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第五章 自动控制仪表 返回首页 第一节 概述 第二节?控制器的基本控制规律 第一节 概述 在自动化系统中，检测仪表将被控变量转换成测量信号后，一方面送显示仪表进行显示记录。另一方面还送到控制仪表，调节被控变量到预定的数值上。此处的控制仪表包括调节器、变送器、运算器、执行器等，它的发展经历了基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组装式综合控制装置、计算机控制系统等阶段。 基地式控制仪表是以指示、记录仪表为主体，附加控制机构所组成的装置。 单元组合式控制仪表是将整套仪表按照功能划分成若干独立的单元，各单元之间用统一的标准信号连接。单元组合式控制仪表按照连接信号的不同可分为气动单元组合式(QDZ)控制仪表和电动单元组合式(DDZ)控制仪表两类。 电动单元组合式控制仪表除了可以组合构成各种复杂的检测和控制系统外，还具有便于信号远传以及和气动单元组合仪表、工业控制计算机联用的优点。电动单元组合仪表的发展，经历了DDZ-Ⅰ型、DDZ－Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-Ⅳ型四个发展阶段。本章我们将重点介绍DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型调节器。 第二节、控制器的基本控制规律 所谓控制器的控制规律是指控制器输出信号p与输入信号e=z-x之间的函数关系，在研究控制器的控制规律时，经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。 控制器的基本控制规律有位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制（P）、积分控制（I）和微分控制（D）。实际应用中常用的是比例控制（P）及它们的组合形式：比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）和比例积分微分控制（PID）。 选用适当的控制规律 控制规律如果选用不当，不但不能起到好的作用，反而会使控制过程恶化，甚至造成事故。要选用合适的控制器，首先必须了解常用的几种控制规律的特点与适用条件，然后，根据过渡过程的品质指标要求，结合具体对象特性，才能作出正确的选择。 一、双位控制 双位控制的动作规律是当测量值大于给定值时，控制器的输出为最大（或最小），而当测量值小于给定值时，则输出为最小（或最大），即控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开和关两个极限位置，因此又称开关控制。 理想的双位控制器其输出p与输入偏差e之间的关系为： 理想的双位控制特性如图5－1所示。 可见控制机构的动作非常频繁，这样会使系统中的运动部件（例如继电器、电磁阀等）因动作频繁而损坏，因此实际应用的双位控制器具有一个中间区。 偏差在中间区内时，控制机构不动作。当被控变量的测量值上升到高于给定值某一数值（即偏差大于某一数值）后，控制器的输出变为最大pmax，控制机构处于开（或关）的位置；当被控变量的测量值下降到低于给定值某一数值（即偏差小于某一数值）后，控制器的输出变为最小pmin，控制机构才处于关（或开）的位置。 所以实际的双位控制器的控制规律如图5-3所示。将上例中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器。由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。 具有中间区的双位控制过程如图5－4所示。当液位y低于下限值yL时，电磁阀是开的，流体流入贮槽，由于流入量大于流出量，故液位上升。当升至上限值yH时，阀关闭，流体停止流入，由于此时流体只出不入，故液位下降。直到液位值下降至下限值yL时，电磁阀重新开启，液位又开始上升。 图中上面的曲线表示控制机构阀位与时间的关系，下面的曲线是被控变量（液位）在中间区内随时间变化的曲线，是一个等幅振荡过程。 双位控制过程中一般只采用振幅和周期作为品质指标，图中振幅为yH－yL，周期为T。 如果工艺生产允许被控变量在一个较宽的范围内波动，控制器的中间区就可以宽一些，这样振荡周期较长，可使可动部件动作的次数减少，于是减少了磨损，也就减少了维修工作量，因而只要被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较有利（如水塔液位控制）。 双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍，例如仪表用压缩空气贮罐的压力控制，恒温炉、管式炉的温度控制等等。 除了双位控制外，还有三位（即具有一个中间位置）或更多位的，包括双位在内，这一类统称为位式控制，它们的工作原理基本上一样。 2、比例控制 在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的等幅振荡过程，这是由于双位控制器只有两个特定的