自動控制儀表第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日第一節概述構成自動控制系統的儀表稱為過程控制儀表。主要包括變送器、控制器和執行器。還包括很多種輔助儀表。ezxP第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日給定值（x）：工藝要求的量值。測量值（z）:被控變量實際值。偏差（e）:測量值與給定值之差（e=z-x

)。正偏差：e>x時。負偏差：e<x時。操縱值（P）：控制器的輸出信號。

自動控制儀表第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日正作用控制器：正偏差時，控制器的輸出增大變化。反作用控制器：負偏差時，控制器的輸出增大變化。一般用操縱值的變化量描述控制規律。

自動控制儀表第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日穩態(靜態)時：我們關心的是ΔP如何變化，ΔP的大小和方向由控制規律所決定。

自動控制儀表epzx當

>Q00時，控制閥如何控制?第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日控制規律的研究內容:當z≠x時，P有一個變化量△P，使執行器產生控制作用，z→x。即：△P是用來克服偏差的，則控制規律研究的是△P與e之間隨時間變化的關系。控制規律有自適應、預估、模糊控制算法、PID算法等。最常用的控制規律是PID算法，它由基本控制規律P、I、D組成P、PI、PD、PID，統稱PID。

自動控制儀表第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、雙位控制1、雙位控制規律

Pmaxe＞0（e＜0）PPmine＜0（e＞0）2、舉例

液位電磁線圈閥門進料液位

H＞H0

通電關閉切斷進料

H→H0

H＜H0

斷電打開進料

H→H0

第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日中間區：被控變量有一定的變化范圍第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日3、品質指標：振幅周期原則：使振蕩幅值在允許的范圍內，盡可能的使周期延長。

4、特點：結構簡單、成本低、易實現第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、比例控制規律（P）

e

Pzx

自動控制儀表二、比例控制第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日ab

比例控制系統示意圖舉例：如圖是一液位控制系統。當液位下降時，浮球跟隨下降，

P

e

自動控制儀表e第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日KP—比例增益;（放大倍數）杠桿就是控制器，p是控制器的輸出。e是控制器的輸入。epab

e

PZx所以

自動控制儀表因此，第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日定義：比例控制規律的輸出變化量與輸入偏差e成正比。

ett△Pt0Ct0KpC

自動控制儀表第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日比例度就是指控制器輸入的相對值與相應的輸出的相對變化值之比的百分數。用式子表示：由于比例增益KP是有量綱的量，在工程上常將其轉換成一個無量綱的量：比例度2、比例度

自動控制儀表第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日e:輸入的最大變化量，即儀表的量程。P:輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作范圍。

自動控制儀表第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日對于控制器采用標準信號時：P變化范圍=e變化范圍所以（強）故：（對于單元組合儀表：K=1）第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日例題:

一Ⅲ型比例控制器溫度刻度范圍是100—200

℃控制器的輸出工作范圍是4—20mA。當指示值從140℃變化到160℃時控制器的輸出從8mA變化到16mA。比例度是多少？=40%當測量溫度變化了全量程的40%時，控制器的輸出從4mA—20mA。在這個范圍內，溫度的變化與控制器的輸出P是成比例的。

自動控制儀表第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日ΔPminΔPmaxΔe%0%100%也可以說比例度就是使控制器輸出變化全范圍時，輸入偏差改變了輸入量程的百分數。40%

自動控制儀表第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日050%100%e%PmaxPminPmax-Pmin2比例度示意圖2、控制器比例度與輸入、輸出的關系

=200%

=100%

=50%

自動控制儀表第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日eP3、比例控制作用的特性1)靜態特性：

控制結束后有余差。（即測量值不等于給定值）2)動態特性：

控制及時，無滯后。teCt0tPt0KpC

自動控制儀表第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日4、特點：

2)動作迅速，作用及時。

適用于滯后小，負荷變化不大，無余差要求的場合。3)最終穩定時，△P=0

P=KPe，

e(∞)≠0，即存在余差。

KP↑→余差C↓，但KP過大，系統易發生震蕩而不穩定。

自動控制儀表1)KP↑(↓)→△P↑，即：比例作用越強。

如：中間儲罐液位，精餾塔塔釜液位等。第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日5、比例度對過渡過程的影響6、生產過程常用比例度范圍

自動控制儀表第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、積分控制TI—積分時間。e（mA）t02t0ΔP（mA）Ti1Ti2Ti3Ti1<Ti2<Ti3

自動控制儀表1、積分(I)控制規律第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、求積分時間TI：由上式可看出當輸出?P=e時，積分時間TI=t。t0e（mA）20t?P（mA）TI2

自動控制儀表第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日

3)

TI↑→積分作用↓，TI→∞，積分作用為零。2)動作緩慢控制不及時,一般不單獨采用。

1)△P與e的積分成比例,有e

存在,輸出就會變化,直到

e=0,P才穩定,故可消除余差。

3、特點：被控對象積分時間（分鐘）壓力

0.4—3流量

0.1—1溫度

3—104)生產過程中常用的積分時間。te（mA）020t?P（mA）2t1t1

自動控制儀表第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日4、積分時間對過渡過程的影響：

自動控制儀表第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日et5、比例積分（PI）規律

當e為階躍偏差作用時：

積分作能消除余差，但有滯后。一般與比例作規律組合。+?Pt積分=?PtPI?Pt比例

自動控制儀表第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日積分時間：在階躍偏差作用下，積分作用的輸出達到比例作用的輸出所經歷的時間。當e為階躍偏差作用時：

1）求積分時間：當比例輸出等于積分輸出時：t0e(mA)2t0ΔP(mA)KPeKPeTi

自動控制儀表第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日1）P動作快,I消除余差。用于要求無余差的系統。

6、特點：適用于滯后小,負荷變化不大,不允許有余差要求的場合。如：壓力、流量等控制系統,不允許有余差的液位控制等。3）TI↓→積分作用↑→系統穩定性↓。

對過渡滯后較大的對象，采用PI控制過渡過程時間較長，最大偏差加大，雖最終可消除偏差，但調節質量較差，一般可加入微分控制。2）當Ti→∞時,積分作用趨于零,PI→P，即比例積分變成純比例控制規律。

自動控制儀表第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、微分(D)控制規律當e=常數，階躍偏差作用下，TD

—微分時間常數；de/dt—偏差變化速度。e(mA)t0t02t0P(mA)t0“∞”“0”四、微分控制第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日當輸入偏差不隨時間變化時微分作用很快降到零，不能反映偏差大小。不能單獨使用t=t0，de/dt→∞，ΔP→∞t>t0，de/dt=0，ΔP=0TD↑微分作用↑TD↓微分作用↓

第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、實際微分規律實際微分規律是由兩部分組成：比例和近似微分。+t0t比例A△P=△Pt0（KDA）t微分△P63.2%tPDTD/KD100%Atet0A比例度=100%（KP=1）第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日3、積分時間對過渡過程的影響第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日4、特點：1）TD↑→微分作用↑2）若有偏差且可能很大，但e=常數，de/dt=0，

則ΔP=0，不能克服靜偏差，有余差，但比純比例控制要小；

3）具有超前控制的作用。適用于溫度、成分等容量滯后的對象，不適用純滯后對象。第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日2t0

e(mA)ΔP(mA)t02五、比例積分微分控制規律(PID)理想：

實際：第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日特點：

1.集P、I、D三者之優點，克服其不足；

2.實際系統并非PID是最好，應根據具體情況進行選擇。

常用的控制規律：P

PI

PID

正反作用：e=Z-X正作用控制器：正偏差越大，則調節器輸出越大；測量值越大，反作用控制器：負偏差越大，則調節器輸出越大。測量值越小，第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日例1、實驗測得標準信號為4—20mA電動調節器的

階躍響應曲線，如圖所示。

問：①該控制器的控制規律？②控制器的比例度、積分時間、微分時間？解：①該控制器為PI控制規律答：控制器的比例度為200%、積分時間為2分、微分時間為0第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日解：∵

又∵測量值減少時，控制器輸出減少，∴是正作用方向。答:控制器的實際比例度為100%，控制器是正作用方向。例2、當DDZ—Ⅲ型電動控制器的測量指針由50％變化到

25％，若控制器的純比例輸出信號由12mA下降到

8mA，則控制器的實際比例度為多少？并指出控制器的作用方向。第三十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日

各種常見控制器的特性及選用參考表控制器名稱

控制作用

控制質量適用對象特性

適用系統純滯后負荷變化時間常數比例控制器控制作用與偏差大小成例。控制速度快而穩定，但有余差。小小較大液位比例積分控制器控制作用與偏差大、小；與偏差對時間的積分成比例。控制迅速，無余差。但積分作用太強（Ti小），使系統震蕩。中等小稍大大中小液位壓力流量比例微分控制器不但與偏差大小成比例，還與偏差的變化速度成比例。控制迅速，超調量小，有余差，微分作用太強，系統震蕩不定。中較大小大要求不高溫度比例積分微分控制器與偏差大小偏差對時間的積分，偏差的變化速度成例。控制迅速，無余差，超調量小，控制時間短，控制質量高。大中小大中小大中小溫度第四十頁，共四十四頁，2022年，8月28日第六章控制器控制規律是通過控制器來實現的。控制器