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第五章 控制规律 《化工过程自动化技术》 复习引入： 过程控制装置： 检测变送 控制器 执行器 Y 检 测→中间信号 变送器 →标准信号 差压变送器： △P信号 →标准信号 0.02～0.1 Mpa 4～20 mA (1～5V) 0～10 mA (0～5V) 控制器： 作用：将偏差信号（检测信号与给定信号进行比较）进行运算，产生控制信号（作用于执行器）。 其运算规律称为控制规律。 ———控制器的输出控制信号与输入偏差信号的关系。 控制规律 e u 注意：e= z (测量值)—x(给定值) △u 一、基本控制规律： 比例 （P） 积分 （I） 微分 （D） 1、比例控制规律： 定义：输出信号变化量 △u 与偏差信号 e 之间成比例关系。 公式： △u =KPe KP：比例放大倍数 e t △u t t0 A KP A u t 0 KP A u0 u1 KP 是反映比例控制作用强弱的重要系数。 KP 越大；比例控制作用越强。 应用中通常用比例度（δ）代替 KP 表示比例控制作用强弱。 比例度定义： 输入信号相对变化量 与输出信号相对变化量之比的百分数。 公式： 对标准输入输出： δ=1/ KP ×100% 比例作用特点： ① 控制作用及时 ② 控制结果存在余差（可以单独使用） 2、积分控制规律（I）： 定义：输出信号变化量 △u 与偏差信号 e 的积分成正比关系。 公式： △u =KI ∫ edt KI：积分速度（放大倍数） e t △u t 0 A KIAt 应用中通常用积分时间TI代替 KI 表示积分控制作用强弱。 TI =1/ KI =1/ TI ∫ edt TI 是反映积分控制作用强弱的系数。 TI 越小；积分控制作用越强。 积分作用特点： ① 控制结果消除余差 ② 控制作用慢（不单独使用） 3、微分控制规律（D）： 定义：输出信号变化量 △u 与偏差信号 e 的变化速度成正比。 公式： △u = TD TD：微分时间 e t △u t t0 A TDA 若 e=At; 则 △u = TDA TD 是反映微分控制作用强弱的系数。 TD 越大；微分控制作用越强。 微分作用特点： ① 超前控制作用 ② 不能单独使用 0 小 结： P ：△u =KPe I ： △u =1/ TI ∫ edt D ： △u = TD δ 作用及时 消除余差 超前作用 二、组合控制规律： 组合形式：PI、PD、PID 1、比例积分控制规律： 公式： △u =Kp（e+ ∫ edt） e t △u t t=0 A t＜0时： △u =0 t=0时： △u =KpA KpA t＞0时： △u =KpA+ t 比例 积分 特点： ① 控制作用强（P） ② 控制结果消除余差（I） t=TI 2、比例微分控制规律： 公式： △u =Kp（e+TD ） ——理想PD特性 e t △u t t=0 A 理想PD特性曲线 KpA 实际PD特性曲线 e t △u t t=0 A KPKDA KpA ① 控制作用及时（P） ②具有超前控制作用（D） 特点： 3、比例积分微分控制规律（PID）： 公式： △u =Kp（e + edt +TD ） e t △u t t=0 A KpA KPA（KD -1） 微分先行、比例及时、积分消除余差。 特点： 分析： ① TD =0；→PI ② TI =∞；→PD ③ TD =0 TI =∞ →P 三、控制参数对控制系统过渡过程的影响： 控制器参数： ——δ、 TI 、 TD δ↓、 TI ↓ 、 TD↑ 增强控制作用 系统稳定性下降 结论：应用中， δ、 TI 、 TD 要适当 四、控制器的作用方向： e ↑ → △ u ↑ 正作用 e ↑ → △ u ↓ 反作用 五、控制器的工作状态： “自动”状态：输出由控制规律根据输入信号产生。 “手动”状态： （软手动、硬手动）输出由人工操作。 面板见P122页 第五章 控制规律 《化工过程自动化技术》