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1、第五章第五章 自动控制仪表自动控制仪表l基本要求基本要求l1掌握各种基本控制规律及其特点。掌握各种基本控制规律及其特点。l2熟悉比例度、积分时间、微分时间对控熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响。制系统的影响。l3了解了解DDZ-型和型和DDZ-型控制器的特型控制器的特点和基本组成。点和基本组成。5.1 概述概述一、控制系统按被调参数的变化规律分类：一、控制系统按被调参数的变化规律分类：l定值调节系统：给定值为常数；定值调节系统：给定值为常数；l随动调节系统：给定值为变数，要求跟随变化；随动调节系统：给定值为变数，要求跟随变化；l程序控制调节系统：按预定时间顺序控制参数。程序控制调节
2、系统：按预定时间顺序控制参数。二、控制目的的实现二、控制目的的实现：l通过人为设定或计算机程序直接给出一定的输通过人为设定或计算机程序直接给出一定的输出出简单；简单；l将设定值与实测值进行比较，以其差值大小控将设定值与实测值进行比较，以其差值大小控制调节器动作，直至差值达到允许的误差范围。制调节器动作，直至差值达到允许的误差范围。三、控制仪表的分类：三、控制仪表的分类：l基地式控制仪表基地式控制仪表检测、控制、显示组合在一起的一类仪表。检测、控制、显示组合在一起的一类仪表。l单元组合式控制仪表单元组合式控制仪表在系统规定的统一的通讯方式下，按要求给出相在系统规定的统一的通讯方式下，按要求给出相
3、应的控制信号。应的控制信号。l计算机控制系统计算机控制系统以计算机为中心控制单元以计算机为中心控制单元，以测试仪表、执行机，以测试仪表、执行机构等单元为外围设备的系统。构等单元为外围设备的系统。5.2 基本控制规律基本控制规律l控制规律：控制系统输入与输出之间的关系。控制规律：控制系统输入与输出之间的关系。l按控制目标分类：按控制目标分类：限位控制：在输出超出设定的上下限时控制器改限位控制：在输出超出设定的上下限时控制器改变输出状态；变输出状态；连续控制：根据测量值与设定值的差异（差值）连续控制：根据测量值与设定值的差异（差值）连续调整输出（控制参数）。连续调整输出（控制参数）。一、限位控制一
4、、限位控制l控制规律控制规律:AB断开，低位，开启阀门；断开，低位，开启阀门；AC导通，高位，关闭阀门。导通，高位，关闭阀门。控控l控制结果：控制结果：将液位限制在将液位限制在BC之间。之间。ABC限位控制的过渡曲线限位控制的过渡曲线ptytyHyL二、连续控制二、连续控制PID控制控制l根据根据输入量与设定值差异输入量与设定值差异的大小的大小连续连续调整输调整输出量的大小。出量的大小。l分类：分类：P控制控制比例控制比例控制PI控制控制比例积分控制比例积分控制PD控制控制比例微分控制比例微分控制PID控制控制比例微分积分控制比例微分积分控制1.P调节调节l输出量与被控量的差值成正比。输出量与
5、被控量的差值成正比。P=KPel放大倍数放大倍数KP：输出量与被控量的差值的比例输出量与被控量的差值的比例系数。系数。l比例度比例度：控制器输入变化相对值与相应的：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。输出变化相对值之比的百分数。放大倍数放大倍数KP与比例度与比例度 成反比成反比KP（）值的影响）值的影响lKP值过大（值过大（值过小）值过小）系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。大幅振荡。lKP值过小（值过小（值过大）值过大）系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大。系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大。lKP值（值（值）适中值
6、）适中经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有一定的余差。一定的余差。2.PI调节调节l加入积分调节的目的：缩短大偏差的调节时加入积分调节的目的：缩短大偏差的调节时间，消除余差。间，消除余差。l积分调节方法：输出量与输入偏差对时间的积分调节方法：输出量与输入偏差对时间的积分成正比。积分成正比。l对于较大的偏差，容易导致调节时间过长，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。因而通常与比例调调节量过大而出现超调。因而通常与比例调节共同使用。节共同使用。积分时间积分时间Ti的影响的影响lTi值过小值过小系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产
7、生大系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。幅振荡。lTi值过大值过大积分作用不明显，调节时间长，余差大。积分作用不明显，调节时间长，余差大。lTi值适中值适中经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，无余经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，无余差。差。3.PD调节调节l加入微分调节的目的：防止出现超调现象。加入微分调节的目的：防止出现超调现象。l积分调节方法：输出量与输入偏差对时间的积分调节方法：输出量与输入偏差对时间的微分成正比。微分成正比。根据被控参数变化的快慢根据被控参数变化的快慢进行调节，属超前控制。进行调节，属超前控制。l对于固定的偏差，没有输出。因而不能消除对于固定的偏差
8、，没有输出。因而不能消除余差，通常与比例调节共同使用。余差，通常与比例调节共同使用。微分时间微分时间TD的影响的影响lTD值过大值过大系统反应过于灵敏，调节时间长，余差大，有时系统反应过于灵敏，调节时间长，余差大，有时甚至会出现大幅振荡。甚至会出现大幅振荡。lTD值过小值过小积分作用不明显，超调量大积分作用不明显，超调量大。lTD值适中值适中经过少数几个明显减幅振荡后，逐渐趋于稳定。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特别是对有较大滞后的系统作用尤为明显。4.PID调节调节l同时采用比例、积分、微分调节方法。同时采用比例、积分、微分调节方法。l通过适当
9、调整比例常数、积分时间、微分时间等三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。个参数的大小，确定各种调节作用的强弱。l采用比例积分微分（采用比例积分微分（PID）调节，既能快速进行控调节，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。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。的控制方法。几种调节方法的比较几种调节方法的比较lP调节调节lPI调节调节lPD调节调节lPID调节调
10、节5.2 模拟量模拟量PID控制器控制器一、基本构成一、基本构成l比较环节比较环节将测量值与设定值进行比较（电流、电压、气压信号相减）将测量值与设定值进行比较（电流、电压、气压信号相减），产生偏差信号。，产生偏差信号。l放大器放大器将偏差信号、反馈信号、载波信号叠加后进行放大。将偏差信号、反馈信号、载波信号叠加后进行放大。l反馈环节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，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。以实现比例、积分、微分等控制规律。测量信号测量信号给定信号给定信号比较环节比较环节偏差偏差放大器放大器输出信号输出信号反馈环
11、节反馈环节-二、二、DDZ电动控制器电动控制器1.仪表的特点仪表的特点l采用国际电工委员会（采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号：推荐的统一标准信号：420mA DC 或或 15V DC，信号电流与电压的转换电阻为信号电流与电压的转换电阻为250。l高度集成化，可靠性高，维修量少。高度集成化，可靠性高，维修量少。l全系统统一采用全系统统一采用24V DC电源供电，单元仪表无须电源供电，单元仪表无须单独设置电源。单独设置电源。l功能齐全，结构合理。功能齐全，结构合理。l具有具有本安本安（本质安全）性能。（本质安全）性能。2.DDZ电动控制器的基本功能电动控制器的基本功能l控制功能控制功
12、能自动控制：针对偏差，按自动控制：针对偏差，按PID规律自动调整输出。规律自动调整输出。手动控制：由人工直接设定输出值手动控制：由人工直接设定输出值遥控执行器。遥控执行器。l软手动：输出随时间按一定的速度增加或减小。软手动：输出随时间按一定的速度增加或减小。l硬手动：瞬间直接改变输出值。硬手动：瞬间直接改变输出值。l显示功能显示功能输入显示、设定值显示、手动给定显示、输出显示、输入显示、设定值显示、手动给定显示、输出显示、（输出）限位报警。（输出）限位报警。l调整功能调整功能给定输入调整：给定输入调整：控制参数整定：控制参数整定：无干扰切换无干扰切换l在不同的控制方式相互切换过程中，输出在不同
13、的控制方式相互切换过程中，输出参数和系统状态不发生突变。参数和系统状态不发生突变。l无干扰切换的实现：无干扰切换的实现：在切换前，调节手动输出参数或设定值，使输在切换前，调节手动输出参数或设定值，使输出值与自动输出值保持一致。出值与自动输出值保持一致。3、DDZ电动控制器的结构原理电动控制器的结构原理输入输入电路电路 PD电路电路 PI 电路电路输出输出电路电路软软手手动动电电路路硬硬手手动动电电路路显示显示电路电路内给定电路内给定电路给定值指示给定值指示外外给定值给定值测量信号测量信号输出信号输出信号KfK64.外形结构外形结构l仪表整体为长方体，仪表整体为长方体，伸入控制箱（盘）伸入控制箱
14、（盘）内部内部;lPID 参数设定位于参数设定位于仪表内部，拉开整仪表内部，拉开整个仪表，可用螺丝个仪表，可用螺丝刀调整变阻器。刀调整变阻器。炉温控制炉温控制5.3 数字量控制器数字量控制器l通过通过A/D，D/A转换，可以实现模拟量与转换，可以实现模拟量与数字量之间的相互转化。数字量之间的相互转化。l数字量控制器的基本结构原理为：数字量控制器的基本结构原理为：A/DAIODIOI/O模拟量信号模拟量信号模拟量信号模拟量信号CPU计计算算电电路路D/AAIODIOI/O模拟量信号模拟量信号模拟量信号模拟量信号数字量控制器的分类数字量控制器的分类l单回路数字控制器单回路数字控制器为适应为适应DDZ系列单元模式（功能、外形）而设系列单元模式（功能、外形）而设计的简易计算机控制系统。计的简易计算机控制系统。lPLC控制器控制器具有大量具有大量I/O接口的专用计算机系统，通常使用接口的专用计算机系统，通常使用专门的编程语言。专门的编程语言。l商用计算机商用计算机基于高性能商用基于高性能商用CPU的计算机系统，可使用多的计算机系统，可使用多种高级语言，具有普通家用计算机的全部功能。种高级语言，具有普通家用计算机的全部功能。本章作业本章作业l课后习题：课后习题：5,9,13