自动化仪表第一章.ppt

自动化仪表第一章
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第一章 模拟式控制器
第一节 控制器的运算规律和构成方式
第二节 基型控制器
第三节 特种控制器和附加单元
模拟式
控制器
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 控制器将来自变送器的，可以证明实际PI控制器的输出就相当于理想输出。实际上，PI控制器的KI一般都比较大，可以认为实际PI控制器的特性是接近于理想PI控制器特性的。
思考题 ：1、实际PID控制器能不能达不到理想PID的控制效果，为什么？
2、实际PI控制器能不能完全消除余差？为什么？
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控制点偏差和控制精度
当控制器的输出稳定在某一值时，测量值与给定值之间存在的偏差通常称为控制点偏差。当控制器的输出变化为满刻度时，控制点的偏差达最大，其值可以表示为：
控制点最大偏差的相对变化值即为控制器的控制精度（∆）。考虑到控制器输入信号（偏差）和输出信号的变化范围是相等的，因此，控制精度可以表示为：
控制精度是控制器的重要指标，表征控制器消除余差的能力。KI（或KP）愈大，控制精度愈高，控制器消除余差的能力也愈强。
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PD运算规律
理想PD控制器的特性
或
具有比例微分控制规律的控制器称为PD控制器。对PID控制器而言，当积分时间TI→∞时，控制器呈PD控制特性。
微分作用是根据偏差变化速度进行控制的，有超前控制之称。在温度、成分等控制系统中，往往引入微分作用，以改善控制过程的动态特性。不过，在偏差恒定不变时，微分作用输出为零，故微分作用也不能单独使用。
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斜坡响应特性
可表示为比例作用输出与微分作用输出之和。其中
当偏差为等速上升的斜坡信号时，理想PD控制器为：
比例作用输出
微分作用输出
图1-5 理想PD控制器的斜坡响应特性
t
ε
0
t
0
∆y
T
D
ε=at
∆y =Kp T
D
a
D
∆y =Kp t
P
a
达到相同的输出值时，微分作用比单纯比例作用提前的时间就是微分时间TD。
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实际PD控制器的特性
实际PD控制器的传递函数为：
在阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出为：
阶跃响应特性
t
ε
0
t
0
∆y
图1-4 实际PD控制器的阶跃响应特性
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微分增益KD
KD愈大，微分作用愈趋于理想。
微分时间TD的测定
在阶跃偏差信号作用下，实际PD输出变化的初始值与最终值（即比例输出值）之比：
实际PD控制器的输出同样可看作是
∆y
P
∆y
D
与
之和。
在阶跃偏差信号作用下，%所经历的时间，就是微分时间常数TD/KD。此时间常数再乘上微分增益KD就是微分时间TD。
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PID运算规律
理想和实际PID控制器的传递函数分别为：
当偏差为阶跃信号时，实际PID控制器的输出为：
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阶跃响应特性
控制器的比例增益、积分时间、微分时间等变量要由图解法求得。
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三、PID控制器的构成
控制器对输入信号与给定信号的偏差进行PID运算，因此应包括偏差检测和PID运算两部分电路。
偏差
检测电路
PID
运算电路
测量值
偏差
I0，U0
给定值
图1-8 控制器构成示意图
偏差检测电路通常称为输入电路。偏差信号一般采用电压形式，所以输入信号和给定信号在输入电路内都是以电压形式进行比较。输入电路同时还必须具备内外给定电路的切换开关，正、反作用切换开关和偏差指示（或输入、给定分别指示）等部分。
PID运算电路是实现控制器运算规律的关键部分。
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PID运算电路的构成方式
放大器
K0
PID
反馈电路
输出I0,U0
偏差ε
U
f
，
ε
偏差ε
PD
PI
输出I0,U0
测量值
PD
PI
输出I0,U0
给定值
(a)
(b)
特点：构成简单，但相互干扰系数较大。
应用：DDZ-Ⅱ型控制器及一些基地式模拟控制仪表。
特点：相互干扰系数F较第一种要小；由于电路串联，各级的误差将累积放大，为保证整机精度，对各部分电路的精度要求较高。下图是测量值微分先行的控制器。
应用：DDZ-Ⅲ型控制器。
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偏差ε
P
D
I
输出I0,U0
偏差ε
PI
D
输出I0,U0
P
(d)
(c)
特点：具有并联方式的