1、4-0 引言,ST,控制器是組成控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)之一，也是系統(tǒng)中控制儀表的核心部分。根據(jù)控制要求和控制對(duì)象的特性，應(yīng)采用不同作用規(guī)律的控制器。,4-0 引言,ST,控制器的兩個(gè)研究方面： 作用規(guī)律：p(t)=f(e(t)，即傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)。也稱控制規(guī)律或調(diào)節(jié)規(guī)律。 2. 作用強(qiáng)度：每一種作用規(guī)律的控制強(qiáng)度。反映在傳遞函數(shù)中，就是其分子和分母中的各項(xiàng)系數(shù)。,END,4-1 兩位式控制器,ST,被控量在設(shè)定的上限和下限之間變化，調(diào)節(jié)器的輸出只有兩個(gè)狀態(tài)（0或1）。,Fig.4-2,Fig.4-3,例1 浮子式鍋爐水位的兩位控制。,被控量輸出曲線,4-1 兩位式控制器,ST,Fig.4-4,例2

2、兩位式壓力開(kāi)關(guān)。,END,下限值（P下）：由給定值彈簧設(shè)定,上限值（P上）：由幅差彈簧設(shè)定 P上= P下+P,若壓力整定范圍P下 P上：0kg/cm28kg/cm2， P= 0.7kg/cm22.5kg/cm2， 要求范圍為6.4kg/cm27.5kg/cm2， 則調(diào)整方法為：,（1）調(diào)整給定螺釘，使指針指在6.4 kg/cm2上； （2）調(diào)整幅差彈簧2.2格,4-2 比例作用規(guī)律,ST,比例作用規(guī)律（P）：控制器的輸出變化量與輸入（偏差） 變化量成比例。,K比例系數(shù),4-2 比例作用規(guī)律,ST,例：浮子式水位比例控制系統(tǒng),比例帶（或 PB）：當(dāng)控制器的輸出作100%變化時(shí)，其輸 入量變化（數(shù)

3、值上等于被控量的變化） 的百分?jǐn)?shù)。,圖 4-5,例：,4-2 比例作用規(guī)律,ST,比例控制器的輸出曲線：,t,t,h,h,t0,t0,比例控制器的特點(diǎn)：存在靜態(tài)偏差,原因：控制器的輸出依賴于偏差的 存在而存在。, 比例作用 靜態(tài)偏差 比例作用 靜態(tài)偏差,4-2 比例作用規(guī)律,ST,采用比例控制器的單容水柜水位控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程：,4-2 比例作用規(guī)律,ST,GO(s),GQ(s),GC(s),Gm(s),h,Q,Q1,或Q2,4-2 比例作用規(guī)律,ST,4-2 比例作用規(guī)律,ST,h0,h,h,-1,4-2 比例作用規(guī)律,ST,h,-1,h,-1,4-2 比例作用規(guī)律,ST,4-2 比例作用規(guī)律

4、,ST,從傳遞函數(shù)可以看出，這是一個(gè)一階慣性系統(tǒng)，若關(guān)小出水閥，即 ，則可求出,其過(guò)渡過(guò)程曲線如圖4-9所示。,特點(diǎn)： （1）非周期過(guò)程，不會(huì)產(chǎn)生振蕩； （2）有差控制，且比例系數(shù)KP越大（或越 小），靜態(tài)偏差越小。,4-2 比例作用規(guī)律,ST,采用比例控制器的雙容水柜水位控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程：圖4-10,對(duì)象傳遞函數(shù),系統(tǒng)傳遞函數(shù),4-2 比例作用規(guī)律,ST,比例帶對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響：圖4-11 表4-1,END,4-3 積分作用規(guī)律,ST,積分作用（I）：控制器的輸出與輸入之間呈積分關(guān)系。,TI 積分時(shí)間。 TI 積分作用,h,t,t,t0,t1,圖4-13,4-3 積分作用規(guī)律,ST,

5、若輸入偏差為h ,則輸出,當(dāng)t=TI時(shí)， = h,因此，TI等于控制器的輸出變化到與其階躍輸入量相等時(shí)所需的時(shí)間。,4-3 積分作用規(guī)律,ST,若用 代替單容水位控制系統(tǒng)中的Gc(s)，則,控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù),當(dāng)階躍擾動(dòng)量為時(shí),圖4-16,END,4-3 積分作用規(guī)律,ST,END,4-4 比例積分作用規(guī)律,ST,由于積分作用容易導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，因此一般不采用單純的積分控制器，而是將其與比例作用相結(jié)合構(gòu)成比例積分（PI）控制器。,TI積分時(shí)間常數(shù)；Ti積分時(shí)間; 比例帶,4-4 比例積分作用規(guī)律,ST,積分時(shí)間的物理意義：積分輸出達(dá)到比例輸出所需的時(shí)間。,令 t =Ti 則,實(shí)際上，一

6、般將積分時(shí)間定義為=100%時(shí)積分輸出達(dá)到比例輸出所需的時(shí)間。,4-4 比例積分作用規(guī)律,ST,采用比例積分控制器的單容水柜水位控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程:,圖 4-18,4-4 比例積分作用規(guī)律,ST,與采用純積分控制器時(shí)的比較:,（1）阻尼系數(shù)增加，過(guò)渡過(guò)程變得更穩(wěn)定。,（2） 增加，過(guò)渡過(guò)程的振蕩趨于平緩。,（純積分）,（純積分）,4-4 比例積分作用規(guī)律,ST,積分時(shí)間對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響：,圖 4-19,END,4-5 比例微分作用規(guī)律,ST,控制器的微分作用是指其輸出與輸入的微分，即偏差 變化速度成比例。,這樣，微分作用可以在偏差變化較快時(shí)起到超前控制的作用。但當(dāng)偏差不再變化時(shí)，微分輸出將

7、消失，因此微分作用常與比例作用一起形成比例微分（PD）控制器。,或,TD微分時(shí)間常數(shù)；Td微分時(shí)間,4-5 比例微分作用規(guī)律,ST,實(shí)際的比例微分控制器的傳遞函數(shù)：,Kp比例系數(shù)；比例帶； Td微分時(shí)間； KD微分放大系數(shù),4-5 比例微分作用規(guī)律,ST,實(shí)際的比例微分控制器的輸出特性：圖 4-21,采用比例微分控制器的水位控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程：圖 4-23,氣動(dòng)比例微分控制器的實(shí)現(xiàn)：圖 4-22,微分時(shí)間對(duì)過(guò)度過(guò)程的影響：圖 4-24,END,總之：微分作用總是阻止被控量的任何變化，適當(dāng)增加微分作用可以減小被控量的動(dòng)態(tài)偏差，具有抑制振蕩，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的效果。,4-6 比例積分微分作用規(guī)律,ST

8、,比例積分微分作用規(guī)律（PID）：比例、積分和微分作用的組合。,實(shí)際的比例積分微分控制器的傳遞函數(shù)：,4-6 比例積分微分作用規(guī)律,ST,PID控制器的輸出特性：圖4-25,采用PID控制器的液位控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程：圖4-26,P、I、PI、PD和PID控制效果比較：圖4-27,END,本章習(xí)題庫(kù),4-7 控制器作用規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法,ST,控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法是在控制器內(nèi)部采用反饋。不同的反饋環(huán)節(jié)可得到不同的控制規(guī)律,K,Gf(s),Xi(s),Xo(s),4-7 控制器作用規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法,ST,1.氣動(dòng)比例控制器 圖4-30,2.氣動(dòng)比例積分控制器 圖4-32,3.氣動(dòng)比例積分控制器 ,4.氣動(dòng)比例積分微分控制器 ,4-7 控制器作用規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法,ST,4-7 控制器作用規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法,ST,P測(cè),cd,Rd,氣源,輸入,負(fù)反,負(fù)反,正反,測(cè)量,給定,放大器,跟隨器,Rp,Ri,Fig4-2,ST,改變銷釘?shù)奈恢?，可調(diào)節(jié)上下限值。,Fig4-1 fig4-3,ST,Fig4-4,ST,Fig4-5,ST,Fig4-10,ST,Fig4-11,ST,Fig4-16,ST,Fig4-17，1