5控制规律3.ppt

以热交换器温度控制系统为例：设热交换器出口温度正常操作时应为85 ℃，载热体是蒸汽。 人工操作（1）：双位控制 比例调节：调节器的输出和输入成比例关系 传递函数为： KP：调节器的放大倍数 比例度δ的概念： δ用来表示P作用的强弱，δ↑→P作用↓ 比例度对过渡过程的影响 如加热炉温度自动控制中，当系统处于平衡状态时，被控量（炉温不变） 系统受到扰动后（负荷加大），被控量（炉温）发生变化，开始下降 通过比例调节器使调节阀开度开大，煤气或重油量增加，使被控量（炉温）下降速度逐渐缓慢下来，达到新的稳定值。结束 此时被控量（炉温）的新的稳定值与给定值不相等-----有差控制。 比例度对余差的影响是：比例度越大放大倍数Ｋp越小，偏差就越大，控制过程的余差就越大；反之，减少比例度，余差也随之减少。 若对象时间常数较大以及放大系数较小时，调节器的比例度可选的小一些，以提高整个系统的灵敏度，使反应加快一些。 特点：控制及时，无滞后，最简单，容易实现，特性参数调整简便容易。 应用：纯比例用于负荷变化不大，对象滞后不大，工艺上允许存在稳态偏差。 人工操作（2）：比例控制 式中u(t)是比例控制器的输出；u(0)是偏差e为零时的控制器输出，e=y-r；Kc是控制器的比例放大倍数。 比例控制的缺点是在负荷变化时有余差。例如，在该例子中，如果工况有变动，阀门开三圈，就不再能使温度保持在85℃。 比例操作方式不能使温度回到设定值，有余差存在。： 人工操作（2）：比例控制 积分控制的特点： 1）I 是无差控制，偏差为0时，I调节器的输出才保持不变。被控过程在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量没有残差，而调节阀则可以停在新的负荷所要求的开度上。 其调节阀的开度与当时被调量的数值本身没有直接关系----------浮动调节 2）稳定性比P调节差。对于非自平衡的被控过程，采用P调节时，只要加大比例带总可以使系统稳定（除非被控过程含有一个以上的积分环节）；如果采用I调节则不可能得到稳定的系统。 3）同一被控过程，采用I调节过程的进行总比采用P调节时缓慢，表现在振荡频率较低。 4）积分控制作用的动作迟缓、滞后，尤其在前期积分控制作用很小，因此不能及时医治系统最大动偏差的增长。说明积分控制的动特性不好，对控制不利。 积分速度对调节过程的影响： 采用I调节时，控制系统的开环增益与积分速度成正比。因此，增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直至最后出现发散的振荡过程。 积分速度越大，T1越小，则调节阀的动作越快，就越容易引起和加剧振荡。 同时振荡频率越来越高，而最大动态偏差越来越小。 应用场合 凡是要求没有稳定偏差的系统 对同一被控过程，若分别采用P和I调节，并采用相同的衰减率。 振荡频率低 I调节：反应慢，能消除静差，稳定性差 P调节：反应快，不能消除静差，稳定性较好 把阀门开启数圈后，不断观察测量值，若低于85℃，则慢慢地继续开大阀门；若高于85℃，则慢慢地把阀门关小，直到温度回到85℃。与上一方式的基本差别是，这种方式是按偏差来决定阀门开启或关闭的速度，而不是直接决定阀门开启的圈数。 积分控制规律就是模仿上述操作方式。控制器输出的变化速度与偏差成正比，即 比例积分控制（PI） ε :为阶跃信号时 比例积分控制（PI） 特性参数： 1）比例度：比例度小时，比例控制作用强；同时它还对积分控制作用的强弱有影响。它对过渡过程的平稳性（衰减率）影响更大。 由式中可以看出，当积分时间不变时，若减小比例度，将使积分控制作用增强。 结论： 在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余差，然而降低了系统的稳定性；若要保持系统原有的衰减比，必须相应加大控制器的比例度，这会使系统的其它控制指标下降。因此，如果余差不是主要的控制指标，就没有必要引入积分作用。 由于比例积分控制器具有比例和积分控制的优点，有比例度δ和TI两个参数可供选择，因此适用范围比较宽广，多数控制系统都可以采用。 微分控制 理想的微分控制规律，其输出信号Δu(t)正比于输入信号e(t) 变化的速度。 TD为微分时间， TD大，则u(t)就大，微分控制作用就强。反之，控制作用弱 通常给定值r(t)不变，故偏差变化的速度实质上反映了被控量测量值cm(t)的变化速度。 微分控制 理想微分器在阶跃偏差信号作用下的开环输出特性是一个幅度无穷大、脉宽趋于零的尖脉冲，输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在与否无关，即偏差固定不变时，不论其数值有多大，微分作用都无输出。纯粹的微分控制是无益的，因此常将微分控制与比例控制结合在一起使用。 微分控制 （2）比