1、第三節(jié) 調(diào)節(jié)器及其調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)規(guī)律,e 調(diào)節(jié)器 P P= f（e） e0，P0，正作用調(diào)節(jié)器； e0，P0，反作用調(diào)節(jié)器。 比例P 三種基本調(diào)節(jié)規(guī)律 積分I 組成5種實(shí)用調(diào)節(jié)規(guī)律： 微分D 雙位調(diào)節(jié)規(guī)律、比例調(diào)節(jié)規(guī)律P、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律PI、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律PD、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律PID。,3.1雙位調(diào)節(jié)器,一、概念： 調(diào)節(jié)器的輸出只有兩個狀態(tài)，它不能使被控參數(shù)穩(wěn)定在某個值上。 當(dāng)被控參數(shù)下降到下限值時，調(diào)節(jié)器的輸出接通電機(jī)電源使電機(jī)轉(zhuǎn)動或使 電磁閥通電閥門全開。 當(dāng)被控參數(shù)上升到上限值時，調(diào)節(jié)器的輸出使電機(jī)斷電停轉(zhuǎn)或使電磁閥斷電閥門全關(guān)。 當(dāng)被控參數(shù)在上、下限之間變化時，調(diào)節(jié)器的輸出狀態(tài)不變

2、。,二、實(shí)例分析：,1.浮子式雙位控制系統(tǒng),三、特點(diǎn)： 被控參數(shù)不可能穩(wěn)定在某一數(shù)值，只能在給定值上、下作小范圍的等幅振蕩。 四、適用范圍： 只適用于允許被調(diào)參數(shù)以一定幅度上、下波動，且被控對象的時間常 數(shù)較大，滯后時間較小的場合。,2.雙位式壓力調(diào)節(jié)器,圖5-25 YT-1226型壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理,3.2 比例調(diào)節(jié)器,一、概念：調(diào)節(jié)器的輸出P與偏 差輸入e 成正比。P=KPe， KP為調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。 e P t t KP ，P ，則KP大比例作用強(qiáng)。 當(dāng)輸入e不變 KP ，P ， 則KP小比例作用弱。,二、實(shí)例分析：,三、比例帶及對系統(tǒng)過渡過程的影響：,1、引入比例帶的原因 2、何為比

3、例帶PB（比例度）： 比例帶PB是調(diào)節(jié)器的相對輸入量與相對輸出量之比的百分?jǐn)?shù)。 式中：e是被控量的變化量（偏差值）； 是被控量允許變化的最大范圍； P是調(diào)節(jié)器輸出的變化量； Pmax是調(diào)節(jié)器輸出的工作范圍。,R是量程系數(shù)，對于指定的調(diào)節(jié)器，R為常數(shù)；對于單元組合儀表，因采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，R=1，則PB=1/KP100%。 顯然比例帶PB與比例系數(shù)成反比。,3、比例帶的物理意義： 比例帶實(shí)際上就是使調(diào)節(jié)器輸出變化全范圍時，被控參數(shù)變化量占滿量程的百分?jǐn)?shù)。 若 PB=50%，被控參數(shù)只要變化全量程的一半，調(diào)節(jié)器就能使調(diào)節(jié)閥的開度變化全行程； 若 PB=100%，被控參數(shù)變化全量程的百分之百，調(diào)節(jié)

4、器才能指揮調(diào)節(jié)閥的開度變化全行程； 若 PB=200%，被控參數(shù)已變化了全量程的百分之百，調(diào)節(jié)器才使調(diào)節(jié)閥的開度變化全行程的一半。 可見，比例帶越小，在被控量偏差值占全量程百分?jǐn)?shù)相同情況下，調(diào)節(jié)閥開度的變化量越大，比例作用越強(qiáng)；反之比例帶越大，比例作用越弱。,4、比例帶對系統(tǒng)過渡過程的影響：,四、特點(diǎn)： （1）調(diào)節(jié)及時，且調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量隨偏差增大以及比例系數(shù)增大而增大。 （2）一般調(diào)節(jié)完畢，會有靜差出現(xiàn)。 五、適用范圍： 適用于干擾較小，對象滯后較小，時間常數(shù)較大的調(diào)節(jié)對象，此時選PB小些，使靜態(tài)偏差不致太大，同時又能保證控制過程有足夠的穩(wěn)定性。,3.3 比例微分作用規(guī)律,ST,控制器的微分作

5、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起到超前控制的作用。但當(dāng)偏差不再變化時，微分輸出將消失，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,一、微分調(diào)節(jié)規(guī)律D： 1、為何引入微分作用規(guī)律： 為了克服對象慣性滯后和容量滯后對系統(tǒng)過 渡過程的影響，引入具有超前調(diào)節(jié)作用的微分 調(diào)節(jié)規(guī)律。 2、何為微分調(diào)節(jié)規(guī)律： a）理想的微分調(diào)節(jié)規(guī)律： 調(diào)節(jié)器的輸出與被控參數(shù)偏差的變化速度成正比。,； Td為微分時間。 設(shè) e=A， 當(dāng) t=0，則 當(dāng)t0，則 =0,b）實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律：,3、微分作用的特點(diǎn)： a）具有超前調(diào)節(jié)的特點(diǎn)； b）具有抑制

6、振蕩的效果，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 C）最大動態(tài)偏差小，調(diào)節(jié)過程結(jié)束得快。 d）只適用于慣性較大的系統(tǒng)。,二、微分器： 1、何為微分器： 即比例微分調(diào)節(jié)，比例帶PB=100%。對階躍輸入，輸出瞬時增大到某數(shù)值，然后慢慢降到和階躍輸入相等的值。 P=X+X（Kd-1）e-（Kd/Td）t =Pp+PD 式中：P微分器的輸出；X微分器階躍輸入 Td微分時間；Kd微分放大倍數(shù)。 當(dāng)t=0，P= KdX；當(dāng)t=，P=X。 故 Kd=Pt=0/Pt=,2、微分器的微分時間Td測定法： 微分器在階躍輸入信號X=A的作用下，其輸出隨時間的變化為： P=X+X（Kd-1）e-（Kd/Td）t 令時間常數(shù)T=

7、Td/Kd P = A + A（ Kd-1）e-t/T=Pp+PD 當(dāng)t=0， PD=A（ Kd-1） 當(dāng)t=T，PD= A（ Kd-1）e-T/T=0.368 A（ Kd-1） 可見：微分作用的輸出下降了63.2%所需的時間 為時間常數(shù)T。 微分時間Td=KdT,3、不同時間常數(shù)下的階躍響應(yīng)曲線：T1T2T3 微分時間Td表征微分作用的強(qiáng)弱，當(dāng)T大，Td長，微分作用強(qiáng)；反之Td短，微分作用弱。,三、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律PD： 1、概念： 理想的比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律，其表達(dá)式為： 式中：Kp比例系數(shù)；Td微分時間； de/dt偏差的變化速度； 比例微分調(diào)節(jié)器的輸出等于比例作用的輸出和微分作用的輸出之和

8、。比例度和微分時間是比例微分調(diào)節(jié)器的兩個重要特性參數(shù)。其大小反映了比例作用和微分作用的強(qiáng)弱。,2、微分時間Td的物理意義： 設(shè)輸入偏差為等速信號：e =V0t；V0為常數(shù)。 =Kp（ V0t + Td V0） =KpV0t + KpTd V0=Pp+PD 當(dāng)t=Td，Pp=PD，P=2 KpV0 Td 微分時間Td的物理意義：在等速偏差輸入信號的 作用下，比例微分調(diào)節(jié) 器的比例部分的輸出變 化量增加到等于微分部 分的輸出變化量時，所 需要的時間即為微分時間Td。,e V0t t P P=Pp+PD Pp PD t,3、微分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響： 由于微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有超前調(diào)節(jié)的作用，能有效地

9、克服干擾引起的被控參數(shù)變化趨勢，抑制系統(tǒng)發(fā)生振蕩。故微分作用的適當(dāng)引入可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最大動態(tài)偏差變小，過渡過程時間縮短，在保證同樣穩(wěn)定性前提下，可適當(dāng)減小比例帶，靜態(tài)偏差也相應(yīng)減小。 若Td過小，微分作用弱，系統(tǒng)質(zhì)量改善不顯著。 若Td過大，微分作用強(qiáng)，反而引起小幅度振蕩。 若Td為零，無微分作用，只有比例作用。,3.4 比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律,一、積分調(diào)節(jié)規(guī)律I： 1、概念：調(diào)節(jié)器的輸出P與偏差輸入e 對時間的積分成正比。 P =KIedt KI 為積分速度。 從上式可看出，調(diào)節(jié)器輸出信號的大小不僅取決于偏差輸入信號的大小，而且主要取決于偏差存在的時間長短。只要有偏差，盡管偏差可能很小，但它

10、存在的時間越長，輸出信號就越大。,當(dāng)調(diào)節(jié)器的偏差輸入e為常數(shù)A時： P=KIedt= KI A t e P t t 只要偏差存在，積分調(diào)節(jié)器的輸出是隨著時不斷增大，直到最大值，即輸出信號產(chǎn)生飽和。 = KIe 可見，只要偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出就會變化，只有e=0，輸出信號才不再繼續(xù)變化，執(zhí)行器才停止動作，系統(tǒng)才能穩(wěn)定不來。,2、實(shí)例分析：,3、特點(diǎn)： a）積分調(diào)節(jié)完畢，能消除被控參數(shù)的靜差。 b）積分調(diào)節(jié)作用比較緩慢。 c）積分作用的引入，會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定 性，最大動態(tài)偏差較大，調(diào)節(jié)時間增加。 d）積分調(diào)節(jié)規(guī)律，容易使調(diào)節(jié)器輸出產(chǎn) 生飽和狀態(tài)。 總之，積分調(diào)節(jié)規(guī)律動態(tài)性能差，在實(shí)際系統(tǒng)中極少單

11、獨(dú)使用，主要被用來作為輔助調(diào)節(jié)規(guī)律，以消除靜態(tài)偏差。,二、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律PI： 1、概念：即具有調(diào)節(jié)及時的比例調(diào)節(jié)規(guī)律，又 具有消除靜差的積分調(diào)節(jié)規(guī)律。 P=Kp(e+KI KP 為PI的比例系數(shù)；Ti=1/KI 為積分時間。 若輸入幅值為A的階躍偏差信號，e=A，則： P= KpA + At = Pp + PI e P t t,2、積分時間Ti： P= KpA + At，當(dāng) t = Ti，Pp = PI 積分時間的物理意義： 給比例積分調(diào)節(jié)器輸入 一個階躍偏差信號，當(dāng) 積分部分的輸出等于比 例部分的輸出時，所經(jīng) 歷的時間就是積分時間。 Ti越短，積分作用越強(qiáng)； Ti越長，積分作用越弱。 若

12、Ti為無窮大，則表示無積分作用，調(diào)節(jié)器變?yōu)榧儽壤{(diào)節(jié)器。,3、積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響：,4、特點(diǎn)： 即具有克服干擾的立即性，又具有消除靜差的能力。但由于引入積分調(diào)節(jié)作用，會一定程度降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長過渡過程時間。,3.5 比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律：,一、概念： 把比例、積分和微分調(diào)節(jié)規(guī)律組合在一起，可構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律PID。 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： =Pp + PI + PD 式中：Kp、Ti、Td分別為PID的比例系數(shù)、積分時間和微分時間。 PID調(diào)節(jié)規(guī)律仍以比例調(diào)節(jié)規(guī)律為主，吸取積分調(diào)節(jié)規(guī)律能消除余差，微分調(diào)節(jié)規(guī)律能實(shí)現(xiàn)超前控制的特點(diǎn)，是當(dāng)前最完善的調(diào)節(jié)規(guī)律。,二、PID調(diào)節(jié)器的輸

13、出特性：,三、PID調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)： 綜合了各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，因此具有較好的控制性能 四、PID調(diào)節(jié)器的適用范圍： 適用于對象容量滯后和慣性滯后較大，負(fù)荷變化較快，不允許有余差的情況。,三、NAKAKITA型PID調(diào)節(jié)器,位移平衡,收縮,靠近,位移平衡,測量作用=比例微分負(fù)反饋?zhàn)饔?積分作用消除差 測量值=給定值,微分閥開度小，氣阻大，微分時間長，微分作用強(qiáng),積分閥開度大，氣阻小，積分時間短，積分作用強(qiáng),偏心比例帶調(diào)節(jié)盤 上移 開度變化大 比例帶小 下移 開度變化小 比例帶大,給定值增大分析,四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器,結(jié)構(gòu) 比較部分 放大部分 反饋部分,四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器,四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器,四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器,總 結(jié) 一、比例、積分、微分三種基本調(diào)節(jié)規(guī)律： 比例 積分 微分 比例調(diào)節(jié)器， 積分調(diào)節(jié)器， 說起微分器， 象個放大器。 累積有本事。 膽小有脾氣。 若有偏差來， 只要偏差在， 偏差變化快， 放大送出去。 累積不停止。 輸出跳上去。 放大是多少， 積累快與慢， 下降快與慢， 旋鈕看仔細(xì)。 旋鈕看仔細(xì)。 旋鈕看仔細(xì)。 比例度調(diào)大， 積分時間長， 微分時間長， 放大倍數(shù)低。 積累速度低。