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1、化工仪表自动化化工仪表自动化化工仪表自动化化工仪表自动化四川理工学院电信系自动化教研室四川理工学院电信系自动化教研室四川理工学院电信系自动化教研室四川理工学院电信系自动化教研室 第五章 自动限制仪表5.1 概述概述5.2基本限制规律及其对系统过渡过程基本限制规律及其对系统过渡过程的影响的影响 5.3 模拟式限制器模拟式限制器5.4 数字式限制器数字式限制器 5.5 可编程序限制器可编程序限制器25.1 概述v自动限制仪表在自动限制系统中的作用是将被控自动限制仪表在自动限制系统中的作用是将被控自动限制仪表在自动限制系统中的作用是将被控自动限制仪表在自动限制系统中的作用是将被控变量的测量值与给定值
2、相比较，产生确定的偏差，变量的测量值与给定值相比较，产生确定的偏差，变量的测量值与给定值相比较，产生确定的偏差，变量的测量值与给定值相比较，产生确定的偏差，限制仪表依据该偏差进行确定的数学运算，并将限制仪表依据该偏差进行确定的数学运算，并将限制仪表依据该偏差进行确定的数学运算，并将限制仪表依据该偏差进行确定的数学运算，并将运算结果以确定的信号形式送住执行器，以实现运算结果以确定的信号形式送住执行器，以实现运算结果以确定的信号形式送住执行器，以实现运算结果以确定的信号形式送住执行器，以实现对于被控变量的自动限制。对于被控变量的自动限制。对于被控变量的自动限制。对于被控变量的自动限制。35.1 概
3、述v限制仪表的发展来看，大体上经验了三个阶段：限制仪表的发展来看，大体上经验了三个阶段：限制仪表的发展来看，大体上经验了三个阶段：限制仪表的发展来看，大体上经验了三个阶段：v1 1基地式限制仪表基地式限制仪表基地式限制仪表基地式限制仪表v这类限制仪表一般是与检测装置、显示装置一起这类限制仪表一般是与检测装置、显示装置一起这类限制仪表一般是与检测装置、显示装置一起这类限制仪表一般是与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内，同时具有检测、限制与显组装在一个整体之内，同时具有检测、限制与显组装在一个整体之内，同时具有检测、限制与显组装在一个整体之内，同时具有检测、限制与显示的功能，所以它的结构简洁
4、、价格低廉、运用示的功能，所以它的结构简洁、价格低廉、运用示的功能，所以它的结构简洁、价格低廉、运用示的功能，所以它的结构简洁、价格低廉、运用便利。便利。便利。便利。v通用性差，信号不易传递，故一般只应用于一些通用性差，信号不易传递，故一般只应用于一些通用性差，信号不易传递，故一般只应用于一些通用性差，信号不易传递，故一般只应用于一些简洁限制系统；在一些中、小工厂中的特定生产简洁限制系统；在一些中、小工厂中的特定生产简洁限制系统；在一些中、小工厂中的特定生产简洁限制系统；在一些中、小工厂中的特定生产岗位，这种限制装置仍被接受并具有确定的优越岗位，这种限制装置仍被接受并具有确定的优越岗位，这种限
5、制装置仍被接受并具有确定的优越岗位，这种限制装置仍被接受并具有确定的优越性。性。性。性。45.1 概述2 2单元组合式仪表中的限制单元单元组合式仪表中的限制单元单元组合式仪表是将仪表按其功能的不同分成若单元组合式仪表是将仪表按其功能的不同分成若干单元干单元(例变送单元、定值单元、限制单元、显例变送单元、定值单元、限制单元、显示单元等示单元等)，每个单元只完成其中的一种功能，每个单元只完成其中的一种功能，各个单元之间以统一的标准信号相互联系。各个单元之间以统一的标准信号相互联系。单元组合式限制仪表有气动与电动两大类。目前单元组合式限制仪表有气动与电动两大类。目前国产的气动限制仪表例如国产的气动限
6、制仪表例如QDZQDZ型型(膜片型膜片型)、QDZQDZ型型(水纹管型水纹管型)，接受的是，接受的是20100kPa20100kPa的气动标准信号。电动限制仪表例如的气动标准信号。电动限制仪表例如DDZDDZ型，接受的是型，接受的是010mA010mA信号；信号；DDZDDZ型，接型，接受的是受的是420mA420mA信号。信号。55.1 概述气动限制仪表气动限制仪表气动限制仪表气动限制仪表电动限制仪表电动限制仪表电动限制仪表电动限制仪表65.1 概述3 3以微处理器为基元的限制装置以微处理器为基元的限制装置微处理器自从微处理器自从7070年头初出现以来，由于它灵敏、年头初出现以来，由于它灵敏
7、、牢靠、价廉、性能好，很快在自动限制领域得牢靠、价廉、性能好，很快在自动限制领域得到广泛的应用。以微处理器为基元的限制装置到广泛的应用。以微处理器为基元的限制装置其限制功能丰富、操作便利，很简洁构成各种其限制功能丰富、操作便利，很简洁构成各种困难限制系统。困难限制系统。目前，在自动限制系统中应用的以微处理器为基目前，在自动限制系统中应用的以微处理器为基元的限制装置主要有总体分散限制装置、单回元的限制装置主要有总体分散限制装置、单回路数字限制器、可编程数字限制器路数字限制器、可编程数字限制器(PLC)(PLC)和微计和微计算机系统等。算机系统等。75.2基本限制规律及对系统过渡过程的影响2比例限
8、制3 3双位限制3 1积分限制4微分限制 85.2基本限制规律及对系统过渡过程的影响 v探讨限制器的限制规律时是把限制器和系统断开探讨限制器的限制规律时是把限制器和系统断开探讨限制器的限制规律时是把限制器和系统断开探讨限制器的限制规律时是把限制器和系统断开的，即只在开环时单独探讨限制器本身的特性。的，即只在开环时单独探讨限制器本身的特性。的，即只在开环时单独探讨限制器本身的特性。的，即只在开环时单独探讨限制器本身的特性。v所谓限制规律是指限制器的输出信号与输入信号所谓限制规律是指限制器的输出信号与输入信号所谓限制规律是指限制器的输出信号与输入信号所谓限制规律是指限制器的输出信号与输入信号之间的
9、关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。v限制器的输入信号是经比较机构后的偏差信号限制器的输入信号是经比较机构后的偏差信号限制器的输入信号是经比较机构后的偏差信号限制器的输入信号是经比较机构后的偏差信号e e，在分析自动化系统时，偏差接受在分析自动化系统时，偏差接受在分析自动化系统时，偏差接受在分析自动化系统时，偏差接受e ex xz z，但在，但在，但在，但在单独分析限制仪表时，习惯上接受测量值减去给单独分析限制仪表时，习惯上接受测量值减去给单独分析限制仪表时，习惯上接受测量值减去给单独分析限制仪表时，习惯上接受测量值减去给定值作为偏差。定值作为偏差。定值作为偏差。定值作为偏差。v限制器的
10、输出信号就是限制器送往执行器限制器的输出信号就是限制器送往执行器限制器的输出信号就是限制器送往执行器限制器的输出信号就是限制器送往执行器(常用气常用气常用气常用气动执行器动执行器动执行器动执行器)的信号的信号的信号的信号p p。95.2基本限制规律及对系统过渡过程的影响v限制器的限制规律就是指限制器的限制规律就是指限制器的限制规律就是指限制器的限制规律就是指p p与与与与e e之间的函数关系，之间的函数关系，之间的函数关系，之间的函数关系，即：即：即：即：v在探讨限制器的限制规律时，常常是假定限制器在探讨限制器的限制规律时，常常是假定限制器在探讨限制器的限制规律时，常常是假定限制器在探讨限制器
11、的限制规律时，常常是假定限制器的输入信号的输入信号的输入信号的输入信号e e是一个阶跃信号，然后来探讨限制器是一个阶跃信号，然后来探讨限制器是一个阶跃信号，然后来探讨限制器是一个阶跃信号，然后来探讨限制器的输出信号的输出信号的输出信号的输出信号p p随时间的变更规律。随时间的变更规律。随时间的变更规律。随时间的变更规律。v限制器的基本限制规律有位式限制限制器的基本限制规律有位式限制限制器的基本限制规律有位式限制限制器的基本限制规律有位式限制(其中以双位限其中以双位限其中以双位限其中以双位限制比较常用制比较常用制比较常用制比较常用)、比例限制、比例限制、比例限制、比例限制(Propotional
12、)(Propotional)、积分限、积分限、积分限、积分限制制制制(Integral)(Integral)、微分限制、微分限制、微分限制、微分限制(Derivative)(Derivative)及它们的及它们的及它们的及它们的组合形式，如比例积分限制组合形式，如比例积分限制组合形式，如比例积分限制组合形式，如比例积分限制(PI)(PI)、比例微分限制、比例微分限制、比例微分限制、比例微分限制(PD)(PD)和比例积分微分限制和比例积分微分限制和比例积分微分限制和比例积分微分限制(PID)(PID)。10双位限制v双位限制的动作规律是当测量值大于给定值时，双位限制的动作规律是当测量值大于给定值
13、时，双位限制的动作规律是当测量值大于给定值时，双位限制的动作规律是当测量值大于给定值时，限制器的输出为最大（或最小），而当测量值小限制器的输出为最大（或最小），而当测量值小限制器的输出为最大（或最小），而当测量值小限制器的输出为最大（或最小），而当测量值小于给定值时，则输出为最小（或最大），即限制于给定值时，则输出为最小（或最大），即限制于给定值时，则输出为最小（或最大），即限制于给定值时，则输出为最小（或最大），即限制器只有两个输出值，相应的限制机构只有开和关器只有两个输出值，相应的限制机构只有开和关器只有两个输出值，相应的限制机构只有开和关器只有两个输出值，相应的限制机构只有开和关两个极限
14、位置，因此又称开关限制。两个极限位置，因此又称开关限制。两个极限位置，因此又称开关限制。两个极限位置，因此又称开关限制。v双位限制的特性可以用下面的数学表达式来描述双位限制的特性可以用下面的数学表达式来描述双位限制的特性可以用下面的数学表达式来描述双位限制的特性可以用下面的数学表达式来描述11双位限制v志向双位限制的特性如图所示：志向双位限制的特性如图所示：志向双位限制的特性如图所示：志向双位限制的特性如图所示：12双位限制v典型双位限制的原理图典型双位限制的原理图典型双位限制的原理图典型双位限制的原理图v该系统利用电极或液位计该系统利用电极或液位计该系统利用电极或液位计该系统利用电极或液位计
15、来限制贮槽的液位。槽内来限制贮槽的液位。槽内来限制贮槽的液位。槽内来限制贮槽的液位。槽内装有一个电极，作为液位装有一个电极，作为液位装有一个电极，作为液位装有一个电极，作为液位的测量装置。电极的一端的测量装置。电极的一端的测量装置。电极的一端的测量装置。电极的一端与继电器的线圈与继电器的线圈与继电器的线圈与继电器的线圈 J J 相接；相接；相接；相接；另一端正好处于液位给定另一端正好处于液位给定另一端正好处于液位给定另一端正好处于液位给定值的位置上。导电流体经值的位置上。导电流体经值的位置上。导电流体经值的位置上。导电流体经装有电磁阀装有电磁阀装有电磁阀装有电磁阀 V V 的管线进的管线进的管
16、线进的管线进入贮槽，再由出料管流出。入贮槽，再由出料管流出。入贮槽，再由出料管流出。入贮槽，再由出料管流出。贮槽的外壳接地。贮槽的外壳接地。贮槽的外壳接地。贮槽的外壳接地。13双位限制v按志向的双位限制特性工作的限制机构，动作特按志向的双位限制特性工作的限制机构，动作特按志向的双位限制特性工作的限制机构，动作特按志向的双位限制特性工作的限制机构，动作特别频繁，这样会使系统中的运动部件（例如继电别频繁，这样会使系统中的运动部件（例如继电别频繁，这样会使系统中的运动部件（例如继电别频繁，这样会使系统中的运动部件（例如继电器、电磁阀等）因动作频繁而损坏，因此实际应器、电磁阀等）因动作频繁而损坏，因此
17、实际应器、电磁阀等）因动作频繁而损坏，因此实际应器、电磁阀等）因动作频繁而损坏，因此实际应用的双位限制器具有一个中间区。用的双位限制器具有一个中间区。用的双位限制器具有一个中间区。用的双位限制器具有一个中间区。v其特性可表示为其特性可表示为其特性可表示为其特性可表示为14双位限制v具有中间区的双位限制特性如图所示。具有中间区的双位限制特性如图所示。具有中间区的双位限制特性如图所示。具有中间区的双位限制特性如图所示。15双位限制v若上述液位限制系统接受具有中间区的双位限制。若上述液位限制系统接受具有中间区的双位限制。若上述液位限制系统接受具有中间区的双位限制。若上述液位限制系统接受具有中间区的双
18、位限制。则限制过程如下：则限制过程如下：则限制过程如下：则限制过程如下：16双位限制v双位限制过程中不接受对连续限制作用下的衰减双位限制过程中不接受对连续限制作用下的衰减双位限制过程中不接受对连续限制作用下的衰减双位限制过程中不接受对连续限制作用下的衰减振荡过程所提的那些品质指标，一般接受振幅与振荡过程所提的那些品质指标，一般接受振幅与振荡过程所提的那些品质指标，一般接受振幅与振荡过程所提的那些品质指标，一般接受振幅与周期作为品质指标。周期作为品质指标。周期作为品质指标。周期作为品质指标。v双位限制的特点：双位限制的特点：双位限制的特点：双位限制的特点：v结构简洁，成本较低，易于实现，因此应用
19、很普结构简洁，成本较低，易于实现，因此应用很普结构简洁，成本较低，易于实现，因此应用很普结构简洁，成本较低，易于实现，因此应用很普遍。遍。遍。遍。v如：空气压缩机贮罐的压力限制、恒温箱、电烘如：空气压缩机贮罐的压力限制、恒温箱、电烘如：空气压缩机贮罐的压力限制、恒温箱、电烘如：空气压缩机贮罐的压力限制、恒温箱、电烘箱的温度限制等。箱的温度限制等。箱的温度限制等。箱的温度限制等。v除了双位限制外，还有三位除了双位限制外，还有三位除了双位限制外，还有三位除了双位限制外，还有三位(即具有一个中间位置即具有一个中间位置即具有一个中间位置即具有一个中间位置)或更多位的，包括双位在内，这一类统称为位式或更
20、多位的，包括双位在内，这一类统称为位式或更多位的，包括双位在内，这一类统称为位式或更多位的，包括双位在内，这一类统称为位式限制，它们的工作原理基本上一样。限制，它们的工作原理基本上一样。限制，它们的工作原理基本上一样。限制，它们的工作原理基本上一样。17比例限制v在双位限制系统中，被控变量不行避开地会产生在双位限制系统中，被控变量不行避开地会产生在双位限制系统中，被控变量不行避开地会产生在双位限制系统中，被控变量不行避开地会产生持续的等幅振荡过程。持续的等幅振荡过程。持续的等幅振荡过程。持续的等幅振荡过程。v为了避开这种状况，应当使限制阀的开度（即限为了避开这种状况，应当使限制阀的开度（即限为
21、了避开这种状况，应当使限制阀的开度（即限为了避开这种状况，应当使限制阀的开度（即限制器的输出值）与被控变量的偏差成比例，依据制器的输出值）与被控变量的偏差成比例，依据制器的输出值）与被控变量的偏差成比例，依据制器的输出值）与被控变量的偏差成比例，依据偏差的大小，限制阀可以处于不同的位置，这样偏差的大小，限制阀可以处于不同的位置，这样偏差的大小，限制阀可以处于不同的位置，这样偏差的大小，限制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋
22、于稳定，达到平衡状态。而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。18比例限制v比例限制实例比例限制实例比例限制实例比例限制实例19比例限制v比例限制规律是指限制器的输出变更量与输入偏比例限制规律是指限制器的输出变更量与输入偏比例限制规律是指限制器的输出变更量与输入偏比例限制规律是指限制器的输出变更量与输入偏差成比例关系。差成比例关系。差成比例关系。差成比例关系。pKP e比例限制器的阶跃响应特性如图epttAKpA20比例限制v明显，在输入偏差相同的状况下，明显，在输入偏差相同的状况下，明显，在输入偏差相同的状况下，明显，在输入
23、偏差相同的状况下，KpKp越大，限制越大，限制越大，限制越大，限制器的输出变更量也越大，限制作用就越强在过程器的输出变更量也越大，限制作用就越强在过程器的输出变更量也越大，限制作用就越强在过程器的输出变更量也越大，限制作用就越强在过程限制中习惯于接受比例度限制中习惯于接受比例度限制中习惯于接受比例度限制中习惯于接受比例度(也称比例带也称比例带也称比例带也称比例带)来衡量比来衡量比来衡量比来衡量比例限制作用的强弱。例限制作用的强弱。例限制作用的强弱。例限制作用的强弱。v所谓比例度就是指限制器输入的变更相对值与相所谓比例度就是指限制器输入的变更相对值与相所谓比例度就是指限制器输入的变更相对值与相所
24、谓比例度就是指限制器输入的变更相对值与相应的输出变更相对值之比的百分数。应的输出变更相对值之比的百分数。应的输出变更相对值之比的百分数。应的输出变更相对值之比的百分数。v比例度就是使限制器的输出变更满刻度时比例度就是使限制器的输出变更满刻度时比例度就是使限制器的输出变更满刻度时比例度就是使限制器的输出变更满刻度时(也就是也就是也就是也就是限制阀从全关到全开或相反限制阀从全关到全开或相反限制阀从全关到全开或相反限制阀从全关到全开或相反)，相应的仪表测量值，相应的仪表测量值，相应的仪表测量值，相应的仪表测量值变更占仪表测量范围的百分数。变更占仪表测量范围的百分数。变更占仪表测量范围的百分数。变更占
25、仪表测量范围的百分数。v或者说，使限制器输出变更满刻度时，输入偏差或者说，使限制器输出变更满刻度时，输入偏差或者说，使限制器输出变更满刻度时，输入偏差或者说，使限制器输出变更满刻度时，输入偏差变更对应于指示刻度的百分数。变更对应于指示刻度的百分数。变更对应于指示刻度的百分数。变更对应于指示刻度的百分数。21比例限制v例如一台比例作用的限制器，温度刻度范围为例如一台比例作用的限制器，温度刻度范围为例如一台比例作用的限制器，温度刻度范围为例如一台比例作用的限制器，温度刻度范围为400800400800，限制器输出工作范围是，限制器输出工作范围是，限制器输出工作范围是，限制器输出工作范围是010mA
26、010mA，当，当，当，当指示指针从指示指针从指示指针从指示指针从600600移到移到移到移到700700，此时限制器相应的，此时限制器相应的，此时限制器相应的，此时限制器相应的输出从输出从输出从输出从4mA4mA变为变为变为变为9mA9mA，其比例度的值为：，其比例度的值为：，其比例度的值为：，其比例度的值为：v这说明对于这台限制器，温度变更全量程的这说明对于这台限制器，温度变更全量程的这说明对于这台限制器，温度变更全量程的这说明对于这台限制器，温度变更全量程的5050(相当于相当于相当于相当于200 200)，限制器的输出就能从最小变为最，限制器的输出就能从最小变为最，限制器的输出就能从最
27、小变为最，限制器的输出就能从最小变为最大，在此区间内，大，在此区间内，大，在此区间内，大，在此区间内，e e和和和和p p是成比例的。是成比例的。是成比例的。是成比例的。22比例限制v在用单元组合仪表构成的限制系统中，比例度的在用单元组合仪表构成的限制系统中，比例度的在用单元组合仪表构成的限制系统中，比例度的在用单元组合仪表构成的限制系统中，比例度的定义可以用下式来表示：定义可以用下式来表示：定义可以用下式来表示：定义可以用下式来表示：=1/KP=1/KPv这说明两者互为例数关系，即这说明两者互为例数关系，即这说明两者互为例数关系，即这说明两者互为例数关系，即 越小，越小，越小，越小，KpKp
28、越大，越大，越大，越大，比例限制作用越强；比例限制作用越强；比例限制作用越强；比例限制作用越强；越大，越大，越大，越大，KpKp越小，比例限制越小，比例限制越小，比例限制越小，比例限制作用越弱。作用越弱。作用越弱。作用越弱。23比例限制v液位比例限制系统的过渡过液位比例限制系统的过渡过液位比例限制系统的过渡过液位比例限制系统的过渡过程。程。程。程。v限制过程结束时，液位的新限制过程结束时，液位的新限制过程结束时，液位的新限制过程结束时，液位的新稳态值将低于给定值，它们稳态值将低于给定值，它们稳态值将低于给定值，它们稳态值将低于给定值，它们之间的差就叫余差。之间的差就叫余差。之间的差就叫余差。之
29、间的差就叫余差。v假如定义偏差假如定义偏差假如定义偏差假如定义偏差e e为测量值减为测量值减为测量值减为测量值减去结定值，则去结定值，则去结定值，则去结定值，则e e的变更曲线的变更曲线的变更曲线的变更曲线见图。见图。见图。见图。24比例限制v比例限制的特点：比例限制的特点：比例限制的特点：比例限制的特点：v有差限制，只有当偏差出现时，才产生新的限制有差限制，只有当偏差出现时，才产生新的限制有差限制，只有当偏差出现时，才产生新的限制有差限制，只有当偏差出现时，才产生新的限制动作，而且偏差越大，限制器输出的变更也越大。动作，而且偏差越大，限制器输出的变更也越大。动作，而且偏差越大，限制器输出的变
30、更也越大。动作，而且偏差越大，限制器输出的变更也越大。存在余差是比例限制的缺点。存在余差是比例限制的缺点。存在余差是比例限制的缺点。存在余差是比例限制的缺点。v快速刚好。快速刚好。快速刚好。快速刚好。v比例限制系统适用于干扰较小、不频繁，对象滞比例限制系统适用于干扰较小、不频繁，对象滞比例限制系统适用于干扰较小、不频繁，对象滞比例限制系统适用于干扰较小、不频繁，对象滞后较小而时间常数较大，限制精确度要求不高的后较小而时间常数较大，限制精确度要求不高的后较小而时间常数较大，限制精确度要求不高的后较小而时间常数较大，限制精确度要求不高的场合。场合。场合。场合。25比例限制v比例度对限制过程的影响比
31、例度对限制过程的影响比例度对限制过程的影响比例度对限制过程的影响v比例度对限制过程的影响可以从静态和动态两个比例度对限制过程的影响可以从静态和动态两个比例度对限制过程的影响可以从静态和动态两个比例度对限制过程的影响可以从静态和动态两个方面来考虑。比例度对系统静态特性的影响是：方面来考虑。比例度对系统静态特性的影响是：方面来考虑。比例度对系统静态特性的影响是：方面来考虑。比例度对系统静态特性的影响是：比例度越大（即放大倍数比例度越大（即放大倍数比例度越大（即放大倍数比例度越大（即放大倍数 Kp Kp越小），限制过程越小），限制过程越小），限制过程越小），限制过程达到稳态时的余差就越大。达到稳态时
32、的余差就越大。达到稳态时的余差就越大。达到稳态时的余差就越大。v减小比例度虽然有利于减小系统达到新稳态时的减小比例度虽然有利于减小系统达到新稳态时的减小比例度虽然有利于减小系统达到新稳态时的减小比例度虽然有利于减小系统达到新稳态时的余差，但却影响到系统的动态特性，使限制系统余差，但却影响到系统的动态特性，使限制系统余差，但却影响到系统的动态特性，使限制系统余差，但却影响到系统的动态特性，使限制系统的稳定性下降。比例度对过渡过程的影响可由图的稳定性下降。比例度对过渡过程的影响可由图的稳定性下降。比例度对过渡过程的影响可由图的稳定性下降。比例度对过渡过程的影响可由图 所示的在干扰作用下的闭环响应曲
33、线。所示的在干扰作用下的闭环响应曲线。所示的在干扰作用下的闭环响应曲线。所示的在干扰作用下的闭环响应曲线。26比例限制v比例度的选择原则比例度的选择原则比例度的选择原则比例度的选择原则:v若对象的滞后较小，时若对象的滞后较小，时若对象的滞后较小，时若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大倍间常数较大以及放大倍间常数较大以及放大倍间常数较大以及放大倍数较小，那么可以选择数较小，那么可以选择数较小，那么可以选择数较小，那么可以选择小的比例度来提高系统小的比例度来提高系统小的比例度来提高系统小的比例度来提高系统的灵敏度，从而使过渡的灵敏度，从而使过渡的灵敏度，从而使过渡的灵敏度，从而使过渡过程曲线的形
34、态较好。过程曲线的形态较好。过程曲线的形态较好。过程曲线的形态较好。反之，为保证系统的稳反之，为保证系统的稳反之，为保证系统的稳反之，为保证系统的稳定性，就要选择大的比定性，就要选择大的比定性，就要选择大的比定性，就要选择大的比例度来保证稳定。例度来保证稳定。例度来保证稳定。例度来保证稳定。27积分限制v当对限制质量有更高要求时，就须要在比例限制当对限制质量有更高要求时，就须要在比例限制当对限制质量有更高要求时，就须要在比例限制当对限制质量有更高要求时，就须要在比例限制的基础上，再加上能消退余差的积分限制作用。的基础上，再加上能消退余差的积分限制作用。的基础上，再加上能消退余差的积分限制作用。
35、的基础上，再加上能消退余差的积分限制作用。积分限制作用的输出变更量积分限制作用的输出变更量积分限制作用的输出变更量积分限制作用的输出变更量p p与输入偏差与输入偏差与输入偏差与输入偏差e e的积分的积分的积分的积分成正比：成正比：成正比：成正比：v式中式中式中式中KIKI代表积分速度。当限制器输入偏差代表积分速度。当限制器输入偏差代表积分速度。当限制器输入偏差代表积分速度。当限制器输入偏差 e e 是一是一是一是一常数常数常数常数 A A 时，式可写成时，式可写成时，式可写成时，式可写成v积分作用能够消退余差，这是积分限制规律最显积分作用能够消退余差，这是积分限制规律最显积分作用能够消退余差，
36、这是积分限制规律最显积分作用能够消退余差，这是积分限制规律最显著的特点，也是它的突出优点。著的特点，也是它的突出优点。著的特点，也是它的突出优点。著的特点，也是它的突出优点。28积分限制v积分限制作用的特性可以用在积分限制作用的特性可以用在积分限制作用的特性可以用在积分限制作用的特性可以用在阶跃输入作用下，输出的响应阶跃输入作用下，输出的响应阶跃输入作用下，输出的响应阶跃输入作用下，输出的响应曲线来说明。曲线来说明。曲线来说明。曲线来说明。v输出信号的变更速度与偏差输出信号的变更速度与偏差输出信号的变更速度与偏差输出信号的变更速度与偏差e e及及及及KIKI成正比，而其限制作用成正比，而其限制
37、作用成正比，而其限制作用成正比，而其限制作用是随着时间积累才渐渐增加的，是随着时间积累才渐渐增加的，是随着时间积累才渐渐增加的，是随着时间积累才渐渐增加的，所以限制动作缓慢，会出现限所以限制动作缓慢，会出现限所以限制动作缓慢，会出现限所以限制动作缓慢，会出现限制不刚好，当对象惯性较大时，制不刚好，当对象惯性较大时，制不刚好，当对象惯性较大时，制不刚好，当对象惯性较大时，被控变量将出现大的超调量，被控变量将出现大的超调量，被控变量将出现大的超调量，被控变量将出现大的超调量，过渡时间也将延长。过渡时间也将延长。过渡时间也将延长。过渡时间也将延长。tte p29积分限制v常常把比例与积分组合起来，这
38、样限制既刚好，常常把比例与积分组合起来，这样限制既刚好，常常把比例与积分组合起来，这样限制既刚好，常常把比例与积分组合起来，这样限制既刚好，又能消退余差，比例积分限制规律可用下式表示：又能消退余差，比例积分限制规律可用下式表示：又能消退余差，比例积分限制规律可用下式表示：又能消退余差，比例积分限制规律可用下式表示：v用积分时间用积分时间用积分时间用积分时间TITI代替代替代替代替KIKI，则表示为：，则表示为：，则表示为：，则表示为：v当偏差为幅值为当偏差为幅值为当偏差为幅值为当偏差为幅值为AA的阶越时：的阶越时：的阶越时：的阶越时：30积分限制v输出中垂直上升部分输出中垂直上升部分输出中垂直
39、上升部分输出中垂直上升部分KpAKpA是是是是比例作用造成的，渐渐上升比例作用造成的，渐渐上升比例作用造成的，渐渐上升比例作用造成的，渐渐上升部分部分部分部分KpAt/TIKpAt/TI是积分作用造是积分作用造是积分作用造是积分作用造成的。成的。成的。成的。v积分时间积分时间积分时间积分时间TITI的物理意义：在的物理意义：在的物理意义：在的物理意义：在阶跃信号作用下，限制器积阶跃信号作用下，限制器积阶跃信号作用下，限制器积阶跃信号作用下，限制器积分作用的输出等于比例作用分作用的输出等于比例作用分作用的输出等于比例作用分作用的输出等于比例作用的输出所经验的时间。的输出所经验的时间。的输出所经验
40、的时间。的输出所经验的时间。t KpAte pTIKpA31积分限制v积分时间积分时间积分时间积分时间TITI越短，积分速度越短，积分速度越短，积分速度越短，积分速度KIKI越大，积分作用越越大，积分作用越越大，积分作用越越大，积分作用越强。反之，积分时间越长，积分作用越弱。若积强。反之，积分时间越长，积分作用越弱。若积强。反之，积分时间越长，积分作用越弱。若积强。反之，积分时间越长，积分作用越弱。若积分时间为无穷大，就没有积分作用，成为纯比例分时间为无穷大，就没有积分作用，成为纯比例分时间为无穷大，就没有积分作用，成为纯比例分时间为无穷大，就没有积分作用，成为纯比例限制器了。限制器了。限制器
41、了。限制器了。v在比例积分限制器中，比例度在比例积分限制器中，比例度在比例积分限制器中，比例度在比例积分限制器中，比例度 和积分时间和积分时间和积分时间和积分时间 Ti Ti 都都都都是可调参数。是可调参数。是可调参数。是可调参数。32积分限制v积分时间对过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响v积分时间积分时间积分时间积分时间 Ti Ti 过大和过小得到的过大和过小得到的过大和过小得到的过大和过小得到的限制效果都不志向。限制效果都不志向。限制效果都不志向。限制效果都不志向。v积分时间过大，积分作用太弱，积分时间过大，积分作用太弱，积分时间过大，积
42、分作用太弱，积分时间过大，积分作用太弱，消退余差的过程很慢消退余差的过程很慢消退余差的过程很慢消退余差的过程很慢(b)(b)v积分时间太小，限制器的输出积分时间太小，限制器的输出积分时间太小，限制器的输出积分时间太小，限制器的输出变更太快，使过渡过程振荡太变更太快，使过渡过程振荡太变更太快，使过渡过程振荡太变更太快，使过渡过程振荡太猛烈，系统的稳定性大大下降猛烈，系统的稳定性大大下降猛烈，系统的稳定性大大下降猛烈，系统的稳定性大大下降(d)(d)v积分时间适当时，过渡过程能积分时间适当时，过渡过程能积分时间适当时，过渡过程能积分时间适当时，过渡过程能较快地衰减，而且没有余差较快地衰减，而且没有
43、余差较快地衰减，而且没有余差较快地衰减，而且没有余差(c)(c)33微分限制 v对于惯性较大的对象，常常希望能依据被控变量对于惯性较大的对象，常常希望能依据被控变量对于惯性较大的对象，常常希望能依据被控变量对于惯性较大的对象，常常希望能依据被控变量变更的快慢来限制，这就要求限制器具有微分限变更的快慢来限制，这就要求限制器具有微分限变更的快慢来限制，这就要求限制器具有微分限变更的快慢来限制，这就要求限制器具有微分限制规律，就是限制器的输出信号与偏差信号的变制规律，就是限制器的输出信号与偏差信号的变制规律，就是限制器的输出信号与偏差信号的变制规律，就是限制器的输出信号与偏差信号的变更速度成正比：更
44、速度成正比：更速度成正比：更速度成正比：v式中式中式中式中TDTD为微分时间，为微分时间，为微分时间，为微分时间，为偏差信号变更速度。为偏差信号变更速度。为偏差信号变更速度。为偏差信号变更速度。v由上式可知，微分作用是依据偏差的变更速度来由上式可知，微分作用是依据偏差的变更速度来由上式可知，微分作用是依据偏差的变更速度来由上式可知，微分作用是依据偏差的变更速度来进行限制的，偏差的变更速度越大，限制器的输进行限制的，偏差的变更速度越大，限制器的输进行限制的，偏差的变更速度越大，限制器的输进行限制的，偏差的变更速度越大，限制器的输出变更也越大。出变更也越大。出变更也越大。出变更也越大。34微分限制
45、v当输入偏差信号为一幅值为当输入偏差信号为一幅值为当输入偏差信号为一幅值为当输入偏差信号为一幅值为 A A 的阶跃变更时，所的阶跃变更时，所的阶跃变更时，所的阶跃变更时，所得到的微分限制特性响应曲线如图所示。在阶跃得到的微分限制特性响应曲线如图所示。在阶跃得到的微分限制特性响应曲线如图所示。在阶跃得到的微分限制特性响应曲线如图所示。在阶跃信号输入的瞬间，限制器的输出为无穷大，其余信号输入的瞬间，限制器的输出为无穷大，其余信号输入的瞬间，限制器的输出为无穷大，其余信号输入的瞬间，限制器的输出为无穷大，其余时间输出为零。时间输出为零。时间输出为零。时间输出为零。et0t0tt比例微分输出的大小与比
46、例微分输出的大小与比例微分输出的大小与比例微分输出的大小与偏差变更速度及微分时偏差变更速度及微分时偏差变更速度及微分时偏差变更速度及微分时间间间间TDTD成正比。微分时间成正比。微分时间成正比。微分时间成正比。微分时间越长，微分作用越强。越长，微分作用越强。越长，微分作用越强。越长，微分作用越强。p35微分限制v微分限制的特点微分限制的特点微分限制的特点微分限制的特点v即使偏差很小，只要出现变更趋势，立刻就进行即使偏差很小，只要出现变更趋势，立刻就进行即使偏差很小，只要出现变更趋势，立刻就进行即使偏差很小，只要出现变更趋势，立刻就进行限制，故有超前限制之称，这是它的优点。限制，故有超前限制之称
47、，这是它的优点。限制，故有超前限制之称，这是它的优点。限制，故有超前限制之称，这是它的优点。v可以减小系统的动态偏差和过渡时间，使过程的可以减小系统的动态偏差和过渡时间，使过程的可以减小系统的动态偏差和过渡时间，使过程的可以减小系统的动态偏差和过渡时间，使过程的动态品质得到明显改善。由于微分作用总是力图动态品质得到明显改善。由于微分作用总是力图动态品质得到明显改善。由于微分作用总是力图动态品质得到明显改善。由于微分作用总是力图抑制被控变量的变更，所以它有提高限制系统稳抑制被控变量的变更，所以它有提高限制系统稳抑制被控变量的变更，所以它有提高限制系统稳抑制被控变量的变更，所以它有提高限制系统稳定
48、性的作用。定性的作用。定性的作用。定性的作用。v输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而限制结果数值很大，微分作用也没有输出，因而限制结果数值很大，微分作用也没有输出，因而限制结果数值很大，微分作用也没有输出，因而限制结果不能消退偏差，所以不能单独运用这种限制器，不能消退偏差，所以不能单独运用这种限制器，不能消退偏差，所以不能单独运用这种限制器，不能消退偏差，所以不能单独运用这种限制器，它常与比例或比例积分组合构成比例微分或三作它常与
49、比例或比例积分组合构成比例微分或三作它常与比例或比例积分组合构成比例微分或三作它常与比例或比例积分组合构成比例微分或三作用限制器。用限制器。用限制器。用限制器。36微分限制vv工业上实际的限制器接受的都是接受一种近似的微分作用，工业上实际的限制器接受的都是接受一种近似的微分作用，工业上实际的限制器接受的都是接受一种近似的微分作用，工业上实际的限制器接受的都是接受一种近似的微分作用，它在阶跃输入作用下的开环响应特性如图所示。由图中可它在阶跃输入作用下的开环响应特性如图所示。由图中可它在阶跃输入作用下的开环响应特性如图所示。由图中可它在阶跃输入作用下的开环响应特性如图所示。由图中可见，在跃输入加入
50、的瞬间，输出突然升到一个较大的有限见，在跃输入加入的瞬间，输出突然升到一个较大的有限见，在跃输入加入的瞬间，输出突然升到一个较大的有限见，在跃输入加入的瞬间，输出突然升到一个较大的有限数值，然后是按指数规律衰减至零。这一变更特性可以用数值，然后是按指数规律衰减至零。这一变更特性可以用数值，然后是按指数规律衰减至零。这一变更特性可以用数值，然后是按指数规律衰减至零。这一变更特性可以用下面的数学表达式描述：下面的数学表达式描述：下面的数学表达式描述：下面的数学表达式描述：37微分限制v比例微分限制规律为：比例微分限制规律为：比例微分限制规律为：比例微分限制规律为：v实际比例微分限制规律：实际比例微