第二章 控制器(1)VIP免费

1第二章控制器12.1.1概述控制器在自动控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。12.1控制规律控制器的运算规律就是指控制器的输出信号与输入偏差之间随时间变化的规律。在研究控制器特性时，输出信号通常指的是变化量y。图单回路控制系统方框图左图所示的单回路控制系统中，由于扰动作用使被控变量偏离给定值，从而产生偏差。isxx式中：——扰动xi——测量值xs——给定值控制器接受偏差信号后，按一定的运算规律输出控制信号，作用于被控对象，以消除扰动对被控变量的影响，从而使被控变量回到给定值上来。2第二章控制器2控制规律的表示方法控制仪表输入和输出的物理量是不同的，特别是基地式控制器，它们的输入信号可能是温度、压力等，而输出信号为20~100kPa或0~10mADC、4~20mADC等。控制器的特性，用相对变化量来表示控制器的输入和输出，即控制器的输入：偏差相对输入信号范围的比值输出信号：输出变化量相对于输出信号范围的比值。显然，它们都是无因次的。即2式中：xmax-xmin——输入信号范围;ymax-ymin——输出信号范围;X——用相对变化量表示的控制器输入;Y——用相对变化量表示的控制器输出;x——控制器的输入偏差，为方便起见，后面用x表示;y——控制器的输出变化量，后面用y表示。maxminmaxmin,Y=xyXxxyy3第二章控制器3控制规律的表示方法控制器的特性用相对变化量X和Y的关系式表示，一般有如下5种方法3序号表示方法表现形式适用性1微分方程测定控制器参数2传递函数拉普拉斯变换式控制器的特性分析以及控制系统的分析计算3频率特性幅频特性和相频特性控制系统的分析4图示法输出随时间变化曲线，输入采用阶跃信号控制器参数的测定和控制器控制规律的定性分析5离散化微分方程离散化数字控制器以及各种计算机控制装置4第二章控制器42.1.22.1.2控制器的基本控制规律控制器的基本控制规律理想PID控制器的运算规律可用下式表示用传递函数表示为4式中第一项为比例(P)部分，第二项为积分(I)部分，第三项为微分(D)部分，各变量的意义如下:Kp——控制器的比例增益;TI——控制器的积分时间(再调时间)，以秒或分为单位;TD——控制器的微分时间(预调时间)，以秒或分为单位。一、PID控制器的基本控制规律01()TpDIdyKdtTTdt()1()(1)()pDIYsWsKTsESTs5第二章控制器55几点说明(1)运算规律通常是用增量形式来表示的，若用实际输出值y表示，则应写为式中y’——控制器的输出起始值，即t=0瞬间，=0，时的输出值。(2)习惯上，＞0称正偏差；＜0称负偏差；•＞0，Kp>0，相应的y>0，则该控制器称作正作用控制器；•＞0，Kp<0，相应的y＜0，则该控制器称作负作用控制器。011()TpDdyKdtTyTdt0ddt6第二章控制器6一、PID控制器的运算规律实际PID控制器的运算规律的传递函数可用下式表示6F——控制器变量之间的相互干扰系数，可表示为F=1+α，其中比例系数α的大小与控制器的构成方式有关。该式表明，当控制器无积分作用(TI→∞)或无微分作用(TD=0)时，F=1；kpF——考虑相互干扰系数后的实际比例增益;FTI——考虑相互干扰系数后的实际积分时间;——考虑相互干扰系数后的实际微分时间;KI——积分增益;KD——微分增益。当KI、KD均很大时，上式近似于理想PID运算规律的表达式。11()()1()1DIpDIIDTsYsFTsFwsKFTEssKTsKDTF7第二章控制器7二、比例控制规律只有比例运算规律的控制器为P控制器。对PID调节器而言，当积分时间TI→∞，微分时间TD→0时，控制器呈P控制特性。P控制器输出与输入的关系式为或式中——偏差变化范围;——输出信号变化范围。比例度为控制器的输入变化量相对输入信号范围，占相应的输出变化量对于输出信号范围的百分数。7pyK()pWsK1、比例度maxminmaxmin100%yyymaxminmaxminyy在单元组合仪表中，。此时，比例度可表示为因此，与KP成反比。愈小，Kp愈大，比例作用就愈强。1100%pKmaxminmaxminyy8第二章控...