控制器的作用规律全解课件.ppt

控制器是组成控制系统的基本环节之一，也是系统中控制仪表的核心部分。根据控制要求和控制对象的特性，应采用不同作用规律的控制器。,第二章 调节器基本作用规律,控制器的两个研究方面：作用规律：p(t)=f(e(t)，即给调节器施加一个输入信号后，其输出量按何种方式进行变化。也称控制规律或调节规律。作用强度：每一种作用规律的控制强度。反映在传递函数中，就是其分子和分母中的各项系数。,第二章 调节器基本作用规律,根据调节器输出的变化方向，调节器有两种类型：正作用式调节器：随着测量值的增加，调节器的输出也增加反作用式调节器：随着测量值的增加，调节器的输出减小,第二章 调节器基本作用规律,船舶机舱中常用调节器作用规律：双位作用规律比例（P）作用规律比例积分（I）作用规律比例微分（PD）作用规律比例积分微分（PID）作用规律除双位作用规律之外，都有作用强度的问题，例如比例系数的大小衡量着比例作用的强弱，积分时间的大小反映积分作用的强弱，微分时间的大小决定着微分作用的强弱。,第二章 调节器基本作用规律,第一节 双位作用规律,第二章 调节器基本作用规律,双位式作用规律：被控量在设定的上限和下限之间变化，对应被控量的高限和低限，调节器只有两个输出状态（逻辑0和逻辑1）,第二章 调节器基本作用规律,第一节 双位作用规律,一浮子式水位双位控制系统,1-浮子室 2-浮子 3-调节板框架 4-枢轴 5-上、下限销钉6、12-同极性永久磁铁；7-静触点 8-开关箱 9-转轴 10-转杆 11-动触点,被控量输出曲线,执行机构,水位与电动机通断之间的关系图,被控量,波动范围,开,关,第二章 调节器基本作用规律,第一节 双位作用规律,一浮子式水位双位控制系统,第二章 调节器基本作用规律,第一节 双位作用规律,二双位式压力调节器,下限值（PL）：由给定值弹簧设定,上限值（PH）：由幅差弹簧设定,PH=PL+P,若压力整定范围00.8Mpa，幅差P可调范围为0.070.25Mpa，要求压力波动范围为0.640.75Mpa，则调整方法为：,（1）调整给定螺钉，使指针指在0.64Mpa上；（2）调整幅差弹簧 格,第二章 调节器基本作用规律,第一节 双位作用规律,二双位式压力调节器,比例作用规律（P）：控制器的输出变化量与输入（偏差）变化量成比例。,K比例系数,第二章 调节器基本作用规律,第二节 比例作用规律,例：浮子式水位比例控制系统,比例系数实质上是一种放大系数，由于比例作用产生的放大系数通常表示为：,第二节 比例作用规律,第二章 调节器基本作用规律,K是衡量比例作用强弱的参数，K大，克服扰动能力强，比例作用强，K小，克服扰动能力弱，比例作用弱。比例作用的优点：调节阀的开度能较及时的反映控制对负荷的大小。比例作用的缺点：当控制对象受到扰动后，在比例调节器的控制作用下，被控量不能完全回到给定值上，只能恢复到给定值附近，存在静态偏差，这是固有的、不可克服的缺点。,第二章 调节器基本作用规律,比例带PB（或）：调节器的相对输入量与相对输出量之 比的百分数。,例：,第二节 比例作用规律,第二章 调节器基本作用规律,比例带PB的物理意义：假定调节器指挥执行机构变化全行程，需要被控量的变化量占其全量程的百分数。例如：PB=100%，说明被控量变化全量程的100%，调节器将指挥执行机构变化全行程的100%。PB=200%，说明被控量变化全量程，调节阀的开度只变化了全行程的一半。,第二章 调节器基本作用规律,第二节 比例作用规律,总结,气动比例调节器,第二节 比例作用规律,第二章 调节器基本作用规律,习题,第二章 调节器基本作用规律,1.在浮子式锅炉水位双位控制系统中，当把调节板上的上下销钉均插在离浮 子杆最近的孔中时，控制系统会使（）A.允许的上限水位 B.允许的上、下限水位差增大 C.给水泵电机起停频繁 D.降低允许的下限水位2.在浮子式锅炉水位双位控制系统中，当水位从上限水位下降时，给水泵电 机通断电的状态是（）A.一直通电到下限水位 B.断电到中间水位后，通电到下限水位 C.一直断电到下限水位 D.中间水位后，断电到下限水位3.在双位式压力控制系统中，若压力的上限值与下限值相差较大，则其原因 是（）A.压力设定值太大 B.幅差太小 C.幅差太大 D.压力设定值太小,第二章 调节器基本作用规律,习题4.比例作用规律中，若PB调为125%，此时比例带的物理意义是（）A被控量变化全程的100%，调节阀开度变化62.5%B被控量变化全程的62.5%，调节阀开度变化125%C被控量变化全程的100%，调节阀开度变化80%D被控量变化全程的125%，调节阀开度变化100%5.在用比例调节器调节的温度系统中，温度变化到量程最大范围时，调节阀开度只变化了40%，则此比例带为（）A.250%B.60%C.400%D.40%,第四节 比例微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,一微分（D）作用,控制器的微分作用是指其输出与输入的微分，即偏差变化速度成比例。,微分作用的特点：,1 能够实现超前控制2 不能单独使用,第四节 比例微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,一微分（D）作用,微分作用规律的开环特性曲线,第四节 比例微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,二比例微分（PD）作用,微分作用可以在偏差变化较快时起到超前控制的作用。但当偏差不再变化时，微分输出将消失，因此微分作用不能单独使用，常与比例作用一起形成比例微分（PD）控制器。,微分时间,Td微分作用,第四节 比例微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,二比例微分（PD）作用,比例微分作用规律的开环特性曲线,总结,微分作用太强，系统稳定性不但得不到改善，反而趋向等幅振荡。,能抑制振荡，最大动态偏差（超调量）也变小，过度过程变短,微分作用弱，控制过程质量改善不明显,第四节 比例微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,三气动比例微分（PD）调节器,第四节 比例微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,在PD调节器中,通过惯性环节负反馈实现微分作用,反馈回路的惯性越强，微分时间越长，即微分作用越强,微分消失后，调节器的输出稳定在比例输出上,由于没有积分作用，因此PD调节器无法实现无差调节,控制器的输出与输入之间呈积分关系。,第三节 比例积分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,一积分（I）作用,积分作用的特点：,1 能够消除静态偏差，实现无差调节2 调节不及时，导致系统稳定性变差,由于积分作用容易导致系统稳定性变差，因此一般不采用单纯的积分控制器，而是将其与比例作用相结合构成比例积分（PI）控制器。,Ti 积分时间；,二比例积分（PI）作用,第三节 比例积分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,实际上，一般将积分时间定义为PB=100%时积分输出达到比例输出所需的时间。,第三节 比例积分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,在PI调节器中，比例作用能使调节器的输出及时响应偏差的变化，起着主导作用，而积分作用是辅助的，只是用它来消除静态偏差。,比例积分作用规律的开环特性曲线,第三节 比例积分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,积分时间的物理意义：积分输出达到比例输出所需的时间。,第二章 调节器基本作用规律,积分时间Ti的物理意义：在给PI调节器输入一个阶跃偏差信号时，积分输出=比例输出的时间就是Ti。Ti，I作用，稳定性，Ts。Ti，I作用，稳定性。Ti 适当，Ts。Ti，积分作用被切除。Ti选择：控制对象惯性大，Ti大些；控制对象惯性小，Ti小些。Ti范围为3s20min之间，Ti选择原则：宁大勿小。,第三节 比例积分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,第三节 比例积分作用规律,积分时间对系统过渡过程的影响：,Ti太小，I作用太强，稳定性快速性下降,Ti太大，I作用小，消除偏差需要很长时间,Ti，无I作用,总结,三气动PI调节器,第三节 比例积分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,返回最近,在PI调节器中,第三节 比例积分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,通过比例负反馈实现比例作用,负反馈的强弱决定比例作用的强弱，即比例带的大小,负反馈强度比例作用PB,通过正反馈实现积分作用,正反馈强度积分作用Ti,第五节 比例积分微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,一比例积分微分（PID）作用规律,第五节 比例积分微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,一比例积分微分（PID）作用规律,PID调节规律开环特性曲线,第五节 比例积分微分作用规律,第二章 调节器基本作用规律,1、被控量的稳态精度要求较高，则调节器中应加入积分作 用；2、被控系统中被控对象惯性较大，则调节器应加入微分作用；3、被控对象惯性较大且要求较高的静态指标，则应加入微分和积分作用。4、往往把积分时间Ti整定得比微分时间Td长，大致为Ti=4Td5Td；5、加入微分作用后，原来整定得比例带PB和积分时间Ti都可以减小一点，可减小最大动态偏差，保证系统的稳定性，加快系统的反应速度，过度过程缩短。,2NAKAKITA气动调节器气动PID调节器,第二章 调节器基本作用规律,二气动PID调节器,第五节 比例积分微分作用规律,在船舶机舱中常用于冷却水温度控制系统和燃油黏度控制系统。,习题,1、有一PI调节器，对其施加0.01 MPa的阶跃输入后，其输出先立即从0.05 MPa增加到0.06 MPa，而后线性增加，5 min后增加到0.08MPa，则调节器的PB和Ti分别为（）。APB=50%，Ti=5 min BPB=100%，Ti=2.5 min CPB=100%，Ti=5 min DPB=50%，Ti=2.5 min 2、有两台PI调节器，施加相同的阶跃输入信号后，其输出规律如图1-3-6所示，经比较可以看出（A）,习题,3、4、为了让某一PID调节器获得纯比例作用，其积分时间和微分时间的取值应该是（）。ATi=最大值 Td=最小值 BTi=最小值 Td=最大值 CTi=最大值 Td=最大值 DTi=最小值 Td=最小值,习题,5、6、在船上（）控制系统不适合采用PID调节器。A气缸冷却水温度 B燃油黏度 C锅炉蒸汽压力 D日用油柜的油位,习题,7、在NAKAKITA型燃油黏度调节器中，当燃油黏度降低时，其微分气室、比例波纹管和积分作用分别使挡板（）喷嘴。A离开，离开，离开 B靠近，靠近，离开 C离开，靠近，靠近 D离开，离开，靠近 8、有两台PID调节器R1和R2，其参数整定为PB1PB2，Ti1Ti2，Td1Td2，这表示（）。AR1的比例作用比R2强，R1的积分和微分作用比R2弱 BR1的比例作用比R2弱，R1的积分和微分作用比R2强 CR1的比例、微分作用比R2强，积分作用比R2弱 DR1的比例、微分作用比R2弱，积分作用比R2强,