《過程控制作業(yè)》word版

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1、1.研究控制規(guī)律的意義控制器的控制規(guī)律就是u(t)與e(t)之間的關(guān)系，是在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)并發(fā)展的?？刂破鞯幕究刂埔?guī)律有：比例、積分和微分，此外還有如繼電器特性的位式控制規(guī)律等?？刂破鞯妮斎耄狠敵觯簓(t)——被控變量的測(cè)量值r(t)——被控變量的給定值控制器的輸出信號(hào)：相對(duì)于控制器輸入信號(hào)e的輸出的變化量Δu。分析方法：輸入e(t)給一個(gè)階躍信號(hào)，分析輸出信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律?？刂破髯饔茫航o出輸出控制信號(hào)，以消除被控變量與給定值之間的偏差?？刂菩Ч暮脡暮艽蟪潭壬蠜Q定于控制器的性能，也即控制規(guī)律的選擇。2.控制規(guī)律的發(fā)展（包括控制規(guī)律的類型，各類

2、型的優(yōu)缺點(diǎn)等）1）、控制規(guī)律的類型n位式控制n雙位控制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9-1理想雙位控制特性圖9-2雙位控制示例n具有中間區(qū)的雙位控制將上圖中的測(cè)量裝置及繼電器線路稍加改變，便可成為一個(gè)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(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作，因此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長(zhǎng)了控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。圖9-3實(shí)際的雙位控制規(guī)律　圖9-4具有中間區(qū)的雙位控制過程雙位控制過程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo)被控變量波動(dòng)的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長(zhǎng)些比較有利。優(yōu)點(diǎn)：雙位

3、控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。n多位控制對(duì)系統(tǒng)的控制效果較好，但會(huì)使控制裝置的復(fù)雜程度增加。圖9-5三位控制器特性圖優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)：控制質(zhì)量不高，被控變量會(huì)振蕩。n比例控制n比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)（9-4）比例控制器KCeΔp圖9-7比例控制器比例控制器實(shí)際上是一個(gè)放大倍數(shù)可調(diào)的放大量圖9-8簡(jiǎn)單比例控制系統(tǒng)示意圖n比例度及其對(duì)控制過程的影響（1）比例度比例度是指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)（9-7）圖9-9比例度與輸入輸出的關(guān)系將式（9-7）改寫后得即（9-8）對(duì)于一只具體的比例控制器，儀表

4、的量程和控制器的輸出范圍都是固定的,令（9-9）對(duì)一只控制器來說，K是一個(gè)固定常數(shù)將式(9-9)代入式(9-8)，得（9-10）而在單元組合式儀表中（9-11）優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時(shí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制及時(shí)，參數(shù)整定方便；缺點(diǎn)：控制結(jié)果有余差若對(duì)象的滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時(shí)，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。積分控制比例度愈大，過渡過程曲線震蕩愈小，余差愈大；比例度愈小，過渡過程曲線震蕩激烈，可能不穩(wěn)定。（2）、積分控制n積分控制規(guī)律及其特點(diǎn)當(dāng)對(duì)控制質(zhì)量有更

5、高要求時(shí)，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制作用。積分控制作用的輸出變化量Δp與輸入偏差e的積分成正比，即積分控制作用的輸出變化量Δp與輸入偏差e的積分成正比，即（9-12）當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A時(shí)對(duì)式(9-12)微分,可得（9-13）對(duì)式(9-12)微分,可得（9-14）A、積分控制作用輸出信號(hào)的大小不僅取決于偏差信號(hào)的大小,而且主要取決于偏差存在的時(shí)間長(zhǎng)短。B、積分控制器輸出的變化速度與偏差成正比。C、積分控制作用在最后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，偏差等于零。圖9-13液位控制系統(tǒng)圖9-14積分控制過程n比例積分控制規(guī)律與積分時(shí)間圖9-15比例積分控制規(guī)

6、律比例積分控制規(guī)律可用下式表示（9-15）由于（9-16）則（9-17）若偏差是幅值為A的階躍干擾（9-18）在時(shí)間t=TI時(shí)，有（9-19）n積分時(shí)間對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響圖9-16積分時(shí)間對(duì)過渡過程的影響積分時(shí)間對(duì)過渡過程的影響具有兩重性當(dāng)縮短積分時(shí)間,加強(qiáng)積分控制作用時(shí),一方面克服余差的能力增加。另一方面會(huì)使過程振蕩加劇,穩(wěn)定性降低。積分時(shí)間越短,振蕩傾向越強(qiáng)烈,甚至?xí)蔀椴环€(wěn)定的發(fā)散振蕩。優(yōu)點(diǎn)：能消除余差；缺點(diǎn)：積分作用控制慢，會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差3）、微分控制比例積分控制器對(duì)于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，比例度和積分時(shí)間兩個(gè)參數(shù)均可調(diào)整。?當(dāng)對(duì)象滯后很大時(shí)，可

7、能控制時(shí)間較長(zhǎng)、最大偏差也較大；?負(fù)荷變化過于劇烈時(shí)，由于積分動(dòng)作緩慢，使控制作用不及時(shí)，此時(shí)可增加微分作用。n微分控制規(guī)律及其特點(diǎn)具有微分控制規(guī)律的控制器（9-20）優(yōu)點(diǎn)具有超前控制功能。圖9-17微分控制的動(dòng)態(tài)特性n實(shí)際的微分控制規(guī)律及微分時(shí)間微分作用的特點(diǎn)——在偏差存在但不變化時(shí),微分作用都沒有輸出。實(shí)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，δ恒等于100%，所以認(rèn)為：實(shí)際的微分控制器是一個(gè)比例度為100%的比例微分控制器。當(dāng)輸入是一幅值為A的階躍信號(hào)時(shí)(9-21)可見，t=0時(shí),Δp=KDA；t=∞時(shí),Δp=A。

8、?微分控制器在階躍信號(hào)的作用下,輸出Δp一開始就立即升高到輸入幅值