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1、第五章 自动控制仪表5.1 概述一、控制系统按被控对象的变化规律分类：定值系统：给定值为常数；随动系统：给定值为变数，要求按照一定规律变化；二、控制目的的方式：通过人工控制和自动控制自动控制仪表：将测量值与给定值进行比较，产生偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，将结果以一定的信号形式送到执行器，以实现对被控对象的自动控制。三、控制仪表的分类：基地式控制仪表检测、控制、显示组合在一起的一类仪表。特点：结构简单、价格低廉、使用方便。单元组合式控制仪表按照功能不同分成若干单元，每个单元只完成其中的一种功能。单元之间以统一的标准信号相互联系。微处理器为基元的控制仪表以计算机为中心控制单元，以测
2、试仪表、执行机构等单元为外围设备的系统。5.2 基本控制规律及其对过渡过程的影响控制规律：控制系统输出信号与输入信号之间的关系。输入信号e（偏差），输出信号 p p=f(e)常用阶跃信号控制规律分类：位式控制、比例控制（P）、积分控制(I)、微分控制(D)以及组合控制比例积分控制(PI)、比例微分控制(PD)和比例积分微分控制(PID)。一、位式控制（双位控制）理想的双位控制关系式：控制特性如图：ppminpmaxe双位控制的实例：书图5-2具有中间区的双位控制过程ptytyHyL开开开开开开关关关关关关双位控制的特点：结构简单、成本较低、易于实现，应用较普遍。恒温炉、管式炉的控温。但是其控制
3、作用不是连续变化的，其被控变量的变化将是一个等幅震荡过程，不可能使被控变量稳定在某一个数值上。二、比例控制-P控制控制阀的开度和被控变量的偏差成比例。实例：书图5-2输出信号P与输入信号e之间成比例关系。P=KP e放大倍数KP：表示比例控制系统作用的强弱。越大表示控制作用大。习惯用 比例度u比例度：控制器输入变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。实际上是使控制器输出变化为全范围时，输入偏差改变占满量程的百分数。比例度越小，输出变化为全范围时所需输入变化区间就越小。放大倍数KP与比例度成反比对于DDZ-型控制器，其输入与输出范围相同，则：KP（）值的影响KP值过大（值过小）系统反应过于
4、灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。KP值过小（值过大）系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大。KP值（值）适中经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有一定的余差。比例积分控制的特点：优点：反应快、控制及时，缺点：控制结果容易有余差产生只有在对被控变量要求不高的场合可以单独使用。三：积分控制-I控制加入积分控制的目的：缩短大偏差的调节时间，消除余差。积分调节方法：输出量与输入偏差对时间的积分成正比。对于较大的偏差，容易导致调节时间过长，调节量过大而出现超调。因而通常与比例调节共同使用。比例积分控制-PI控制：在比例控制的基础上再加上积分控制作用，便构成了并列积分控制规律，其输出与输入的关系为：
5、积分控制的特点：控制缓慢，可以消除余差比例积分控制的特点：控制及时还可以消除余差积分时间Ti的影响Ti值过小系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。Ti值过大积分作用不明显，调节时间长，余差大。Ti值适中经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，无余差。四 微分控制-D控制加入微分调节的目的：防止出现超调现象。按照被控变量的变化速度来确定控制作用的大小，就是微分控制规律。微分调节方法：输出量与输入偏差对时间的微分成正比。根据被控参数变化的快慢进行调节，属超前控制。对于固定的偏差，没有输出。因而不能消除余差，通常与比例调节共同使用。微分控制特点：可以超前控制，抑制系统震荡，增加稳定性（不可
6、单独使用）微分时间TD的影响TD值过大系统反应过于灵敏，调节时间长，余差大，有时甚至会出现大幅振荡。TD值过小积分作用不明显，超调量大。TD值适中经过少数几个明显减幅振荡后，逐渐趋于稳定。特别是对有较大滞后的系统作用尤为明显。4.PID调节同时采用比例、积分、微分调节方法。通过适当调整比例常数、积分时间、微分时间等三个参数的大小，确定各种调节作用的强弱。采用比例积分微分（PID）调节，既能快速进行控制，又能消除余差，对反应较慢的系统也能进行有效的控制，因而具有较好的控制性能。vPID控制方法是目前参数连续控制系统中普遍采用的控制方法。5.3 模拟量PID控制器一、基本构成比较环节将测量值与设定
7、值进行比较（电流、电压、气压相减），产生偏差信号。放大器将偏差信号、反馈信号、载波信号叠加后进行放大。反馈环节将输出信号通过一定的运算关系反馈到放大器的输入端，以实现比例、积分、微分等控制规律。给定信号比较环节测量信号偏差放大器输出信号反馈环节-二、DDZ电动控制器1.仪表的特点采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号：420mA DC 或 15V DC，信号电流与电压的转换电阻为250。高度集成化，可靠性高，维修量少。全系统统一采用24V DC电源供电，单元仪表无须单独设置电源。功能齐全，结构合理。具有本安（本质安全）性能。二、DDZ电动控制器2.基本组成输入电路、给定电路、PID运算
8、电路、自动和手动切换电路、输出电路及指示电路。5.4 数字式控制器主要特点：例题：1 某比例控制器输入信号为4-20mA，输出信号为1-5V，当比例度为60%时，输入变化为6mA，所引起的输出变化为多少？例题2 一台DDZ-型温度比例控制器，测温范围为200-1200.当温度给定值由800变化到850时，其输出由12mA变化到16mA.试求该控制器的比例度和放大系数。例题3一台DDZ-型比例积分控制器，比例度为50%，积分时间为2min。稳态时，输出为5mA。某瞬间，输入突然增加了0.2mA，试问经过5min后，输出将有5mA变化到多少？例题4对于一台比例积分控制器做开环实验，对于一台比例积分控制器做开环实验，已知已知Kp=2;TI=0.5min.Kp=2;TI=0.5min.若输入偏差如下图若输入偏差如下图所示，试画出该控制器的输出信号变化曲所示，试画出该控制器的输出信号变化曲线。线。本章作业P1393，5，9，11