过程控制技术第二版课件教学课件 ppt 作者 王爱广 黎洪坤 主编Course_08.ppt

过程控制技术 第八讲 常规控制规律对过程控制质量的影响 3 过程控制系统的分析 常规控制器的控制规律 （1）比例控制规律 具有这种控制规律的控制器，其输出p（t）与输入偏差信号ｅ（t）之间的关系为： p（t）＝Ｋcｅ（ｔ） 或传递函数： （３-22） 3 过程控制系统的分析 图3-10 比例控制器方块图 3 过程控制系统的分析 式中Ｋc叫做控制器的比例放大倍数，故比例控制器实际上是一个可调增益（放大倍数）的放大器。在相同输入偏差ｅ（ｔ）下，Ｋc越大，输出p（ｔ）也越大，所以Ｋc是衡量比例控制作用强弱的因素。它的方块图如图３-１0所示。 在过程控制仪表中，一般用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。比例度δ定义为： 3 过程控制系统的分析 ×100％ 3 过程控制系统的分析 3 过程控制系统的分析 （3）比例积分微分控制规律  ①微分控制规律 理想的微分控制规律数学表达式为： 3 过程控制系统的分析 3 过程控制系统的分析 ②比例微分控制规律 理想的比例微分控制规律的数学表达式为： 3 过程控制系统的分析 当ｔ＝ 0＋时： p（t）＝ＫcＡ＋ＫcＡ（Ｋd-1）＝ＫcＫdＡ 当ｔ→∞时： p（ｔ）＝ＫcＡ 当ｔ＝Ｔd/Ｋd时： p（t）＝ＫcＡ＋0.368ＫcＡ（Ｋd-1） 因此，实际比例微分控制规律在幅度为Ａ的阶跃偏差作用下的开环输出特性，如图３-16所示。微分增益Ｋd越大，微分作用越强；时间常数Ｔ越大，也反映微分作用越强。所以，微分时间Ｔd＝ＴＫd。因此微分时间越大，表明微分作用越强。 3 过程控制系统的分析 ③比例积分微分控制规律 理想的比例、积分、微分三作用控制器控制规律的数学表达式为： 3 过程控制系统的分析 3 过程控制系统的分析 当有阶跃偏差作用时，微分作用超前动作抑制偏差，同时比例作用动作减小偏差，积分作用最后慢慢地消除偏差。所以，三作用控制器的参数（δ、Ｔi、Ｔd）如选择得当，可以充分发挥三种控制规律的优点，而得到较满意的控制质量。 3 过程控制系统的分析 （2）比例积分控制规律  具有这种控制规律的控制器，是在比例控制规律的基础上加积分控制规律，其数学表达式为： 3 过程控制系统的分析 3 过程控制系统的分析 常规控制器的控制规律对过程控制质量的影响 由上述分析知道了三作用控制器的参数与规律的关系：比例度δ越小，比例放大倍数Ｋc越大，表明比例控制作用越强；积分时间Ｔi越小，积分输出的速度越快，表明积分控制作用越强；微分时间Ｔd越大，微分输出保持的就越长，表明微分控制作用越强。下面来分析和讨论控制器的比例度δ、积分时间Ｔi、微分时间Ｔd对过程控制质量的影响，为ＰＩＤ三作用控制器在过程控制工程中的参数（δ、Ｔi、Ｔd）整定，奠定理论基础。 3 过程控制系统的分析 １.比例控制规律对过程控制质量的影响 仍以图３-3蒸汽直接加热器温度控制系统为例，把图３-4所示的控制系统方块图改画成定值控制系统（扰动作用下）形式的方块图，如图３-20所示。 3 过程控制系统的分析 在扰动作用下Ｚ（ｓ）与Ｆ（ｓ）之间的闭环传递函数为： 比例控制规律对过程控制质量的影响可以从下面几个方面来讨论。 （1）稳定性 控制系统过渡过程的稳定性常用衰减系数ζ来衡量。衰减系数ζ越大，过渡过程振荡越小，系统就越稳定。对于式（３-30）所表示的二阶系统，特征方程式是： 3 过程控制系统的分析 其中： 则有： 3 过程控制系统的分析 由式（３-31）可知系统稳定性与ζp的关系 ①当Ｋc较小时，ζp值较大，并有可能大于１，这时过渡过程为不振荡过程；随着Ｋc的增加，ζp值逐渐减小，直至小于１，相应的过渡过程将由不振荡过程而变为不振荡与振荡的临界状况直至衰减振荡过程；随着Ｋc的 继续增大，ζp值继续减小，过渡过程的振荡加剧。可通过理论与试验加以验证（略），见图３-21所示。 3 过程控制系统的分析 ②无论Ｋc值增到多大，ζp不可能小于零，因而这个系统不会出现发散振荡，所以系统总