化工仪表自动化 【第四章】自动控制仪表精要.ppt

4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 是否可以无限制地减小比例度呢？ 比例度的大小将直接影响被控变量的变化，即系统的过渡过程。从下图可以看出： 3 比例度再减小，控制阀开度改变更大，大到有些过分时，被控变量也就跟着过分地变化，再拉回来时又拉过头，结果会出现激烈地振荡 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 是否可以无限制地减小比例度呢？ 比例度的大小将直接影响被控变量的变化，即系统的过渡过程。从下图可以看出： 2 当比例度继续减小到某一数值时系统出现等幅振荡，这时的比例度称为临界比例度 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 是否可以无限制地减小比例度呢？ 比例度的大小将直接影响被控变量的变化，即系统的过渡过程。从下图可以看出： 1 当比例度小于临界比例度 时，在干扰产生后将出现发散振荡 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 （3）积分控制 (a)控制思想 当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上。 积分控制作用的输出变化量uI与输入偏差 e 的积分成正比, KI 代表积分速度。 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 (b)积分控制规律及其特点： 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 ： 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 (b)积分控制规律及其特点： uI(t) e(t) A uI(t) e(t) A Ti：积分时间，因为Ti在分母上，所以Ti越大积分作用越小。 只要有偏差存在，控制器输出会不断变化，直到偏差为0――消除余差 控制器的输出是偏差随时间的积分，当t较小时，调节器输出u(t)很小，控制作用很弱，不能及时克服干扰作用，所以一般不单独采用积分作用，而与比例作用配合使用。 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 (c)比例积分控制规律与积分时间： 比例积分(PI)控制由比例和积分二种控制作用组合而成。 比例作用项 积分作用项 如果加入幅值为A的阶跃信号： e(t) u(t) A uI=KPAt/Ti uP=KPA Ti 积分时间的定义：在阶跃输入下，积分作用的输出变化到比例作用的输出所经历的时间。 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 (d)积分作用对过渡过程的影响 ： 采用比例积分控制作用时，积分时间对过渡过程的影响具有两重性。在同样的比例度下，缩短积分时间Ti，将使积分调节作用加强，容易消除余差，这是有利的一面。但缩短积分时间，加强积分调节作用后，会使系统振荡加剧，有不易稳定的倾向。积分时间越短，振荡倾向越强烈，甚至会成为不稳定的发散振荡，这是不利的一面。 由图可以看出，积分时间过大或过小均不合适。Ti过大，积分作用不明显，余差消除很慢，见曲线3，Ti过小，过渡过程振荡太剧烈，稳定程度降低，见曲线1。 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 积分作用的特点： 消除余差，会降低系统稳定性。 注意事项： ★引入积分作用以后，能消除余差，但系统的稳定性必然会降低，所以在使用过程中应适当降低比例作用（增大比例度或降低比例增益） ★当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作用不及时，此时可增加微分作用 积分控制最大的优点是消除余差 最大的缺点是动作缓慢、产生相位滞后、稳定性降低 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 比例控制规律和积分控制规律，都是根据已经形成的被控变量与给定值的偏差而进行动作的。也就是说，危险已经发生，然后“亡羊补牢”。 有没有一种控制规律能够在危险还没发生，就能够根据经验提前预见到将要到来的危险，而产生提前控制作用呢？ 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 （4）微分控制 (a)控制思想 比例控制规律和积分控制规律，都是根据已经形成的被控变量与给定值的偏差而进行动作。但对于惯性较大的对象，为了使控制作用及时，常常希望能根据被控变量变化的快慢来控制。在人工控制时，虽然偏差可能还小，但看到参数变化很快，估计到很快就会有更大偏差，此时会先改变阀门开度以克服干扰影响，它是根据偏差的速度而引入的超前控制作用，只要偏差的变化一露头，就立即动作，这样控制的效果将会更好。微分作用就是模拟这一实践活动而采用的控制规律。微分控制主要用来克服被控对象的容量滞后(时间常数T)，但不能克服纯滞后。 4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 (b)微分控制规律及其特点： 微分作用是指控制器的输出与输入变化率成比例关系，或比例的特性。表达式为： Td：微分时间，Td越大微分作用