材料加工测试技术-06-温度的调节概要.ppt

材料加工测试技术 张占领 河南科技大学材料学院 6.1.1 自动调节系统的框图 电加热炉：热电偶信号同时作为负反馈信号，与设定温度求差，作用于控制器。 6.1.2 凋节系统的过渡过程 一旦设定值变更或干扰侵入，系统平衡被破坏，被调量(温度)将产小偏离。此时调节装置按一定规律发出调节指令，使被调量(温度)回到设定值，恢复平衡态。 在调节过程中被调量(温度)的变化过程称为过渡过程。 影响因素：设定的变更，干扰形式，炉子结构和大小，调节器调节方式等。 研究方法：系统受干扰后，被调量在过渡过程中是如何偏离设定值、又如何返回(或不能返回)，常在系统的输入端施加各种形式的干扰来观察其响应。常见的干扰有正弦作用、单位斜坡作用、单位脉冲作用、单位阶跃作用。其中，单位阶跃是一种突如其来的变化，一经加上不再消失的干扰，是最常见和典型的，分析处理比较简便，又很容易模拟实现。 系统受阶跃干扰后，在调节器的作用下，系统的过渡过程能出现的几种基本形式。图6-4 a发散震荡：不稳定，不可取 b等幅震荡：不稳定，不采用 c衰减震荡：比较满意，希望出现 d非震荡过程：偏离时间长，一般不采用 6.1.3 自动调节系统的品质指标 调节目的、要求：调节系统在受到干扰作用后，总希望能平稳、快速、准确地回复或趋近设定值。 问题：这些要求互相制约。快速→系统振荡、不稳定；平稳→过程迟缓、不准确。 期望：图6-5，p186。 品质指标： 一、衰减比n 同方向两个相邻波峰值之比，n＝B/B，一般取n为4 ~ 10. 二、过渡过程时间ts 系统受干扰后，被调量恢复到新的平衡态的时间。被调量进入新稳定值的±5%(或±2%)范围内不再越出，称过渡过程结束。反映系统抗干扰能力。 三、最大偏差A 被调量第一个波峰与设定值之差。 四、余差C 过渡过程终了时的稳态值与设定值之差。反映系统调节的准确性。 断续温度调节器经过不断的改进和完善，常见的有两位调节器、三位调节器、时间比例调节器等多种类型。 6.2.1 两位调节器 两位调节器特性是继电特性， 只有“1”(通)和“0”(断)两种状态。 不灵敏区2Δ，滞后时间?，时间常数T。 特点：结构简单，动作可靠，维修方便，成本低，控制精度不高，被控制量波动大，温差大，易损坏，噪声大。 6.2.2 三位调节器 三位调节器也具有继电特性，其输出有3种状态：“1”、“1/2”和“0”。分别表示“通”、“部分通”和“断”。 6.2.3 时间比例调节器 是一种断续作用的比例调节器，也是借助继电器的通断来实现的。不同的是，继电器通断时间的长短受偏差输入信号的控制。调节器的平均输出与偏差信号成比例。通断比ρ=T1/(T1+T2). 温度断续调节虽然简单，但是调节过程常在不断的振荡中，控温精度不高，且接触器易损坏。 连续调节系统根据温度偏差按一定规律连续调节，连续改变加热炉输入功率，是一种无触点调节方法。 调节规律通常采用比例(P)、积分(I)、微分(D)等，按此构成的调节器称为PID调节器， 所组成的系统称为PID自 动调节系统。 6.3.1 调节器的基本调节规律 调节规律：调节器的输出信号随时间变化与输入信号随时间变化间存在的关系。 基本规律：比例调节(P)、积分调节(I)、微分调节(D)，组合。 一、比例调节(P) 调节器的输出信号按一定比例、无滞 后、无惯性地重现输人信号的变化规律。 y(t)＝Kpx(t) (6-1) 调节器的放大倍数、比例系数Kp越大， 系统静差越小，调节精度越高；但Kp过 大，会使系统产生自激振荡。 比例带P：比例系数Kp的倒数。 P越小，静差越小，调节精度越高； 但P过小，会使系统产生自激振荡。 二、积分调节(I) 输出信号与“输入信号对时间的积分”成正比关系。 TI为常数，表示积分速度的大小，TI越大积分速度越慢，积分作用越弱。 调节器的输出量不仅与偏差的大小有关，而且与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会随时间不断增加，直到偏差消失积分作用才停止。积分作用使输出停留的新位置，不存在静差。 积分作用动作缓慢，不能及时克服干扰的影响，控制作用滞后，过渡过程延长，甚至造成系统的不稳定性。积分调节很少单独使用，常与比例调节组合使用。 三、比例积分调节(PI) 两种调节作用的综合，使被调量较快地趋向稳定，存在的静差被积分作用逐渐消除，得到无差调节效果。 如果由于某原因，偏差一时无法消除，那么调节器将不断积分下去，输出不断增加(或减少