 集中统一供电; 功能多样化、结构合理; 防爆方式为安全火花型。 第二节 调节器的控制运算规律和构成方式 定义:控制系统中具有调节功能的控制运算单元。 调节器 偏差信号 e 控制指令信号 c 至执行单元 输入信号:偏差信号e (来自偏差检测器-其功能是将被控变量的测量值与给定信号求代数和,从而得出差值信号)。 输出信号:控制指令信号c。其目的是指令执行机构动作,按控制指令的值去改变操纵变量的变化,影响被控变量的变化趋势和大小,从而达到控制的目的。 一、概述: 调节器分为两种作用方式: Δe 0, Δc 0, 正作用; Δe 0, Δc 0, 反作用。 变送器 ym 调节器 执行器 对 象 e c m y d R 功能:当扰动作用于被控对象上,使被控参数偏离给定值时,调节器依据接收到的偏差信号,按预先选定的控制运算规律进行运算,按运算结果发出控制指令,指令执行器动作,作用于被控对象,以消除扰动对被控参数的影响,从而使被控变量(参数)回到给定值上。 图中:R---给定值(代表人们希望的被控参数的值,按标准信号制取给定值); e---偏差值:e ym-R; c---控制指令; m---操纵变量;ym---被控变量的测量变送值(按标准信号制)。 图2-1 单回路控制系统 被控变量在控制系统的控制下是否回到给定值,按什么途径,经过多长时间回到给定值,即控制品质如何,这不仅取决于被控对象的特性,还与调节器所采用的控制运算规律(调节规律)。 控制规律是指调节器的输出(控制指令)相对于调节器的输入(偏差信号)随时间的变化规律。 常用的控制规律分为三种: P控制规律,比例控制规律 I 控制规律,积分控制规律 D控制规律,微分控制规律 这是应用最广泛、最成熟的控制规律,各种调节器的控制运算规律都是由这三种规律组合而成。 注:调节器的输出实际上是输出的差值变化(即在原有的 值上的增量变化,而原有值一般不等于零。该原有值是维 持前一次被控变量平衡,使执行器维持在一定的动作状态 必要的控制器输出值),而输入由于是偏差信号,则输入 信号既是差值信号,同时也是偏差的实际值(因为偏差的 初值为零),也就是被控变量偏离给定值的实际值。 二、P、I、D控制运算规律 (一)、PID调节规律数学模型 1、理想PID调节规律: (2-1) 其传递函数形式为: (2-2) --- 调节器的比例增益(比例放大系数); --- 调节器的积分时间(再调时间),单位:秒或分; 式中: --- 调节器的微分时间(预调时间),单位:秒或分; 公式中的第一部分是表示比例控制规律(P),第二部 分是积分控制规律(I),第三部分是微分控制规律(D)。 注意: (1)、因为调节器的输出是增量,所以控制规律一般是 增量形式表达: 所以如用c的实际值来表示控制规律,则应表示为: 式(2-3)中, 是调节器输出的初始值: 即:t 0 时,e 0, 0 的调节器的输出值。 (2)、公式(2-1)和(2-2)所表示的控制规律是正作 用调节器的控制规律。如果要表示反作用调节器的控制规 律,则应在比例增益 前加负号。为讨论方便,今后均 以正作用调节器的调节规律来讨论。 上述的PID调节规律是在没有考虑调节参数之间的相 互影响。实际上在调节器的调节参数之间存在相互影响, 而调节规律则就不能用理想调节规律来简单描述。可以用 互干扰系数来描述调节规律之间的相互影响。 F --- 调节器参数之间的相互干扰系数,可表示为: 式中比例系数 的大小与调节器的结构方式有关。由该式可知,当调节器无积分作用时,即: (意味着不存在积分调节作用,或无微分作用时,即: (意味着不存在微分调节作用),F都将为1。即F 1。 则实际PID调节规律可表达为: (2-4) 式中: 考虑相互干扰系数后的实际比例增益; 考虑相互干扰系数的实际积分时间; 考虑相互干扰系数后的实际微分时间; 积分增益; 微分增益。 当 、 均很

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