过程控制装置概述.pptVIP

第4章 过程控制装置;4.3 调节器; 按照调节仪表测量值和输出信号的关系，调节器可以分为正作用调节器和反作用调节器两类： 假如被调参数的测量值增加时，调节器的输出信号也增加，则称为正作用调节器；测量值增加时输出信号减小，则称为反作用调节器。 正作用：变送器输出Z↑→调节器输出u↑; 被调量偏差e↑=Z-X→u↑; 给定值X↑→u↓ 反作用：Z↑→u↓; e↑=Z-X→u↓; X↑→u↑ 按照调节规律的不同分比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器和三作用调节器。 ;按照仪表所用能源，调节器可以分为两类。 ①直接作用调节器(自力式调节器) 这种调节器不用外加能源，利用被调介质本身能源工作。这种调节器多用于调压、稳流等要求不很严的就地调节系统。结构简单，价格低廉。 ②间接作用调节器 这种调节器利用外加能源，按照外加能源的不同，有电动调节器、气动调节器及液动调节器。在化工生产中以电动及气动应用得多。具有性能稳定、便于远距离传送等特点。;1、调节器的调节规律 调节规律是把调节器和系统断开后，调节器的输出信号u与输入信号e间随时间变化的规律。通常研究阶跃信号的输出信号变化规律。 调节器的基本调节规律有位式调节（其中以双位调节比较常用）、比例调节（P）、积分调节（l）、微分调节（D）及其组合形式，如比例积分调节（PI）、比例微分调节（PD）和比例积分微分调节（PID）。;1.1 位式调节规律 理想的双位调节规律的数学表达式为：;1.2 比例调节规律 （P） ;（2）比例度 工业上调节器常常采用比例度来表示比例作用的强弱。比例度是指调节器的输入相对变化量与相应输出的相对变化量之比的百分数。 ;P控制（比例控制） 比例控制器的时域关系： u(t)=KP ε(t) 传递函数为：;Kp1时 1、开环增益加大，稳态误差减小。即改善了系统的稳态性能 2、幅值穿越频率ωc增大，过渡过程时间ts缩短。即改善了系统的快速性;1.3 比例积分调节规律 积分控制的作用：力图消除余差。 积分时间的理解：积分时间表征积分作用的强弱，TI越小，积分速率越大，积分作用越强。其大小为在阶跃偏差输入作用下，调节器的输出达到比例输出两倍时所经历的时间。 积分时间对过渡过程的影响 在PI控制系统中，积分时间对过渡过程有双重影响，一方面积分作用的引入消除了系统的余差，而另一方面却降低了系统的其他品质指标。;Kp=1时，频率特性、对数幅频特性和对数相频特性为：;Kp=1时;1.4 比例微分调节规律(PD) 理想数学表达式为;微分时间对过渡过程的影响 在比例微分控制系统中，若保持调节器的比例度不变，微分时间对过渡过程的影响如图所示。微分时间TD太小，对系统的品质指标影响甚微，如图中的曲线1，随着微分时间的增加，微分作用增强；当TD适当时，控制系统的品质指标将得到全面的改善，如图中的曲线2；但若微分作用太强，反而会引起系统振荡，如图中的曲线3。可见，微分作用的强弱用微分时间来衡量，对于控制系统TD要适当。;1.5 比例积分微分调节规律(PID) 理想PID数学表达式为;工业PID调节器的阶跃响应曲线如图;1.6 调节规律的选取 控制规律的选取可参考如下几点。 ◆简单控制系统适用于控制负荷变化较小的被控对象，如果负荷变化较大，无论选择那种调节规律，简单控制系统都很难得到满意的控制质量，此时，应选用复杂控制系统。 ◆在一般的控制系统中，比例控制是必不可少的。当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，而工艺要求不高时，可选择单纯的比例（P）调节规律。 ◆当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，而工艺要求无余差时，可选用比例积分（PI）调节规律。 ◆当广义对象控制通道时间常数较大或容量滞后较大时，应引入微分作用。若工艺允许有余差，可选取比例微分（PD）调节规律；如工艺要求无余差时，则选用比例积分微分（PID）调节规律，如温度、成分、pH等参数的控制。;2、调节器调节规律的实现方法;调节规律实现基本原理：下图是构成各种调节规律的方框图。用传递函数表示;;;3、气动调节器 模拟调节器一般有气动调节器和电动调节器。其作用是将被控变量测量值与给定值进行比较，然后对偏差进行比例、积分、微分等运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。 气动单元组合仪表QDZ中的控制单元为气动调节器，它的输入、输出信号均采用20～100kPa的标准气压信号。目前使用的气动调节器，其工