六章 控制器.pptVIP

化工过程自动化 西北民族大学 化工学院 6 控制器 6.1 概述 6.2 基本控制规律 6.3 模拟式控制器 6.4 数字式控制器 6.1 概述 控制器是控制系统的核心。 6.1.1 控制器的作用 6.1.2 控制器的分类 6.1.1 控制器的作用 控制器的作用：控制执行器，改变操纵变量，使被控变量符合生产要求。 控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传送过来的信息与被控变量的设定值比较后得到偏差，然后根据偏差按照一定的控制规律进行运算，最终输出控制信号作用于执行器上。 6.1.2 控制器的分类 控制器一般可按能源形式、信号类型和结构形式进行分类。 （1）按能源形式：电动和气动 （2）按信号类型：模拟式和数字式 （3）按结构形式：基地式、单元组合式、组装式、集散控制系统 气动控制仪表 气动控制仪表发展较早，其特点是结构简单、性能稳定、可靠性高、价格便宜，且在本质上安全防爆，因此广泛应用于石油、化工等有爆炸危险的场所。 电动控制仪表 电动控制仪表相对气动控制仪表出现得较晚，但由于电动控制仪表在信号的传输、放大、变换处理，实现远距离监视操作等方面比气动仪表容易得多，并且容易与计算机等现代化信息技术工具联用，因此电动控制仪表的发展极为迅速，应用极为广泛。近年来，电动控制仪表普遍采取了安全火花防爆措施，解决了防爆问题，所以在易燃易爆的危险场所也能使用电动控制仪表。 目前采用的控制器以电动控制器占绝大多数。 模拟式控制仪表 模拟式控制仪表的传输信号通常是连续变化的模拟量，其线路较为简单，操作方便，在过程控制中已经广泛应用。 数字式控制仪表 数字式控制仪表的传输信号通常是断续变化的数字量，以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越，能够解决模拟式仪表难以解决的问题。近二十年来数字式控制仪表不断涌现新品种应用于过程控制中，以提高控制质量。 基地式控制仪表 基地式控制仪表将控制机构与指示、记录机构组成一体，结构简单，但通用性差，使用不够灵活，一般仅用于一些简单控制系统。 单元组合式控制仪表 单元组合式控制仪表是将整套仪表划分成能独立实现某种功能的若干单元，各个单元之间用统一标准信号联系。将各个单元进行不同的组合，可以构成具有各种功能的控制系统，使用灵活方便。 目前使用较多的单元组合式控制器属电动Ⅲ型，而在一些老装置上电动Ⅱ型控制器还在使用，气动单元控制器由于控制滞后太大已经很少使用。 组装式控制器 组装式控制器是在单元组合仪表的基础上发展起来的一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。 集散控制系统 随着计算机技术发展，出现了各种以微处理器为基础的控制器，在结构、功能、可靠性等各个方面都使控制器进入一个新阶段。近二十多年来出现了许多基于集散控制系统或者现场总线的控制器，它们除了控制功能外，还具有网络通信等功能，适应信息社会大规模生产需要。 6.2 基本控制规律 6.2.1 基本概念 6.2.2 双位控制 6.2.3 比例控制(P) 6.2.4 比例积分控制(PI) 6.2.5 比例微分控制(PD) 6.2.6 比例积分微分控制(PID) 6.2.1 基本概念 过程控制一般是指连续控制系统，控制器的输出随时间的变化发生连续变化。不管是何种控制器，都有其基本的控制规律。 控制规律的定义：是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。 控制器的输入信号e(t)：是测量值y(t)与被控变量的设定值之差 ，即e(t)=y(t)-r(t)； 控制器的输出信号：是送往执行机构的控制命令u(t)。 基本的控制规律 研究控制器的控制规律时是把控制器与系统断开的，即只在开环时单独研究控制器本身的特性。 在研究控制器的控制规律时，经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号u(t)随时间的变化规律。 基本的控制规律共有四种，即：位式控制（其中以双位控制比较常见）、比例控制、积分控制、微分控制，以及它们的组合形式。 研究基本的控制规律的意义 不同的控制规律适应不同的生产要求，必须根据生产要求来选用适当的控制规律。 如选用不当，不但不能起到好的作用，反而会使控制过程恶化，甚至造成事故。 要选用合适的控制器，首先必须了解常用的几种控制规律的特点与适用条件，然后，根据过渡过程品质指标要求，结合具体对象特性，才能做出正确的选择。 举例说明选用控制系统 以蒸汽加热反应釜为例：设反应温度为85℃，反应过程是轻微放热的，还需要从外界补充一些热量。 双位控制 发现温度一低于85℃，就把蒸汽阀门全开，一高于85℃，就全关，这种做法称双位控制，因为阀门开度只有两个位置，全开或全关。 可以看到，阀门在全开时，供应的蒸汽量一定多于需要量，因此温度将会上升，超过设定值85℃；阀门在全关时，供应的蒸汽量一定少于需要量，因此温度将