第02章控制器01节教程.doc

第二章 控制器 学习目的和要求：学习掌握控制器的基本控制规律和模拟数字控制器的结构组成，学会在实际工作中对各类控制器进行设计、选型和应用。 重点、难点：掌握控制器的控制规律；理解模拟数字控制器的基本结构、电路分析；了解其他相关调节器。 外语词汇： Proportional, Integral and Derivative (Action) 比例、积分、微分(动作); Proportional-Integral-Differential (Controller) 比例、积分、微分(控制器); analog,digital, controller, supervision,inerface 参考资料：张永德 过程控制装置，北京 化学工业出版社，2000 主要内容： 控制规律； 模拟控制器； 数字控制器 2.1.控制规律 控制规律的表示方法 基本控制规律 一、何为控制器的控制规律 △x = Xm – Xs △x——偏差 Xs——给定值 Xm——测量值 控制器的控制规律 就是控制器的输出信号随输入信号(偏差)变化的规律。 这个规律常常称为控制器的特性。 须注意： 在研究控制器特性时 1、输入是被控变量与给定值之差即偏差⊿x， 输出是输出信号的变化量△y。 2、△x＞0称正偏差 △x＜0称负偏差 3、△x＞0相应的△y＞0, 称为正作用控制器 △x＞0相应的△y＜0, 称为反作用控制器 二、控制规律的表示方法 　1、无因次化 为了用一个统一的式子表示控制器的特性，可用相对变化量来表示控制器的输入和输出 X=△x/( xmax-xmin) Y=△y/( ymax-ymin) 2、五种表示方法 1) 微分方程表示法 用微积分的形式表示控制器特性，它常用于测定控制器参数。 P: PI: PD: PID: 2) 传递函数表示法 用拉普拉斯变换式表示控制器特性。它常用于控制器的特性分析以及控制系统的分析计算 P: PI: PD: PID: 3 ) 频率特性表示法 用幅频特性和相频特性形式表示控制器的特性，它用于控制系统的分析。 P: PI: PD: PID: 4) 图示法 用控制器的输出随时间变化曲线表示控制器特性，通常输入采用阶跃信号，这时称为阶跃响应特性。图示法比较直观，用它可进行控制器参数的测定和控制器控制规律的定性分析。 P : PI: PD: PID: 5) 离散化表示法 用离散化的形式表示控制器特性，它用于数字控制器以及各种计算机控制装置。 P: PI: PD: PID: 二、控制器的基本控制规律 比例控制规律 比例积分控制规律 比例微分控制规律 比例积分微分控制规律 (一)比例控制规律 1、定义：只具有比例控制规律的控制器为比例控制器，其输出与输入成比例关系 2、比例控制规律的参数 比例增益Kp 比例度δ δ与Kp的关系 : 3、比例控制规律的特点 快—硬碰硬 有余差 (二)比例积分控制规律 1、积分作用 定义：积分作用的输 出与偏差对时间的积分成比例关系 积分作用的特点 *能消除余差 *慢慢来 积分作用一般不单独使用 2、比例积分控制规律 ——比例与积分两种作用的输出之和 3、积分作用的参数 积分时间TI——反映积分作用的强弱 若取积分作用的输出等于比例作用 积分时间的定义：在阶跃信号输入下，积分作用的输出变化到等于比例作用的输出所经历的时间就是积分时间TI 4、控制点、控制点偏差与控制精度 控制点：对于具有积分作用的控制器，当测量值等于给定值时，其输出可以稳定在任一值上 控制点偏差：具有积分作用的控制器的输出稳定不变时，测量值与给定值之间的微小偏差 控制精度：最大控制点偏差占输入信号范围的百分数 表征控制器减小余差的能力 5、积分增益与开环放大倍数 实际PI控制器的传递函数: 在阶跃输入X 的作用下 控制器输出表达式为 利用始值定理 Y(0)=KPA 利用终值定理 有： 积分