[理学]化工仪表自动化_第5章.ppt

化工仪表自动化 四川理工学院电信系自动化教研室 第五章 自动控制仪表 5.1 概述 5.2基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 5.3 模拟式控制器 5.4 数字式控制器 5.5 可编程序控制器 5.1 概述 自动控制仪表在自动控制系统中的作用是将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一定的信号形式送住执行器，以实现对于被控变量的自动控制。 5.1 概述 控制仪表的发展来看，大体上经历了三个阶段： 1．基地式控制仪表 这类控制仪表一般是与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内，同时具有检测、控制与显示的功能，所以它的结构简单、价格低廉、使用方便。 通用性差，信号不易传递，故一般只应用于一些简单控制系统；在一些中、小工厂中的特定生产岗位，这种控制装置仍被采用并具有一定的优越性。 5.1 概述 2．单元组合式仪表中的控制单元 单元组合式仪表是将仪表按其功能的不同分成若干单元(例变送单元、定值单元、控制单元、显示单元等)，每个单元只完成其中的一种功能，各个单元之间以统一的标准信号相互联系。 单元组合式控制仪表有气动与电动两大类。目前国产的气动控制仪表例如QDZ—Ⅰ型(膜片型)、QDZ—Ⅱ型(波纹管型)，采用的是20~100kPa的气动标准信号。电动控制仪表例如DDZ—Ⅱ型，采用的是0~10mA信号；DDZ—Ⅲ型，采用的是4~20mA信号。 5.1 概述 5.1 概述 3．以微处理器为基元的控制装置 微处理器自从70年代初出现以来，由于它灵敏、可靠、价廉、性能好，很快在自动控制领域得到广泛的应用。以微处理器为基元的控制装置其控制功能丰富、操作方便，很容易构成各种复杂控制系统。 目前，在自动控制系统中应用的以微处理器为基元的控制装置主要有总体分散控制装置、单回路数字控制器、可编程数字控制器(PLC)和微计算机系统等。 5.2基本控制规律及对系统过渡过程的影响 5.2基本控制规律及对系统过渡过程的影响 研究控制器的控制规律时是把控制器和系统断开的，即只在开环时单独研究控制器本身的特性。 所谓控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。 控制器的输入信号是经比较机构后的偏差信号e，在分析自动化系统时，偏差采用e＝x－z，但在单独分析控制仪表时，习惯上采用测量值减去给定值作为偏差。 控制器的输出信号就是控制器送往执行器(常用气动执行器)的信号p。 5.2基本控制规律及对系统过渡过程的影响 控制器的控制规律就是指p与e之间的函数关系，即： 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p随时间的变化规律。 控制器的基本控制规律有位式控制(其中以双位控制比较常用)、比例控制(Propotional)、积分控制(Integral)、微分控制(Derivative)及它们的组合形式，如比例积分控制(PI)、比例微分控制(PD)和比例积分微分控制(PID)。 双位控制 双位控制的动作规律是当测量值大于给定值时，控制器的输出为最大（或最小），而当测量值小于给定值时，则输出为最小（或最大），即控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开和关两个极限位置，因此又称开关控制。 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 理想双位控制的特性如图所示： 双位控制 典型双位控制的原理图 该系统利用电极或液位计来控制贮槽的液位。槽内装有一个电极，作为液位的测量装置。电极的一端与继电器的线圈 J 相接；另一端正好处于液位给定值的位置上。导电流体经装有电磁阀 V 的管线进入贮槽，再由出料管流出。贮槽的外壳接地。 双位控制 按理想的双位控制特性工作的控制机构，动作非常频繁，这样会使系统中的运动部件（例如继电器、电磁阀等）因动作频繁而损坏，因此实际应用的双位控制器具有一个中间区。 其特性可表示为 双位控制 具有中间区的双位控制特性如图所示。 双位控制 若上述液位控制系统采用具有中间区的双位控制。则控制过程如下： 双位控制 双位控制过程中不采用对连续控制作用下的衰减振荡过程所提的那些品质指标，一般采用振幅与周期作为品质指标。 双位控制的特点： 结构简单，成本较低，易于实现，因此应用很普遍。 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。 除了双位控制外，还有三位(即具有一个中间位置)或更多位的，包括双位在内，这一类统称为位式控制，它们的工作原理基本上一样。 比例控制 在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的等幅振荡过程。 为了避免这种情况，应该使控制阀的开度（即控制器的输出值）与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定