第02章 过程特性.ppt

第2章 过程特性 2.1 过程特性的类型 控制通道响应曲线： （1）自衡的非振荡过程 （2）无自衡的非振荡过程 2.2 过程的数学描述 2.3过程特性的一般分析 2.4过程特性参数的实验测定方法 2.5 测量变送环节特性及其对过渡过程的影响 2.6 执行器特性及其对过渡过程的影响 2.7 控制规律及其对过渡过程的影响 基本的控制规律 双位控制 纯比例控制 P 比例积分控制 PI 比例微分控制 PD 比例积分微分控制 PID 常见对象特点及其常用调节器类型 双位控制——总结 由于位式控制的执行器是从一个固定位置到另一个固定位置,所以整个系统不可能保持在一个平衡状态,被控变量总在设定值的附近波动，其过渡过程是持续的等幅振荡,滞回区间的大小影响振荡频率。 振荡频率低，控制质量差；振荡频率高，影响执行器的使用寿命。 位式控制的特 点：简单、过渡过程是振荡的 位式控制的适用范围：时间常数大 纯滞后小 负荷变化不大也不激烈 控制要求不高。 u O a b O a b e u 由此可见，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，其输出信号的变化量与输入信号(指偏差，当给定值不变时，偏差就是被控变量测量值的变化量)的变化量之间成比例关系，这种控制规律称为“纯比例控制” 纯比例控制也是一种最基本的控制规律，从上面这个例子可以看出来，纯比例控制至少能克服位式控制振荡、不稳定的缺点。 比例调节规律表达式： 比例调节规律 或 u0是偏差e=0时的调节器的稳定输出值 KP是调节器的比例增益或放大倍数（与对象增益的区别） KP u(t) e(t) z(t) + _ x(t) e(t) u(t) A Kp*A 根据上述响应曲线，可以明显地看出比例控制器的一个特点： 控制及时。一旦偏差不为0，控制器的输出即刻发生改变。 比例增益KP是比例控制器输出变化量?u与偏差e之比： 比例增益KP和比例度? KP越大，比例作用越强，KP越小比例作用越弱。 但是，在工业现场，一般都习惯于用比例度?来表示比例作用的强弱。 比例度?的定义：输入信号的相对变化量占输出信号的相对变化量的百分数。 其中：C——仪表常数，当输入输出是统一信号时，仪表常数C＝1， 在没有特定指明的情况下，C＝1，因为在一个系统中所选用仪表的信号制一般都是统一的。 KP越大 ? ?越小 ? 比例作用越强。 比例作用对过渡过程的影响 某控制系统的方块图如右图所示，求设定值、干扰分别发生阶跃变化时的稳态变化量。 先求 Y(s) = ?? × X(s) + ?? × F(s) 令设定值发生单位阶跃变化： 则： 存在余差 令干扰发生单位阶跃变化： 则： 对被控变量有影响，产生余差。 Kp增大，余差减小。 比例作用对过渡过程的影响 结论：·纯比例控制系统，过渡过程结束以后必定存在余差。 ·KP越大或?越小?余差越小 KP 越大或?越小 ? 控制作用越强 ? 余差越小、最大偏差越小 KP 太大或?太小 ? 控制作用太强 ? 稳定性降低、甚至造成系统不稳定 纯比例调节系统的特点：控制及时 控制结果有余差 纯比例控制适用场合： 干扰幅度较小 纯滞后较小 负荷变化不大 控制要求不太高 一般来说，若对象滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。 比例控制最大的优点是反应快，控制作用及时 最大的缺点是控制结果存在余差 比例积分控制就是由比例作用和积分作用二种控制作用组合而成 当工艺对控制质量有更高要求，不允许控制结果存在余差时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。 积分作用是指控制器的输出与输入（偏差）对时间的积分成比例的特性。表达式为 ： 积分作用 积分 u(t) e(t) z(t) + _ x(t) uI(t) e(t) A uI(t) e(t) A Ti：积分时间，因为Ti在分母底下，所以Ti越大积分作用越小。 只要有偏差存在，控制器