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第3章 过程控制仪表 §3-1 基本控制规律 过程控制系统的质量，取决于被控对象的特性和控制器的特性。 控制器的特性，就是指控制器的输出信号随着输入信号变化的规律，又称作控制律。 §3-1 基本控制规律 在过程控制中，控制器的输入定义为被控变量的测量值 y 与给定值 r 的偏差 e ： e = y - r 控制器的输出就是控制器送往执行器的控制信号 u，所以控制器中的控制规律可以用下面的数学关系表示： u = f (e) §3-1 基本控制规律 最简单的控制律：位式控制 PID控制律： 比例控制（P） 积分控制（I） 微分控制（D） PID 一、位式控制 位式控制规律可分为双位控制和多位控制。 双位控制的特性可以用下面的数学表达式来描述。 双位控制律 双位控制律缺点： 执行部件的动作非常频繁，这样使系统中的运动部件（继电器、电磁阀）易于损坏，降低了控制系统的可靠性。 改进双位控制律：具有中间区的双位控制 优点： 结构简单，成本较低，且易于实现，适用于某些对控制质量要求不高的应用场合。 如：空气压缩机贮罐的压力控制、恒温箱、 电烘箱的温度控制等。 缺点： 被控变量总是处在震荡过程，控制质量低。 注：位式控制是比例控制的特例。 当比例控制的比例度设定为0、比例增益趋近于 无穷大时，便成了一个位式控制器。 二、比例控制 1. 比例控制规律 比例控制规律是指控制器的输出变化量与输入偏差成比例关系，一般用字母 P 表示。 比例控制规律的数学表达式为： u = KP e 式中 u ― 控制器的输出变化量； e ― 控制器的输入，即被控变量测量值与 控制器的给定值之差； KP― 比例控制的放大倍数， 又称为比例增益。 比例度就是指控制器的输入相对变化量与对应的输出相对变化量的百分比。 物理意义： 例：在一个电动比例控制器构成的温度控制系统中，被控变量检测仪表的量程范围为：200-300℃，控制器的输出范围为0-10mA，当温度从250 ℃变化到270 ℃，相应的控制器输出信号从4mA变化到9mA，控制器的比例度？ 2．比例控制的特点 显著特点：有差控制，只有当偏差出现，才产生控制动作，偏差越大，控制器输出变化也越大。 快速及时。 缺点：有余差。 比例控制系统适用于干扰较小、不频繁，对象滞后较小而时间常数较大，控制精确度要求不高的场合。 例: 水加热器温度控制系统 3 ．比例度对控制过程的影响 比例度影响可从静态和动态两个方面考虑： 比例度对系统静态特性的影响是：比例度越大（即放大倍数 KP越小），控制过程达到稳态时的余差就越大。 对动态特性的影响：减小比例度虽然有利于减小系统达到新稳态时的余差，但却影响到系统的动态特性，使控制系统的稳定性下降。 三、比例积分控制 (PI) 1．积分控制规律及其特点 积分控制规律是指控制器的输出变化量与输入偏差的积分成比例关系，一般用字母 I 表示。 积分控制规律的数学表达式为： 积分控制规律的特点： 积分作用能够消除余差，这是积分控制规律最显著的特点，也是它的突出优点； 主要缺点：不能及时克服干扰，会使控制系统的稳定性下降； 积分控制规律一般不单独使用。 2．比例积分控制规律 比例积分控制规律是由比例控制规律和积分控制规律结合而成，一般用字母 Pl 表示。 比例积分控制规律的数学表达式为： PI 控制规律结合了比例控制与积分控制的优点，既能快速克服干扰，又能消除系统的余差。 3．积分时间对过渡过程的影响 比例积分（PI）控制器，比例度δ（或比例增益 KP）和积分时间 TI 都是可调参数。 讨论：积分时间 TI 过大和过小对控制效果的影响。 微分控制规律的特点： 微分作用是依据偏差的变化速度来进行控制，偏差变化速度越大，控制器输出越大。对固定不变的偏差，控制器输出为零。 由于微分作用总是力图抑制被控变量的变化，所以它有提高控制系统稳定性的作用。 不能消除余差。 微分控制规律一般不单独使用。 2．比例微分控制规律 理想的比例微分控制规律，可以用下式表示： 控制仪表 §3-2 DDZ-Ⅲ 型调节器 一、主要功能 接收信号：1-5V DC信号。 实现偏差检测：将接收信号与给定值信号进行比较，得到偏差信号。 PID计算：将偏差信号进行PID运算，产生相应的4-20mA控制信号。 具备相应值的指示功能。 二、构成原理 控制单元：由自动操作和手动操作组成。 控制单元的内外给定值功能： 控制器的正反作用功能： §3-3 KMM 可编程调节器 KMM正