[工学]过程控制-第二章.ppt

正反作用的选择原则广义过程 为＋时， 选反作用控制器 广义过程 为－时， 选正作用控制器 例：一个温度控制系统，温度变送器的量程为100－200℃，当温度变化4℃时，可使调节阀从50％到70％变化，比例带 比例带＝输入/ 输出； 比例带越大，控制作用越弱；比例带越小，控制作用越强。 系统的静态工作点：系统的静态工作点应在过程与调节器的两条静态特性的交点O上。 调节动作：入口流量D↓→温度↑→调节器使阀门↓→正确的控制使温度趋于↓，最终达到一个新的平衡点A。 终点：新的温度高于O的温度，新的阀门位置低于?O 温度偏差与控制器输出或阀门位置一一对应，控制结果必然有静态偏差 五、比例微分调节（PD调节） 微分调节的特点 比例调节和积分调节都是根据当时偏差的大小和方向进行调节的，而微分调节是根据被调量的变化速度以某种程度的预见性进行调节。即调节器输出： 其中，u 为调节器输出，e 为误差，S2为微分速度。 微分调节器是不能独立工作的，因为实际的调节器都有一定的失灵区，如果被控对象的流入和流出量相差很小时，调节器将不会工作。但经过长时间后，被调量偏差积累较大而得不到校正将造成极大危害。因此，它要和比例、比例积分结合起来，形成PD或PID调节器。 为微分时间 2. 比例微分调节规律 由上式取拉氏变换的传递函数为： 但该传递函数在物理上很难实现，实际应用中采用PD调节的传递函数为（超前－滞后环节）： 为微分增益（一般选5－10），上式对应的阶跃响应为： （2－17） 由（2－17）式所得到的阶跃响应如图： Cha2_5 从图中可以得到PD控制器中的三个参数 根据PD调节器的斜波响应可测定微分时间 见图： （图2－12） PD输出为虚线情况，从图看到微分的引入， 使输出的变化提前发生。提前的时间为Td。 实际应用PD调节器时，对上式所表示的传递函数的微分增益 取值比较大，因此分析PD调节的数学模型时，可近似使用。 . 比例微分调节的特点 比例微分调节与P调节类似，它也是有差调节 PD P 微分调节动作总是抑制被调量的振荡，它有提高控制系统稳定性作用。 采用P和 PD调节整定到相同的衰减率时，PD一般比P调节达到的稳态值要低，因此，应适当引入微分，不可过大。常常在振荡过大时引入微分调节。它主要起辅助调节作用，其次它的抗干扰能力较差。 4. 使用微分作用需注意的几点 a. 微分作用的强弱要适当； b. 适于滞后较大的对象 c. 大噪声对象不能用； d. 微分增益KD1 六、比例积分微分调节 PID控制器的动作规律 其中， 参数的意义与PI, PD调节器相同。 或 取拉氏变换的传递函数为： 工业过程控制中，根据不同情况，采用不同控制方法，下图表示同一对象在相同阶跃扰动下，不同调节方法的比较： 其中： F称相互干扰系数 上式表示的运动规律是难以实现的。工业实际采用的PID调节器的传递函数为： 积分调节 比例积分 比例 比例微分 比例积分微分 Cha2_7 虽然PID的调节效果最好，并不意味着所有的系统都是合理的，因为它有三个参数要整定，如果整定不合适，则可能导致系统不稳定，适得其反。使用何种调节规律一般可按：先比例 ，再积分，然后才把微分加 *对象时间常数大或迟延时间长，应引入D作用，若系统允许有残差，则可选PD调节；系统要求无差，则选PID规律。 *对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统要求无差，则使用PI调节。（如锅炉水位控制等） *对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统不要求无差，则使用P调节。（如锅炉高加水位控制等） *对象时间常数或迟延时间很长，受扰动影响也很大，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。（如汽温控制系统） 若广义对象的传递函数可近视表示为典型的自衡过程 ，选择P或PI调节 ，选择PD或PID调节 ，用复杂控制。 七 积分饱和及其防治 对于一个常规PI 和PID控制器，只要受控量与设定值之间有偏差，控制器的积分动作就要使它的输出不停的变化。如果由于阀门已关（或全开）泵出现故障等原因而失去控制作用，那么偏差不会被消除。然而控制器还要校正这个偏差，如果给以足够时间，积分动作将达到某个限值，并停留在该值，这种情况称积分饱和。 积分饱和限值一般要比使控制阀全开－全关等信号范围大得多。如气动阀得输入有效信号范围是0.02--0.1MPa,而气动控制器得饱和上限约等于气源压力（0.14-0.16MPa)，例：