1、p11）了解簡單控制系統(tǒng)的設計任務及開發(fā)步驟； 2）熟悉被控過程特性對控制質(zhì)量的影響，掌握被控參數(shù)、控制參數(shù)的設計原則； 3）了解調(diào)節(jié)規(guī)律對控制質(zhì)量的影響，熟悉調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇方法； 4）掌握調(diào)節(jié)器作用方式的選擇 5）熟悉執(zhí)行器的選擇方法及注意的問題； 6）掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法與實驗技能，重點掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。n簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)p2 簡單控制系統(tǒng)設計概述 簡單控制系統(tǒng)是只對一個被控參數(shù)進行控制的單回路閉簡單控制系統(tǒng)是只對一個被控參數(shù)進行控制的單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。是最基本的環(huán)控制系統(tǒng)。是最基本的過程控制系統(tǒng)。是構(gòu)成復雜過程控過程控制系統(tǒng)。是構(gòu)成復雜過程控制系統(tǒng)的基礎。制系統(tǒng)的基

2、礎。典型結(jié)構(gòu)框圖典型結(jié)構(gòu)框圖如下：如下：p3 過程控制系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容：控制方案的設計：核心，包括合理選擇被控參數(shù)和控制參數(shù)、信息的獲取和變送、調(diào)節(jié)閥的選擇、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及正、反作用方式的確定等。工程設計：包括儀表選型、控制室和儀表盤設計、儀表供電供氣系統(tǒng)設計、信號及聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設計等。工程安裝和儀表調(diào)校調(diào)節(jié)器參數(shù)工程整定：保證系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。過程控制系統(tǒng)設計的一般要求：過程控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的，且具有適當?shù)姆€(wěn)定裕度。 系統(tǒng)應是一個衰減振蕩過程，但過渡過程時間要短，余差要小。 p4過程控制系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟敘述如下：過程控制系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟敘述如下： 1 1熟悉控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指

3、標熟悉控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標控制系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標是由用戶或被控過程的設計制造單位提出的?？刂葡到y(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標是由用戶或被控過程的設計制造單位提出的。是控制方案設計的主要依據(jù)之一。是控制方案設計的主要依據(jù)之一。2 2建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型控制系統(tǒng)的數(shù)學模型是控制系統(tǒng)理論分析和設計的基礎?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學模型是控制系統(tǒng)理論分析和設計的基礎。系統(tǒng)控制方案確定的合理與否在很大程度上取決于系統(tǒng)數(shù)學模型的精度。系統(tǒng)控制方案確定的合理與否在很大程度上取決于系統(tǒng)數(shù)學模型的精度。 3 3確定控制方案確定控制方案 系統(tǒng)的控制方案包括系統(tǒng)的控制方案包括系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成、

4、控制方式控制方式和和控制規(guī)律控制規(guī)律的確定，是控制系統(tǒng)的確定，是控制系統(tǒng)設計的關鍵。設計的關鍵?？刂品桨傅拇_定要依據(jù)控制方案的確定要依據(jù)被控過程的特性被控過程的特性、技術(shù)指標技術(shù)指標和控制任務和控制任務的要求，還要考慮的要求，還要考慮方案的簡單性方案的簡單性、經(jīng)濟性經(jīng)濟性及及技術(shù)實施技術(shù)實施的可行性等，并且要進的可行性等，并且要進行反復研究與比較行反復研究與比較 ，方可確定。，方可確定。4 4根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性進行分析與綜合根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性進行分析與綜合 在確定了系統(tǒng)控制方案的基礎上，根據(jù)在確定了系統(tǒng)控制方案的基礎上，根據(jù)要求的技術(shù)指標要求的技術(shù)指標和系統(tǒng)的和系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性動

5、、靜態(tài)特性進行分析與綜合，以確定各組成環(huán)節(jié)的有關參數(shù)。進行分析與綜合，以確定各組成環(huán)節(jié)的有關參數(shù)。 p55 5系統(tǒng)仿真與實驗研究系統(tǒng)仿真與實驗研究 系統(tǒng)仿真與實驗研究是檢驗系統(tǒng)理論分析與系統(tǒng)仿真與實驗研究是檢驗系統(tǒng)理論分析與綜合正確與否的重要步驟。綜合正確與否的重要步驟。 其中其中MatlabMatlab語言語言是進行系統(tǒng)仿真的有效工具。是進行系統(tǒng)仿真的有效工具。6 6工程化設計工程化設計 工程化設計的主要內(nèi)容包括工程化設計的主要內(nèi)容包括測量方式與測量點測量方式與測量點的確定的確定、儀器儀表的選型與定購儀器儀表的選型與定購、控制室及儀控制室及儀表盤的設計表盤的設計、儀表供電與供氣系統(tǒng)的設計儀表

6、供電與供氣系統(tǒng)的設計、信信號連鎖與安全保護系統(tǒng)的設計號連鎖與安全保護系統(tǒng)的設計、電纜的敷設電纜的敷設以以及及保證系統(tǒng)正常運行的有關軟件的設計保證系統(tǒng)正常運行的有關軟件的設計等。等。 7 7工程安裝工程安裝 工程安裝是依據(jù)施工圖對控制系統(tǒng)的具體實施。工程安裝是依據(jù)施工圖對控制系統(tǒng)的具體實施。 8 8控制器的參數(shù)調(diào)整控制器的參數(shù)調(diào)整 控制器的參數(shù)調(diào)整是在控制方案設計合理、儀控制器的參數(shù)調(diào)整是在控制方案設計合理、儀器儀表工作正常、系統(tǒng)安裝正確無誤的前提下器儀表工作正常、系統(tǒng)安裝正確無誤的前提下，使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)的重要步驟。，使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)的重要步驟。 一個簡單控制系統(tǒng)開發(fā)設計的全過程如右圖

7、所示一個簡單控制系統(tǒng)開發(fā)設計的全過程如右圖所示 p65.1.2 5.1.2 設計中需要注意的有關問題設計中需要注意的有關問題 1 1認真熟悉過程特性認真熟悉過程特性 深入了解被控過程的工藝特點及其要求是控制方案確定的基本依據(jù)之一深入了解被控過程的工藝特點及其要求是控制方案確定的基本依據(jù)之一 。2 2明確各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的約束關系明確各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的約束關系 生產(chǎn)過程是由各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝設備構(gòu)成的，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝設備生產(chǎn)過程是由各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝設備構(gòu)成的，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝設備之間通常都存在相互制約、相互影響的關系。之間通常都存在相互制約、相互影響的關系。 3 3重視對測量信號的預處理重視

8、對測量信號的預處理 在控制系統(tǒng)設計中，測量信號的正確與否直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。盡量在控制系統(tǒng)設計中，測量信號的正確與否直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。盡量減少由不可避免的隨即干擾而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差減少由不可避免的隨即干擾而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差 4 4注意系統(tǒng)的安全保護注意系統(tǒng)的安全保護 一個好的過程控制系統(tǒng)首先必須保證安全可靠地運行，尤其當系統(tǒng)處在高一個好的過程控制系統(tǒng)首先必須保證安全可靠地運行，尤其當系統(tǒng)處在高危險環(huán)境下運行時，應設計多層次、多級別的安全保護系統(tǒng)。危險環(huán)境下運行時，應設計多層次、多級別的安全保護系統(tǒng)。 總之，控制系統(tǒng)的設計是一件細致而又復雜的工作，對具體的過程控制系統(tǒng)總之，控制系統(tǒng)的設計是

9、一件細致而又復雜的工作，對具體的過程控制系統(tǒng)設計者而言，只有通過認真調(diào)查研究，熟悉各個生產(chǎn)工藝過程，具體問題具設計者而言，只有通過認真調(diào)查研究，熟悉各個生產(chǎn)工藝過程，具體問題具體分析，才能獲得預期的效果。體分析，才能獲得預期的效果。 控制過程與自動化儀器第27講學時：48主講教師：孫曉東p8控制方案的確定 控制方案的確定主要包括控制方案的確定主要包括系統(tǒng)被控參數(shù)的選擇、系統(tǒng)被控參數(shù)的選擇、測量信息的獲取及變送、測量信息的獲取及變送、控制參數(shù)的選擇、控制參數(shù)的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律的選取、調(diào)節(jié)規(guī)律的選取、調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）的選擇調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）的選擇和調(diào)節(jié)器正、反作用的確定等內(nèi)容。和調(diào)節(jié)器正、反作用的確定

10、等內(nèi)容。 p9系統(tǒng)被控變量的選擇 被控變量的選擇十分重要的，它是決定控制系統(tǒng)有無價值的關鍵。 任何一個控制系統(tǒng)，總是希望能夠在穩(wěn)定生產(chǎn)操作、增加產(chǎn)品產(chǎn) 量、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動條件等方面發(fā)揮作用，如果被 控變量選擇不當，配備再好的自動化儀表、使用再復雜、先進的 控制規(guī)律也是無用的。應該從生產(chǎn)過程對控制系統(tǒng)的要求出發(fā)， 合理的選擇被控變量。 生產(chǎn)過程中，控制大體上可以分為三類：物料平衡控制和能量平衡控制，產(chǎn)品質(zhì)量或成分控制，限制條件的控制。對于某個給定的工藝過程，應選擇哪幾個工藝參數(shù)作為被控變量，以及這些被控變量的給定值應取多少?這些問題包含了整體控制的結(jié)構(gòu)策略和整體操作最優(yōu)化問題，此處不做

11、討論，主要討論簡單控制系統(tǒng)被控變量的選擇。p10系統(tǒng)被控變量的選擇 假定在工藝過程整體優(yōu)化基礎上已確定了需要恒定(或按某種規(guī) 律變化)的過程變量，那么被控變量的選擇往往是顯而易見的。例 如生產(chǎn)上要求控制的工藝操作參數(shù)是溫度、壓力、流量、液位 等，很明顯被控變量就是溫度、壓力、流量、液位。但也有如下 一些情況，需要對被控變量的選擇認真加以考慮： (1) 表示某些質(zhì)量指標的參數(shù)有好幾個，應如何選擇才能使所選的被控變量在工藝上和控制上是合理的，而且是獨立可控的； (2) 某些質(zhì)量指標，因無合適的測量儀表直接反映質(zhì)量指標，從而采用選擇與直接質(zhì)量指標之間有單值線性對應關系而又反應快的間接指標作為被控變量

12、的辦法； (3) 雖有直接參數(shù)可測，但信號微弱或測量滯后太大，還不如選用具有單值線性對應關系的間接信號為好。p11控制方案的確定 被控參數(shù)的選取被控參數(shù)的選取 被控參數(shù)的選取對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟運行等都被控參數(shù)的選取對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟運行等都具有決定性的意義。這里給出被控參數(shù)選取的一般性原則：具有決定性的意義。這里給出被控參數(shù)選取的一般性原則： 1 1）對于具體的生產(chǎn)過程，應盡可能選取對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟）對于具體的生產(chǎn)過程，應盡可能選取對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行以及環(huán)境保護等具有決定性作用的、可直接參數(shù)作為被控參數(shù)運行以

13、及環(huán)境保護等具有決定性作用的、可直接參數(shù)作為被控參數(shù) 。2 2）當難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時，應選取與直接參數(shù)有單值函數(shù)關系的）當難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時，應選取與直接參數(shù)有單值函數(shù)關系的所謂間接參數(shù)作為被控參數(shù)。所謂間接參數(shù)作為被控參數(shù)。 3 3）當采用間接參數(shù)時，該參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量應具有足夠高的控制靈敏度，否則）當采用間接參數(shù)時，該參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量應具有足夠高的控制靈敏度，否則難以保證對產(chǎn)品質(zhì)量的控制效果。難以保證對產(chǎn)品質(zhì)量的控制效果。 4 4）被控參數(shù)的選取還應考慮工藝上的合理性和所用測量儀表的性能、價格、）被控參數(shù)的選取還應考慮工藝上的合理性和所用測量儀表的性能、價格、售后服務等因素

14、售后服務等因素 。對于一個已經(jīng)運行的生產(chǎn)過程，被控參數(shù)往往是由工藝要求事先確定的。對于一個已經(jīng)運行的生產(chǎn)過程，被控參數(shù)往往是由工藝要求事先確定的。p12控制參數(shù)的選擇當工藝上允許有幾種控制參數(shù)可供選擇時，可根據(jù)被控過程擾動通道和控制通道特性，對控制質(zhì)量的影響作出合理的選擇。所以正確選擇控制參數(shù)就是正確選擇控制通道的問題。擾動作用-由擾動通道對過程的被控參數(shù)產(chǎn)生影響，力圖使被控參數(shù)偏離給定性.控制作用-由控制通道對過程的被控參數(shù)起主導影響，抵消擾動影響，以使被控參數(shù)盡力維持在給定值。 在生產(chǎn)過程有幾個控制參數(shù)可供選擇時，一般希望控制通道克服擾動的校正能力要強，動態(tài)響應要比擾動通道快?？捎蛇^程靜態(tài)

15、特性的分析（擾動通道靜態(tài)放大倍數(shù)Kf、控制通道靜態(tài)放大倍數(shù)Ko）、過程擾動通道動態(tài)特性的分析（時間常數(shù)Tf、時延f、擾動作用點位置）、過程控制通道動態(tài)特性的分析（時間常數(shù)To、時延（包括純時延0、容量時延c）、時間常數(shù)匹配）確定各參數(shù)選擇原則 .p13控制參數(shù)（操縱變量）的選擇 設單回路控制系統(tǒng)的框圖如下圖所示：p14 控制參數(shù)的選擇控制參數(shù)的選擇 過程特性對控制質(zhì)量的影響過程特性對控制質(zhì)量的影響 1. 1. 干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響對于簡單過程控制系統(tǒng)，可求得系統(tǒng)輸出與干擾之間的傳遞函數(shù)為對于簡單過程控制系統(tǒng)，可求得系統(tǒng)輸出與干擾之間的傳遞函數(shù)為 )()()(

16、)(1)()()(sHsGsGsGsGsFsCpvcf假設假設)(sGf為一單容過程，其傳遞函數(shù)為為一單容過程，其傳遞函數(shù)為 1)(sTKsGffff則：則：spvcffesHsGsGsGsGsFsC)()()()(1)()()(則：則：1)()()()(11)()(sTKsHsGsGsGsFsCffpvc( (式式1)1)( (式式2)2)若單容過程具有純時延時間若單容過程具有純時延時間( (式式3)3)p15)(SX)(SWc)(0SW)(SY)(SF)(SWr控制參數(shù)（操縱變量）的選擇過程靜態(tài)特性的分析p16ccKsW)(調(diào)節(jié)器：1)(sTKsWooo被控過程：則被控量對擾動的閉環(huán)傳遞函

17、數(shù)為：則被控量對擾動的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：1)(sTKsWfff擾動通道：)1()1)(1()1(.)()(1)()()(0000sTKKsTsTsTKsWsWsWsFsCfcffcfp17不變。保持進行補償，但其乘積要的變化可以通過調(diào)節(jié)CKK0)(lim)(tyyt)1() 1)(1() 1(lim0000sTKKsTsTssTKsfcffs01KKKcf的影響越小；越小，擾動對被控參數(shù)fK能力越強；用越靈敏，克服擾動的越大，控制作數(shù)控制通道的靜態(tài)放大系0KKKC(1)(1)p18(2) (2) 干擾通道干擾通道 的影響的影響fT由式由式2 2可知，可知， )(sGf為慣性環(huán)節(jié)，對干擾為慣性環(huán)節(jié)

18、，對干擾 )(sF具有具有“濾波濾波”作用，作用， fT越大，越大，“濾波濾波” 效果越明顯，因此干擾通道的時間常數(shù)越大，干擾對被控參數(shù)的動態(tài)影響就效果越明顯，因此干擾通道的時間常數(shù)越大，干擾對被控參數(shù)的動態(tài)影響就越越小，因而越有利于系統(tǒng)控制質(zhì)量的提高。小，因而越有利于系統(tǒng)控制質(zhì)量的提高。 f(3) (3) 干擾通道干擾通道 的影響的影響f由式由式3 3可知，可知， 的存在，僅僅使干擾引起的輸出推遲了一段時間的存在，僅僅使干擾引起的輸出推遲了一段時間 f因此，因此，f的存在并不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。的存在并不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。p19將式將式4 4與式與式2 2相比，多了一個濾波項。這表明干擾多

19、經(jīng)過一次濾波才對被控參數(shù)產(chǎn)生動態(tài)影相比，多了一個濾波項。這表明干擾多經(jīng)過一次濾波才對被控參數(shù)產(chǎn)生動態(tài)影響。從動態(tài)看，這對提高系統(tǒng)的抗干擾性能是有利的。因此干擾進入系統(tǒng)的位置越遠離被響。從動態(tài)看，這對提高系統(tǒng)的抗干擾性能是有利的。因此干擾進入系統(tǒng)的位置越遠離被控參數(shù)，對系統(tǒng)的動態(tài)控制質(zhì)量越有利。但從靜態(tài)看，這會使干擾引起被控參數(shù)偏離給定控參數(shù)，對系統(tǒng)的動態(tài)控制質(zhì)量越有利。但從靜態(tài)看，這會使干擾引起被控參數(shù)偏離給定值的偏差相對增大，這對系統(tǒng)的控制品質(zhì)又是不利的。因此需要權(quán)衡它們的利弊。值的偏差相對增大，這對系統(tǒng)的控制品質(zhì)又是不利的。因此需要權(quán)衡它們的利弊。 )(sF假定假定不是在不是在 之后，而是

20、在之后，而是在 之前進入系統(tǒng)，則有之前進入系統(tǒng)，則有(4) (4) 干擾進入系統(tǒng)位置的影響干擾進入系統(tǒng)位置的影響 ( (式式4)4)p202. 2. 控制通道特性對控制質(zhì)量的影響控制通道特性對控制質(zhì)量的影響 0K(1) (1) 控制通道控制通道 的影響的影響 在調(diào)節(jié)器增益在調(diào)節(jié)器增益 cK一定的條件下，當控制通道靜態(tài)增益一定的條件下，當控制通道靜態(tài)增益 0K越大時，則控制作用越大時，則控制作用越強，克服干擾的能力也越強，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越?。慌c此同時，當越強，克服干擾的能力也越強，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越??；與此同時，當 0K，被控參數(shù)對控制作用的反應就越靈敏，響應越迅速。但是，當調(diào)節(jié)器靜態(tài)增，被控

21、參數(shù)對控制作用的反應就越靈敏，響應越迅速。但是，當調(diào)節(jié)器靜態(tài)增越大越大益益 cK一定一定0K越大時，系統(tǒng)的開環(huán)增益也越大，這對系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性是不利越大時，系統(tǒng)的開環(huán)增益也越大，這對系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性是不利的。因此，在系統(tǒng)設計時，應綜合考慮系統(tǒng)的的。因此，在系統(tǒng)設計時，應綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)態(tài)誤差三方三方面的要求。面的要求。(2) (2) 控制通道控制通道 0T的影響的影響 如果控制通道的時間常數(shù)如果控制通道的時間常數(shù) 太大，則調(diào)節(jié)器對被控參數(shù)變化的調(diào)節(jié)作用就不夠及太大，則調(diào)節(jié)器對被控參數(shù)變化的調(diào)節(jié)作用就不夠及時，系統(tǒng)的過渡過程時間就會延長，最終導致控制質(zhì)量下

22、降；但當時，系統(tǒng)的過渡過程時間就會延長，最終導致控制質(zhì)量下降；但當 太小，則調(diào)太小，則調(diào)節(jié)過程又過于靈敏，容易引起振蕩，同樣難以保證控制質(zhì)量。在系統(tǒng)設計時，應節(jié)過程又過于靈敏，容易引起振蕩，同樣難以保證控制質(zhì)量。在系統(tǒng)設計時，應使控制通道的時間常數(shù)使控制通道的時間常數(shù) 既不能太大也不能太小。既不能太大也不能太小。0T0T0Tp210(3)(3)控制通道純滯后時間控制通道純滯后時間的影響的影響 控制通道的純滯后，都會使系統(tǒng)的控制通道的純滯后，都會使系統(tǒng)的動態(tài)偏差增大動態(tài)偏差增大，超調(diào)量增加超調(diào)量增加，最終導致控制質(zhì)量下降。，最終導致控制質(zhì)量下降。從系統(tǒng)的從系統(tǒng)的頻率特性頻率特性分析，控制通道純滯

23、后的存在，會增加分析，控制通道純滯后的存在，會增加開環(huán)頻率特性的相角滯后開環(huán)頻率特性的相角滯后，導，導致系統(tǒng)的致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低穩(wěn)定性降低。因此，應減小控制通道的純滯后，以利于提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。因此，應減小控制通道的純滯后，以利于提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。 造成系統(tǒng)滯后的主要原因有： 被測對象滯后：測量點不能及時反映參數(shù)的變化。存在容積滯后和/或傳遞滯后。 檢測元件滯后：因熱容、熱阻等慣性因素的影響，導致檢測儀表的輸出不能及時反映參數(shù)的變化。 信號傳遞滯后：主要是氣動信號傳遞較慢導致系統(tǒng)反映滯后。p22(4) (4) 控制通道時間常數(shù)匹配的影響控制通道時間常數(shù)匹配的影響 實際生產(chǎn)過程中，廣義被控過

24、程可近似看成由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。實際生產(chǎn)過程中，廣義被控過程可近似看成由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。以三階為例以三階為例 ) 1)(1)(1()(32100sTsTsTKsG相應的臨界穩(wěn)定增益相應的臨界穩(wěn)定增益 KK為為3113122332212TTTTTTTTTTTTKK的大小完全取決于的大小完全取決于 KK1T2T3T三個時間常數(shù)的相對比值三個時間常數(shù)的相對比值 可以證明：可以證明：時間常數(shù)相差越大，臨界穩(wěn)定的增益則越大，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有利的。時間常數(shù)相差越大，臨界穩(wěn)定的增益則越大，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有利的。 也就是說：也就是說：在保持穩(wěn)定性相同的情況下，時間常數(shù)錯開得越多，系統(tǒng)

25、開環(huán)增益就允許增在保持穩(wěn)定性相同的情況下，時間常數(shù)錯開得越多，系統(tǒng)開環(huán)增益就允許增大得越多，因而對系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越有利。大得越多，因而對系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越有利。系統(tǒng)傳函為：系統(tǒng)傳函為：p23控制參數(shù)的確定控制參數(shù)的確定 簡單控制系統(tǒng)控制參數(shù)選擇的簡單控制系統(tǒng)控制參數(shù)選擇的一般性原則一般性原則如下：如下： 1) 1) 選擇結(jié)果應使控制通道的靜態(tài)增益選擇結(jié)果應使控制通道的靜態(tài)增益 0K盡可能大，時間常數(shù)盡可能大，時間常數(shù) 0T選擇適當。選擇適當。 2) 2) 控制通道的純時延時間控制通道的純時延時間 0應盡可能小應盡可能小, , 0T0和和的比值一般應小于的比值一般應小于0.30.3。 3) 3

26、) 干擾通道的靜態(tài)增益干擾通道的靜態(tài)增益 fK應盡可能??；時間常數(shù)應盡可能??；時間常數(shù) fT應盡可能大，其個數(shù)應盡可能大，其個數(shù)盡可能多；擾動進入系統(tǒng)的位置應盡可能遠離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。盡可能多；擾動進入系統(tǒng)的位置應盡可能遠離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。這樣選擇對抑制擾動對被控參數(shù)的影響均有利。這樣選擇對抑制擾動對被控參數(shù)的影響均有利。 4) 4) 當廣義被控過程由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時，應盡量設法使幾個時間當廣義被控過程由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時，應盡量設法使幾個時間常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性。常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性

27、。5) 5) 在確定控制參數(shù)時，還應考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟性等因素在確定控制參數(shù)時，還應考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟性等因素一般說來，不宜選擇生產(chǎn)負荷作為操縱變量，因為生產(chǎn)負荷直接關系到產(chǎn)品一般說來，不宜選擇生產(chǎn)負荷作為操縱變量，因為生產(chǎn)負荷直接關系到產(chǎn)品的產(chǎn)量，是不宜經(jīng)常波動的。另外，從經(jīng)濟性考慮，應盡可能地降低物料與的產(chǎn)量，是不宜經(jīng)常波動的。另外，從經(jīng)濟性考慮，應盡可能地降低物料與能量的消耗。能量的消耗。p24 測量元件特性的影響 一、測量元件的時間常數(shù) 測量、變送裝置是控制系統(tǒng)中獲取信息的裝置，也是系統(tǒng)進行控制的依據(jù)。所以，要求它能正確地、及時地反映被控變量的狀況。假如

28、測量不準確，使操作人員把不正常工況誤認為是正常的，或把正常工況認為不正常，形成混亂，甚至會處理錯誤造成事故。測量不準確或不及時，會產(chǎn)生失調(diào)或誤調(diào)，影響之大不容忽視。 測量元件，特別是測溫無件，由于存在熱阻和熱容，它本身具有一定的時間常數(shù)，因測量元件，特別是測溫無件，由于存在熱阻和熱容，它本身具有一定的時間常數(shù)，因而造成測量滯后。而造成測量滯后。因此，控制系統(tǒng)中的測量元件時間常數(shù)不能太大，最好選用惰性小的因此，控制系統(tǒng)中的測量元件時間常數(shù)不能太大，最好選用惰性小的快速測量元件，例如用快速熱電偶代替工業(yè)用普通熱電偶或溫包。必要時也可以在測量快速測量元件，例如用快速熱電偶代替工業(yè)用普通熱電偶或溫包。

29、必要時也可以在測量元件之后引入微分作用。利用它的超前作用來補償測量元件引起的動態(tài)誤差。元件之后引入微分作用。利用它的超前作用來補償測量元件引起的動態(tài)誤差。p25 當測量元件的時間常數(shù)當測量元件的時間常數(shù)TmTm小于對象時間常數(shù)的小于對象時間常數(shù)的1 11010時，對系統(tǒng)的控制質(zhì)量影響不大。時，對系統(tǒng)的控制質(zhì)量影響不大。這時就沒有必要盲目追求小時間常數(shù)的測量元件。有時，測量元件安裝是否正確，維護這時就沒有必要盲目追求小時間常數(shù)的測量元件。有時，測量元件安裝是否正確，維護是否得當，也會影響測量與控制。特別是流量測量元件和溫度測量元件，例如工業(yè)用的是否得當，也會影響測量與控制。特別是流量測量元件和溫

30、度測量元件，例如工業(yè)用的孔板、熱電偶和熱電阻元件等?？装濉犭娕己蜔犭娮柙?。 當測量存在純滯后時，也和對象控制通道存在純滯后一樣，會嚴重地影響控制質(zhì)量。當測量存在純滯后時，也和對象控制通道存在純滯后一樣，會嚴重地影響控制質(zhì)量。這時這時引入微分作用是徒勞的、加得不好，反而會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以在測量元件的安引入微分作用是徒勞的、加得不好，反而會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以在測量元件的安裝上，一定要注意盡量減小純滯后。對于大純滯后的系統(tǒng)，簡單控制系統(tǒng)往往是無法滿裝上，一定要注意盡量減小純滯后。對于大純滯后的系統(tǒng)，簡單控制系統(tǒng)往往是無法滿足控制要求的，須采用復雜控制系統(tǒng)。足控制要求的，須采用復雜控制系統(tǒng)

31、。 p26信號的傳送滯后 信號傳送滯后通常包括測量信號傳送滯后和控制信號傳送滯后兩部分。信號傳送滯后通常包括測量信號傳送滯后和控制信號傳送滯后兩部分。測量信號傳送測量信號傳送滯后是指由現(xiàn)場測量變送裝置的信號傳送到控制空的控制器所引起的滯后。對于電信號滯后是指由現(xiàn)場測量變送裝置的信號傳送到控制空的控制器所引起的滯后。對于電信號來說，可以忽略不計，但對于氣信號來說，由于氣動信號管線具有一定的容量，所以，來說，可以忽略不計，但對于氣信號來說，由于氣動信號管線具有一定的容量，所以，會存在一定的傳送滯后。會存在一定的傳送滯后。 控制信號傳送滯后是指由控制室內(nèi)控制器的輸出控制信號傳送到現(xiàn)場執(zhí)行器所引起的控

32、制信號傳送滯后是指由控制室內(nèi)控制器的輸出控制信號傳送到現(xiàn)場執(zhí)行器所引起的滯后。滯后。 對于氣動薄膜控制閥來說、出于膜頭空間具有較大的容量，所以控制器的輸出變化到對于氣動薄膜控制閥來說、出于膜頭空間具有較大的容量，所以控制器的輸出變化到引起控制閥開度變化，往往具有較大的容量滯后，這樣就會使得控制不及時，控制效果引起控制閥開度變化，往往具有較大的容量滯后，這樣就會使得控制不及時，控制效果變差。變差。 信號的傳送滯后對控制系統(tǒng)的影響基本上與對象控制通道的滯后相同，應盡量減小。信號的傳送滯后對控制系統(tǒng)的影響基本上與對象控制通道的滯后相同，應盡量減小。氣壓信號管路一般不超過氣壓信號管路一般不超過300m

33、300m，直徑不小于，直徑不小于6mm6mm，或者用閥門定位器、氣動繼動器增大輸，或者用閥門定位器、氣動繼動器增大輸出功率，以減小傳送滯后。在可能的情況下，現(xiàn)場與控制室之間的信號盡量采用電信號出功率，以減小傳送滯后。在可能的情況下，現(xiàn)場與控制室之間的信號盡量采用電信號傳遞。傳遞。p275.2.3 5.2.3 被控參數(shù)的測量與變送被控參數(shù)的測量與變送 在控制系統(tǒng)中，測量變送環(huán)節(jié)的作用是將被控參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標準信號在控制系統(tǒng)中，測量變送環(huán)節(jié)的作用是將被控參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標準信號反饋給調(diào)節(jié)器。該環(huán)節(jié)的特性可近似表示為反饋給調(diào)節(jié)器。該環(huán)節(jié)的特性可近似表示為smesTKsXsYmm1)()(其中其中)

34、(sY為測量及變送環(huán)節(jié)的輸出，為測量及變送環(huán)節(jié)的輸出， )(sX為被控參數(shù)信號為被控參數(shù)信號 分別為測量及變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益、時間常數(shù)和純時延時間。分別為測量及變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益、時間常數(shù)和純時延時間。 mKmTm測量及變送環(huán)節(jié)是一個帶有純時延的慣性環(huán)節(jié)，因而當測量及變送環(huán)節(jié)是一個帶有純時延的慣性環(huán)節(jié)，因而當 mTm不為零時不為零時它的輸出不能及時地反映被測信號的變化，二者之間必然存在動態(tài)偏差。它的輸出不能及時地反映被測信號的變化，二者之間必然存在動態(tài)偏差。 而且這種動態(tài)偏差并不會因為檢測儀表的精度等級的提高而減小或消除。而且這種動態(tài)偏差并不會因為檢測儀表的精度等級的提高而減小或消除。 下圖是

35、測量變送環(huán)節(jié)在階躍信號作用和速度信號作用時的響應曲線下圖是測量變送環(huán)節(jié)在階躍信號作用和速度信號作用時的響應曲線: : 從圖中可以看到只要從圖中可以看到只要 mTm存在，存在，動態(tài)偏差就會必然存在。動態(tài)偏差就會必然存在。 p28為了減小測量信號與被控參數(shù)之間的動態(tài)偏差，應盡可能選擇快速測量儀表，為了減小測量信號與被控參數(shù)之間的動態(tài)偏差，應盡可能選擇快速測量儀表，并且注意以下幾點問題：并且注意以下幾點問題：1) 應盡可能做到對測量儀表的正確安裝，這是因為安裝不當會引起不必要的應盡可能做到對測量儀表的正確安裝，這是因為安裝不當會引起不必要的測量誤差，降低儀表的測量精度；測量誤差，降低儀表的測量精度；

36、2) 2) 對測量信號應進行濾波和線性化處理；對測量信號應進行濾波和線性化處理；3) 3) 對純滯后要盡可能進行補償；對純滯后要盡可能進行補償； 4) 4) 對時間常數(shù)對時間常數(shù) mT的影響要盡可能消除。為了克服其影響，在系統(tǒng)設計時，的影響要盡可能消除。為了克服其影響，在系統(tǒng)設計時，可以盡量選用快速測量儀表，也可以在測量變送環(huán)節(jié)的輸出端串聯(lián)微分環(huán)節(jié)可以盡量選用快速測量儀表，也可以在測量變送環(huán)節(jié)的輸出端串聯(lián)微分環(huán)節(jié) 測量變送環(huán)節(jié)輸出端串聯(lián)微分環(huán)節(jié)的示意圖：測量變送環(huán)節(jié)輸出端串聯(lián)微分環(huán)節(jié)的示意圖： 輸出與輸入關系輸出與輸入關系 1) 1()()(sTsTKsxsymDm若選擇若選擇 DmTT，則在

37、理論上可以完全消除，則在理論上可以完全消除 mT的影響。的影響。 在工程上，常將微分環(huán)節(jié)置于調(diào)節(jié)器之后。一方面，這對于克服在工程上，常將微分環(huán)節(jié)置于調(diào)節(jié)器之后。一方面，這對于克服 mT的影響，的影響，與串聯(lián)在測量變送環(huán)節(jié)之后是等效的；另一方面，還可以加快系統(tǒng)對給定值與串聯(lián)在測量變送環(huán)節(jié)之后是等效的；另一方面，還可以加快系統(tǒng)對給定值變化時的動態(tài)響應。變化時的動態(tài)響應。p29 在廣義對象特性已經(jīng)確定的情況下，如何通過控制器控制規(guī)律的選擇與控制器參數(shù)的工程整定，來提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量，這就是本節(jié)與下一節(jié)所要討論的主要問題。 目前工業(yè)上常用的控制器主要有三種控制規(guī)律；比例控制規(guī)律、比例積目前

38、工業(yè)上常用的控制器主要有三種控制規(guī)律；比例控制規(guī)律、比例積分控制規(guī)律和分控制規(guī)律和比例積分微分控制規(guī)律，分別簡寫為分微分控制規(guī)律，分別簡寫為P P、PIPI和和PIDPID。 選擇哪種控制規(guī)律主要是根據(jù)廣義對象的特性和工藝的要求來決定的。選擇哪種控制規(guī)律主要是根據(jù)廣義對象的特性和工藝的要求來決定的。下面分別說明各種控制規(guī)律的特點及應用場合。下面分別說明各種控制規(guī)律的特點及應用場合。 調(diào)節(jié)規(guī)律對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及其選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及其選擇 調(diào)節(jié)器執(zhí)行閥過程檢測變送器eu設定值被控量調(diào)節(jié)器（控制器）：調(diào)節(jié)器（控制器）：將被控變量的測量值與給定值進行比較，得到偏差將被控變量的測量值與給定值

39、進行比較，得到偏差信號，然后對得到的偏差信號進行比例、積分、微分等運算，并將運算信號，然后對得到的偏差信號進行比例、積分、微分等運算，并將運算結(jié)果以一定的信號形式送到執(zhí)行器，進而實現(xiàn)對被控變量的自動控制。結(jié)果以一定的信號形式送到執(zhí)行器，進而實現(xiàn)對被控變量的自動控制。p30理想理想PIDPID控制器的運算規(guī)律數(shù)學表達式：控制器的運算規(guī)律數(shù)學表達式：其傳遞函數(shù)形式：其傳遞函數(shù)形式：連續(xù)PID控制規(guī)律dt)t (deTdt)t ( eT)t ( eK)t (uDIC1)sTsT(K)s(E)s(U)s(GDICC11p311、比例控制（P）分析)()(teKtuC%KC1001比例控制規(guī)律比例控制規(guī)

40、律控制器輸出變化與輸入偏差成正比?？刂破鬏敵鲎兓c輸入偏差成正比。在時間上沒有延遲。在時間上沒有延遲。在相同的偏差下，在相同的偏差下，KcKc越大，輸出也越大，因此越大，輸出也越大，因此KcKc是衡量比例作用強弱的參數(shù)。是衡量比例作用強弱的參數(shù)。工業(yè)上用比例度來表示比例作用的強弱。工業(yè)上用比例度來表示比例作用的強弱。p321）在擾動（或負荷）變化及設定值變化時有余差存在。因為在這幾種情況下，控制器必有輸出 以改變閥門開度，力圖使過程的物料和能量能夠達到新的平衡。但 又正比于偏差 e，因此此時控制器的輸入信號必然不是0。 當比例度較小時，對應同樣的 變化的e較??；因此余差小。比例度對系統(tǒng)過渡過程

41、影響uuu2）比例度越大，過渡過程曲線越平穩(wěn)；隨著比例度減小，系統(tǒng)振蕩程度加劇。當比例度減小到某數(shù)值 時，系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，再減小系統(tǒng)將發(fā)散。因此控制系統(tǒng)參數(shù)設置不當，也達不到控制系統(tǒng)設計的效果應該根據(jù)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的特性，特別是過程特性選擇合適的控制器參數(shù) ，才能獲得理想的控制指標。kp333) 3) 對于慣性過程，對于慣性過程，當給定值不變時，采用比例調(diào)節(jié)，只能使被控參數(shù)對給定值實現(xiàn)有差跟蹤；當給定值不變時，采用比例調(diào)節(jié)，只能使被控參數(shù)對給定值實現(xiàn)有差跟蹤；當給定值隨時間變化時，其跟誤差將會隨時間的增大而增大。因此，比例調(diào)節(jié)不適用于當給定值隨時間變化時，其跟誤差將會隨時間的增大而增大。因此，

42、比例調(diào)節(jié)不適用于給定值隨時間變化的系統(tǒng)。給定值隨時間變化的系統(tǒng)。 4) 4) 增大比例調(diào)節(jié)的增益增大比例調(diào)節(jié)的增益 不僅可以減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，而且還可以加快系統(tǒng)的響應速不僅可以減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，而且還可以加快系統(tǒng)的響應速度度CK對下圖的比例調(diào)節(jié)作用于一階慣性過程進行分析：對下圖的比例調(diào)節(jié)作用于一階慣性過程進行分析：比例（比例（P）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響p34111)1 ()()(0000TsKsKKTKKKKsRsCCCC系統(tǒng)傳函系統(tǒng)傳函CCCKKTTKKKKK00001,1這里這里T與與0T相比，減小了相比，減小了 0(1)CK K倍，倍， CK越大，越大，減小得越多，說明過程的慣性

43、越小，因而響應速度加快。但減小得越多，說明過程的慣性越小，因而響應速度加快。但 的增大則的增大則CK會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。p35一般而言：一般而言：當廣義對象的放大系數(shù)較小，時間常數(shù)較大、時滯較小時，控制器的比例度可選較小，當廣義對象的放大系數(shù)較小，時間常數(shù)較大、時滯較小時，控制器的比例度可選較小，以提高系統(tǒng)的靈敏度。以提高系統(tǒng)的靈敏度。當廣義對象的放大系數(shù)較大，時間常數(shù)較小而時滯較大時，需要適當增大控制器的比例當廣義對象的放大系數(shù)較大，時間常數(shù)較小而時滯較大時，需要適當增大控制器的比例度，以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。度，以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 工業(yè)生產(chǎn)中工業(yè)生產(chǎn)中定值控制系統(tǒng)定值

44、控制系統(tǒng)通常要求控制系統(tǒng)具有振蕩不太劇烈，余差不太大的過通常要求控制系統(tǒng)具有振蕩不太劇烈，余差不太大的過渡過程，渡過程，衰減比定在衰減比定在4:1-10:14:1-10:1, ,而而隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)一般一般衰減比在衰減比在10:110:1以上。以上。比例控制是最基本、最主要也是應用最普遍的控制規(guī)律，它能夠迅速地克服擾動的影響，比例控制是最基本、最主要也是應用最普遍的控制規(guī)律，它能夠迅速地克服擾動的影響，使系統(tǒng)很快地穩(wěn)定下來。比例控制通常適用于擾動幅度小，負荷變化不大，過程時滯較使系統(tǒng)很快地穩(wěn)定下來。比例控制通常適用于擾動幅度小，負荷變化不大，過程時滯較?。ㄐ。?）或者控制要求不高的情況下。）或

45、者控制要求不高的情況下。T/p362、比例積分控制（PI）分析（1 1）積分控制規(guī)律）積分控制規(guī)律 K KI I表示積分速度。表示積分速度。控制器輸出信號的大小，不僅與偏差大小有關，還取決于偏差存在的時間長短?？刂破鬏敵鲂盘柕拇笮?，不僅與偏差大小有關，還取決于偏差存在的時間長短。只要有偏差存在，控制器的輸出就不斷變化。偏差存在時間越長，輸出信號的變化只要有偏差存在，控制器的輸出就不斷變化。偏差存在時間越長，輸出信號的變化量越大，直到達到輸出極限。只有余差為量越大，直到達到輸出極限。只有余差為0 0，控制器的輸出才穩(wěn)定。，控制器的輸出才穩(wěn)定。tIdt)t(eK)t(u0p37力圖消除余差是積分作

46、用的重要特性。力圖消除余差是積分作用的重要特性。 在幅度為在幅度為A A的階躍作用下，積分控制器的開環(huán)輸出如圖所示。輸出直線的斜率為的階躍作用下，積分控制器的開環(huán)輸出如圖所示。輸出直線的斜率為K KI IA A。階躍偏差作用下積分輸出p38在第一個前半周期內(nèi)，測量值一直低于在第一個前半周期內(nèi)，測量值一直低于設定值，出現(xiàn)負偏差，所以按同一方向設定值，出現(xiàn)負偏差，所以按同一方向累積。從累積。從t t1 1到到t t2 2時間段，偏差還是為負，時間段，偏差還是為負，但數(shù)值在減小，因此，積分輸出仍然在但數(shù)值在減小，因此，積分輸出仍然在增加，但增加的量在減小。顯然，在這增加，但增加的量在減小。顯然，在這

47、個時間段，積分輸出增加是不合理的，個時間段，積分輸出增加是不合理的，因為偏差已經(jīng)在減小。這就暴露了積分控制的弱點：控制作用的落后性。這往往因為偏差已經(jīng)在減小。這就暴露了積分控制的弱點：控制作用的落后性。這往往會導致超調(diào)，并引起被控變量波動厲害。會導致超調(diào)，并引起被控變量波動厲害?？刂频娜觞c控制的弱點p392 2） 比例作用的輸出與偏差同步，偏差大，輸出大，偏差小，輸出小，因此控制及時。比例作用的輸出與偏差同步，偏差大，輸出大，偏差小，輸出小，因此控制及時。而積分作用則不是。而積分作用則不是。 積分控制作用總是滯后于偏差的存在，因此它不能有效地克服擾動的影響，難以使積分控制作用總是滯后于偏差的存

48、在，因此它不能有效地克服擾動的影響，難以使得控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來，因此得控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來，因此積分控制作用很少單獨使用，單獨使用系統(tǒng)容易振蕩。積分控制作用很少單獨使用，單獨使用系統(tǒng)容易振蕩。工業(yè)上常將比例作用與積分作用工業(yè)上常將比例作用與積分作用組合成比例積分控制規(guī)律。組合成比例積分控制規(guī)律。 積分調(diào)節(jié)可得如下結(jié)論：積分調(diào)節(jié)可得如下結(jié)論： 1) 1) 采用積分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的無差度，也即提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。采用積分調(diào)節(jié)可以提高系統(tǒng)的無差度，也即提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度。 p40比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律比例積分控制器的傳遞函數(shù)是：比例積分控制器的傳遞函數(shù)是：)(1)()(0tICdtte

49、TteKtu)sT(K)s(E)s(U)s(GICc11 式中式中，是比例項是比例項；是積分項是積分項)t(eKC t0dt)t(eT/KIC可以看出：可以看出：PIPI調(diào)節(jié)是將比例調(diào)節(jié)的快速反應與積分調(diào)節(jié)的消除穩(wěn)態(tài)誤調(diào)節(jié)是將比例調(diào)節(jié)的快速反應與積分調(diào)節(jié)的消除穩(wěn)態(tài)誤差功能相結(jié)合，從而能收到比較好的控制效果。但是，由于差功能相結(jié)合，從而能收到比較好的控制效果。但是，由于PIPI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)給系統(tǒng)增加了相位滯后，與單純比例調(diào)節(jié)相比，給系統(tǒng)增加了相位滯后，與單純比例調(diào)節(jié)相比，PIPI調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性相調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性相對變差。此外，積分調(diào)節(jié)還有另外一個缺點，即只要偏差不為零，對變差。此外，積分調(diào)節(jié)還有另外一個缺

50、點，即只要偏差不為零，調(diào)節(jié)器就會不停地積分使輸出增加（或減?。?，從而導致調(diào)節(jié)器輸調(diào)節(jié)器就會不停地積分使輸出增加（或減?。?，從而導致調(diào)節(jié)器輸出進入深度飽和，調(diào)節(jié)器失去調(diào)節(jié)作用。因此，采用積分規(guī)律的調(diào)出進入深度飽和，調(diào)節(jié)器失去調(diào)節(jié)作用。因此，采用積分規(guī)律的調(diào)節(jié)器一定要防止積分飽和。節(jié)器一定要防止積分飽和。p41 在偏差幅度為在偏差幅度為A A的階躍作用下，比例輸出立即跳變到的階躍作用下，比例輸出立即跳變到K KC CA A，然后積分輸出隨，然后積分輸出隨時間線性增加。在時間線性增加。在K KC C和和A A確定時，直線的斜率取決于積分時間確定時，直線的斜率取決于積分時間T TI I的大小。的大小。

51、T TI I越大，直線越平坦，積分作用越弱。越大，直線越平坦，積分作用越弱。T TI I越小，直線越陡，表示積分作用越強越小，直線越陡，表示積分作用越強T TI I趨向無窮大時，比例積分控制器蛻變?yōu)楸壤刂破?。趨向無窮大時，比例積分控制器蛻變?yōu)楸壤刂破?。階躍偏差作用下比例積分控制器的輸出p42 T TI I是描述積分作用強弱的物料量，其定義為：在階躍偏差作用下，控是描述積分作用強弱的物料量，其定義為：在階躍偏差作用下，控制器的輸出達到比例輸出的制器的輸出達到比例輸出的兩倍所經(jīng)歷的時間兩倍所經(jīng)歷的時間，就是積分時間，就是積分時間T TI I。因為在任意時間，。因為在任意時間，控制器的輸出為：控

52、制器的輸出為： 。當當t t=T=TI I時，輸出即為時，輸出即為2K2KC CA A。At)T/K(AKICCp43 比例積分控制器在投運前，需對比例積分控制器在投運前，需對 和積分時間和積分時間T TI I進行校驗。積分時進行校驗。積分時間測定時，一般先將比例度置于間測定時，一般先將比例度置于100%100%，然后對控制器輸入一個幅度為，然后對控制器輸入一個幅度為A A的階躍偏差，的階躍偏差，測出控制器的跳變測出控制器的跳變K KC CA A，同時按住秒表，待到積分輸出與比例輸出相同時，所經(jīng)歷的，同時按住秒表，待到積分輸出與比例輸出相同時，所經(jīng)歷的時間就是積分時間時間就是積分時間T TI

53、I。積分時間測定積分時間測定p44積分時間TI對過渡過程影響 在一個純比例的閉環(huán)控制系統(tǒng)中引入積分作用時，若在一個純比例的閉環(huán)控制系統(tǒng)中引入積分作用時，若 不變，則可不變，則可從圖的曲線看出，從圖的曲線看出，隨著隨著T TI I的減小，積分作用增強，消除余差快，但控制系統(tǒng)的振蕩加的減小，積分作用增強，消除余差快，但控制系統(tǒng)的振蕩加劇，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；劇，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；T TI I過小，可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。過小，可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。T TI I小，擾動作用下的最大偏小，擾動作用下的最大偏差小，振蕩頻率增加。差小，振蕩頻率增加。比例度比例度不變時積分時間對過渡過程影響p453.3.微分（微分

54、（D D）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響）調(diào)節(jié)規(guī)律的影響微分調(diào)節(jié)可以預測偏差的變化趨勢，微分調(diào)節(jié)器的輸入微分調(diào)節(jié)可以預測偏差的變化趨勢，微分調(diào)節(jié)器的輸入/ /輸出關系為輸出關系為 微分調(diào)節(jié)器的輸出與系統(tǒng)被調(diào)量偏差的變化率成正比。由于變化率能反映系統(tǒng)微分調(diào)節(jié)器的輸出與系統(tǒng)被調(diào)量偏差的變化率成正比。由于變化率能反映系統(tǒng)被調(diào)量的變化趨勢，因此，微分調(diào)節(jié)不是等被調(diào)量出現(xiàn)偏差之后才動作，而是被調(diào)量的變化趨勢，因此，微分調(diào)節(jié)不是等被調(diào)量出現(xiàn)偏差之后才動作，而是根據(jù)變化趨勢提前動作。根據(jù)變化趨勢提前動作。 但微分時間的選擇，對系統(tǒng)質(zhì)量的影響具有但微分時間的選擇，對系統(tǒng)質(zhì)量的影響具有兩面性。兩面性。 當當微分時間較小微分時間

55、較小時，增加微分時間可以減小偏差，縮短響應時間，減小振蕩時，增加微分時間可以減小偏差，縮短響應時間，減小振蕩程度，從而能改善系統(tǒng)的質(zhì)量；程度，從而能改善系統(tǒng)的質(zhì)量； 當當微分時間較大微分時間較大時，一方面有可能將測量噪聲放大，另一方面也可能使系統(tǒng)時，一方面有可能將測量噪聲放大，另一方面也可能使系統(tǒng)響應產(chǎn)生振蕩。響應產(chǎn)生振蕩。 還要說明的是：還要說明的是：單純的微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。單純的微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。 dt)t(deT)t(uDnTDTD為微分時間常數(shù)。為微分時間常數(shù)。p46微分時間TD對系統(tǒng)過渡過程的影響n 在負荷變化劇烈、擾動幅度較大或過程容量滯后較大的系統(tǒng)中，在負荷變化劇烈、

56、擾動幅度較大或過程容量滯后較大的系統(tǒng)中，適當引入微分作適當引入微分作用，可在一定程度上提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量用，可在一定程度上提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。因為當控制器在感受到偏差后再進行控制，。因為當控制器在感受到偏差后再進行控制，過程已經(jīng)受到較大幅度擾動的影響，或擾動已經(jīng)進入系統(tǒng)一段時間，而引入微分作用后，過程已經(jīng)受到較大幅度擾動的影響，或擾動已經(jīng)進入系統(tǒng)一段時間，而引入微分作用后，當被控變量一有變化，根據(jù)變化趨勢適當加大控制器的輸出，有利于克服擾動對被控變當被控變量一有變化，根據(jù)變化趨勢適當加大控制器的輸出，有利于克服擾動對被控變量的影響，抑制偏差的增長，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。量的影響，抑制偏差的增長

57、，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。n 如果要求引入微分作用后仍然保持原來的衰減比，則可適當減小控制器的比例度，一如果要求引入微分作用后仍然保持原來的衰減比，則可適當減小控制器的比例度，一般可減小般可減小15%左右，從而使得系統(tǒng)的控制指標得到全面的改善。但是若微分作用太強，左右，從而使得系統(tǒng)的控制指標得到全面的改善。但是若微分作用太強，即即TD太大，反會引起系統(tǒng)振蕩，必須注意這一點。太大，反會引起系統(tǒng)振蕩，必須注意這一點。n 測量中有顯著噪聲時，如流量測量信號中常有不規(guī)則的高頻噪聲，則不宜引入微分測量中有顯著噪聲時，如流量測量信號中常有不規(guī)則的高頻噪聲，則不宜引入微分作用，有時反而需要反微分作用。作用，有

58、時反而需要反微分作用。p47不同TD下的控制過程 微分時間微分時間T TD D對系統(tǒng)過渡過程的影響如圖所示。對系統(tǒng)過渡過程的影響如圖所示。若若T TD D太小，則對系統(tǒng)的控制指標沒有或影響很小，如圖中曲線太小，則對系統(tǒng)的控制指標沒有或影響很小，如圖中曲線1 1選取適當?shù)倪x取適當?shù)腡 TD D，系統(tǒng)的控制指標將得到全面的改善，如曲線，系統(tǒng)的控制指標將得到全面的改善，如曲線2 2所示。所示。若若T TD D過大，即引入太強的微分作用，反而可能導致系統(tǒng)劇烈振蕩，如曲線過大，即引入太強的微分作用，反而可能導致系統(tǒng)劇烈振蕩，如曲線3 3所示。所示。p48（1）微分控制規(guī)律）微分控制規(guī)律 其輸出正比于輸入

59、對時間其輸出正比于輸入對時間的導數(shù)。傳遞函數(shù)：的導數(shù)。傳遞函數(shù)：比例微分控制（PD）分析sT)s(E)s(U)s(GDc理想微分開環(huán)輸出特性 微分控制器的輸出只與偏差的變化速度有關，而與偏差存在與否無關。因此，微分控制器的輸出只與偏差的變化速度有關，而與偏差存在與否無關。因此，純粹的微分控制作用是無意義的，一般都將微分控制作用與比例控制結(jié)合起來使用。純粹的微分控制作用是無意義的，一般都將微分控制作用與比例控制結(jié)合起來使用。p49 理想的比例微分控制規(guī)律是：理想的比例微分控制規(guī)律是： 傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)為：其中：其中：T TD D為微分時間為微分時間（2）比例微分控制規(guī)律dt)t(deT)t(

60、eK)t(uDC)sT(K)s(E)s(U)s(GDCc1dt)t(deT)t(eK)t(udt)t(udKTDCDD理想的比例微分控制器在制造上很困難（不能實現(xiàn)），工業(yè)上都是使用實際比例微分控理想的比例微分控制器在制造上很困難（不能實現(xiàn)），工業(yè)上都是使用實際比例微分控制規(guī)律，其數(shù)學表示為：制規(guī)律，其數(shù)學表示為：11sKT)sT(K)s(E)s(U)s(GDDDCc傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為（KDKD為微分增益）為微分增益）p50 在幅度為在幅度為A A的階躍偏差作用下，實際的階躍偏差作用下，實際PDPD控制器的輸出為：控制器的輸出為： 其中其中T=TD/KD。)() 1()(TtDCCeKAKAK