教案正页 - 辽宁石化职业技术学院.DOCVIP

教案正页 授课日期：化机0531班2007年3月 授课班级：化机0531 课 题： 第八章 基本控制规律 教学目的： 熟练地掌握PID控制器控制规律的应用特性，会用控制器的操作方法解释PID控制器的数学模型，为控制器的参数整定打下良好基础。 教具及参考书：《机组控制技术》教材、在仿真实验中完成教学。 讲授过程：（课程内容、教学环节） 教学环节设计: （1）复习提问 （2）导入新课 （3）讲新课 （4）教学互动，在仿真实验中完成教学目标。 （5）小结、作业 教学内容： 8.1 概述 8.2 比例控制（P） 8.3 比例积分控制（PI） 8.4 比例积分微分控制（PID） 8.5 离散PID 控制算法 课程类型： 理论课+仿真实验 重点、难点、技能培养： 重点：会用控制器的操作方法解释PID控制器的数学模型。 难点：会用控制器的操作方法解释PID控制器的数学模型。 技能培养： 理论与仿真操作完全融合在一起教学，培养机组操作工PID控制器参数调整技能。 作业： 选择题（选择正确的答案，将相应的字母添入题内的括号中。） 1．若控制系统在PID调节器的作用下的过渡过程曲线如图8-14，判断原因（ C ） （A）比例度太小 （B）积分时间太短 （C）积分分时间太长 （D）微分时间太短 2．若控制系统在PID调节器的作用下的过渡过程曲线如图8-15，判断原因（ A ） （A）比例度太大 （B）积分时间太长 （C）微分时间太长 （D）微分时间太短 课后记： 理论与仿真操作完全融合在一起教学，很容易解决了教学难点，效果很好。 8.1 概述 无论是何种控制器，都有其基本的控制规律，即控制器输出信号与输入信号之间的关系。控制器的输入信号e（t）是测量值与被控变量的给定值之差。控制器的输出信号是送往执行机构的控制命令。因此控制器的控制规律就是控制器的输出信号随输入信号e（t）变化的规律。 控制器的控制规律来源于人工操作规律，是模仿、总结人工操作经验的基础上发展起来的。控制器的基本控制规律有比例、积分和微分等几种。工业上所用的控制规律是这些基本规律之间的不同组合。此外还有其他如继电特性的位式控制规律等。 为了帮助理解控制器的基本控制规律，先简单介绍人工操作有哪几类规律，以图8-1 热交换器温度控制系统热交换器温度 第一步，有人首先发现热交换器 第二步，若在正常情况下，热交换器 开启圈数 式中z是测量值。比例控制规律模仿上述操作方式，控制器的输出p(t）与偏差e（t）有一一对应关系 式中，是比例控制器的输出；是偏差为零时的控制器输出，；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，在这一例子中，如果工况有变动，阀门开三圈，就不再能使温度保持在85℃ 。 第三步，比例操作方式不能使温度回到设定值，有余差存在。为了消除余差，有人这样做：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 或 由积分式可看出，只要有偏差随时间而存在，控制器输出总是在不断变化，直到偏差为零时，输出才会稳定在某一数值上。 第四步，由于温度过程的容量滞后较大，当出现偏差时，其数值已较大，为此，有人再补充这样的经验，观察偏差的变化速度即趋势来开启阀门的圈数，这样可抑制偏差幅度，易于控制。 微分控制规律就是模仿这种操作方式，控制器的输出与偏差变化速度成正比，用数学公式表示为 控制规律的描述通常有表达式和阶跃响应曲线两种方式。其中阶跃响应曲线反映的是在阶跃偏差作用下，控制器的输出信号随时间的变化规律。特别注意阶跃响应曲线与前面提到的过渡过程曲线之间的关系（过渡过程曲线是指在阶跃偏差作用下，被控变量随时间变化的情况）。控制器的控制规律与控制器的原理、结构无关，因此可以抛开控制器而单独来研究控制规律。 基本控制规律有双位控制、比例控制（P）、积分控制（I）和微分控制（D）等。在实际应用中，更多应用的是P、I、D的某种组合，如PI控制、PID控制等。 双位控制，顾名思义，是指控制器只有两个输出值——最大和最小，对应的控制阀只有两个工作位置——全开和全关，因此双位控制又称为开关控制。双位控制简单易懂，这里就不过多介绍了。下面具体介绍P、I、D控制规律。 8.2 比例控制（P） 8.2.1 比例控制规律 是指控制器输出的变化量与被