1、基本控制規(guī)律,位式控制 雙位控制 具有中間區(qū)的雙位控制 多位控制 比例控制 比例控制規(guī)律及其特點 比例度及其對控制過程的影響,1,目錄：,積分控制 積分控制規(guī)律及其特點 比例積分控制規(guī)律與積分時間 積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響 微分控制 微分控制規(guī)律及其特點 實際的微分控制規(guī)律及微分時間 比例微分控制系統(tǒng)的過渡過程 比例積分微分控制,概論,3,p = f(e) = f(z-x),概論,4,第一節(jié) 位式控制,一、雙位控制,5,理想的雙位控制器其輸出p與輸入偏差額e之間的關(guān)系為,圖5-1 理想雙位控制特性,圖5-2 雙位控制示例,第一節(jié) 位式控制,6,將上圖中的測量裝置及繼電器線路稍加改變，便可成

2、為一個具有中間區(qū)的雙位控制器，見下圖。由于設(shè)置了中間區(qū)，當偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時，控制機構(gòu)不會動作，因此可以使控制機構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長了控制器中運動部件的使用壽命。,圖5-3 實際的雙位控制規(guī)律,二、具有中間區(qū)的雙位控制,圖5-4 具有中間區(qū)的雙位控制過程,第一節(jié) 位式控制,7,第一節(jié) 位式控制,三、多位控制,對系統(tǒng)的控制效果較好，但會使控制裝置的復雜程度增加。,圖5-5 三位控制器特性圖,8,以電爐加熱為例。三位式調(diào)節(jié)可以用兩個繼電器在的觸點組成“升溫加熱”、“恒溫調(diào)節(jié)”及“停止加熱”三種輸出狀態(tài)。具體實現(xiàn)方法為采用輔助加熱器A和主加熱器B兩組加熱器: 當測量值低于下限設(shè)定值時，上

3、、下限繼電器均吸合，系統(tǒng)進入“升溫加熱”狀態(tài)，此時A、B二組加熱器同時加熱，因此升溫速度較快。 當測量值到達下限設(shè)定值，但尚低于上限設(shè)定值時，下限繼電器釋放，斷開輔助加熱器A的能源供給，升溫速率隨之下降，系統(tǒng)進入“恒溫加熱”狀態(tài)。 當測量值到達上限設(shè)定值時，下限繼電器仍保持斷開狀態(tài)，上限繼電器開始釋放，斷開主加熱器B 能源供給。此時由于主輔加熱器均失去能源供給，故溫度逐漸下降，直至降到上限設(shè)定回差的下限時，上限繼電器又吸合，接通主加熱器B的能源供給，溫度又逐漸上升，周而復始。 由此可見三位式調(diào)節(jié)比二位式調(diào)節(jié)升溫的速度快，進入恒溫調(diào)節(jié)狀態(tài)后溫度的波動小，精度高。,第二節(jié) 比例控制(P控制）,9,

4、在雙位控制系統(tǒng)中，被控變量不可避免地會產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩過程，為了避免這種情況，應該使控制閥的開度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的位置，這樣就有可能獲得與對象負荷相適應的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達到平衡狀態(tài)。,圖5-6 水槽液位控制,第二節(jié) 比例控制,（9-4）,10,一、比例控制規(guī)律及其特點,圖5-8 簡單比例控制系統(tǒng)示意圖,比例控制器實際上是一個放大倍數(shù)可調(diào)的放大量,第二節(jié) 比例控制,如上圖，根據(jù)相似三角形原理,所以，對于具有比例控制的控制器,（5-4）,11,第二節(jié) 比例控制,12,比例度 是指控制器輸入的變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數(shù)

5、。,（5-5）,二、比例度及其對控制過程的影響,1.比例度,第二節(jié) 比例控制,13,第二節(jié) 比例控制,當溫度變化全量程的40%時,控制器的輸出從0mA變化到10mA。在這個范圍內(nèi),溫度的變化和控制器的輸出變化p是成比例的。但是當溫度變化超過全量程的40%時 (在上例中即溫度變化超過40時) ,控制器的輸出就不能再跟著變化了。 這是因為控制器的輸出最多只能變化100%。所以,比例度實際上就是使控制器輸出變化全范圍時,輸入偏差改變量占滿量程的百分數(shù)。,14,11,比例度 是指控制器輸入的變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數(shù)。,比例度示意圖,（5-5）,第二節(jié) 比例控制,15,圖5-9 比例

6、度與輸入輸出的關(guān)系,將式（5-5）改寫后得,第二節(jié) 比例控制,對一只控制器來說， K是一個固定常數(shù)。,式中,Kp值與值都可以用來表示比例控制作用的強弱。,16,第二節(jié) 比例控制,17,左下圖為簡單水槽的比例控制系統(tǒng)的過渡過程。,圖5-10 簡單水槽的比例控制過程,液位開始下降,作用在控制閥上的信號,進水量增加,偏差的變化曲線,圖5-11 比例度對過渡過程的影響,在t=t0時，系統(tǒng)外加一個干擾作用,第二節(jié) 比例控制,優(yōu)點：反應快，控制及時 缺點：存在余差,18,第三節(jié) 積分控制（I控制）,一、積分控制規(guī)律及其特點,19,當對控制質(zhì)量有更高要求時，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控

7、制作用。,圖5-12 積分控制規(guī)律,對上式微分,可得,當輸入偏差是常數(shù)A時,第三節(jié) 積分控制,20,第三節(jié) 積分控制,圖5-13 液位控制系統(tǒng),圖5-14 積分控制過程,21,第三節(jié) 積分控制,二、比例積分控制規(guī)律與積分時間,比例積分控制規(guī)律可用下式表示,（5-8）,圖5-15 比例積分控制規(guī)律,22,第三節(jié) 積分控制,23,第三節(jié) 積分控制,三、積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響,圖5-16 積分時間對過渡過程的影響,24,比例積分控制器對于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，比例度和積分時間兩個參數(shù)均可調(diào)整。 當對象滯后很大時，可能控制時間較長、最大偏差也較大； 負荷變化過于劇烈時，由于積分動作緩慢，使控制作用不

8、及時，此時可增加微分作用。,25,第四節(jié) 微分控制,一、微分控制規(guī)律及其特點,26,圖9-17 微分控制的動態(tài)特性,第四節(jié) 微分控制（D控制）,二、實際的微分控制規(guī)律及微分時間,微分作用的特點在偏差存在但不變化時,微分作用都沒有輸出。,實際微分控制規(guī)律是由兩部分組成：比例作用與近似微分作用，其比例度是固定不變的，恒等于100%，所以認為：實際的微分控制器是一個比例度為 100%的比例微分控制器。,微分作用,27,第四節(jié) 微分控制,圖5-18 實際微分器輸出變化曲線,可見，t =0時, p=KDA；t =時,p =A。,微分控制器在階躍信號的作用下,輸出p一開始就立即升高到輸入幅值A(chǔ)的KD倍,然

9、后再逐漸下降,到最后就只有比例作用A了。 微分放大倍數(shù)KD決定了微分控制器在階躍作用瞬間的最大輸出幅度。,28,第四節(jié) 微分控制,微分時間TD是表征微分作用強弱的一個重要參數(shù)，它決定了微分作用的衰減快慢，且它是可以調(diào)整的。,在t = T時,整個微分控制器的輸出為,取 時,則,29,第四節(jié) 微分控制,三、比例微分控制系統(tǒng)的過渡過程,30,第四節(jié) 微分控制,圖5-19 微分時間對過 渡過程的影響,微分作用具有抑制振蕩的效果，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,減少被控變量的波動幅度,并降低余差。 微分作用也不能加得過大。 微分控制具有“超前”控制作用。,31,第四節(jié) 微分控制,四、比例積分微分控制（PID控制）,同時具有比例、積分、微分三種控制作用的控制器稱為比例積分微分控制器。,（9-28）,32,第四節(jié) 微分控制,圖9-20 PID控制器輸出特性,33,第五節(jié) 模糊控制,模糊控制（fuzzy control），也稱模糊邏輯控制（fuzzy logic control），是一種以模糊集合，模糊邏輯和模糊運算為基礎(chǔ)的計算機先進控制技術(shù)。 一個模糊控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)、所采用的規(guī)則、合成推理算法以及模糊決策的方