第四章---自動(dòng)控制儀表

第四章自動(dòng)控制儀表，第一節(jié)概述第二節(jié)基本控制規(guī)則及其對(duì)系統(tǒng)遷移過(guò)程的影響，第一節(jié)將構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的儀表稱(chēng)為自動(dòng)控制儀表。 主要包括變送器、控制器、致動(dòng)器。 包括很多輔助儀表。 指定值(x ) :工藝要求的量值。 測(cè)量值(z):被控制變量的實(shí)際值。 偏差(e):測(cè)量值和規(guī)定值之差(e=z-x )。 操作值(p ) :控制器的輸出信號(hào)。 1、基地式控制儀表與檢查裝置、顯示裝置組裝成一體，具有檢查、控制和顯示功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)、使用方便。 2、單元組合式儀表的控制單元接收測(cè)量值和規(guī)定值的信號(hào)，并輸出對(duì)應(yīng)于它們的偏差具有一定關(guān)系的控制作用信號(hào)。 3、以微處理器為單元的控制裝置，控制功能豐富，操作方便，容易構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 從控制儀器的發(fā)展，基本經(jīng)歷了三個(gè)階段：第五章控制自動(dòng)儀器，第一節(jié)概述了第二節(jié)基本控制規(guī)則和對(duì)系統(tǒng)遷移過(guò)程的影響，第二節(jié)基本控制規(guī)則和對(duì)系統(tǒng)遷移過(guò)程的影響，控制規(guī)則指控制器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系。 另外，控制規(guī)則是p和e之間的函數(shù)關(guān)系，即最常用的控制規(guī)則是PID算法，通過(guò)基控制規(guī)則p、I、d構(gòu)建p、PI、PD、PID并統(tǒng)稱(chēng)為PID。 (5-1)在預(yù)定值x不變化的情況下，偏差e是被控制變量的測(cè)定值的變化量。一、二位控制(開(kāi)關(guān)控制)、一、二位控制規(guī)則、二、例、液位電磁線(xiàn)圈閥供給液位、HH0通電關(guān)斷供給HH0、HH0通電關(guān)斷供給HH0，中間區(qū)：被控制變量有一定的變化范圍，3、質(zhì)量指標(biāo)：振幅周期，原則：使振動(dòng)振幅值在允許范圍內(nèi)4、特征：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易實(shí)現(xiàn)，1，比例控制規(guī)則(p )，2，比例控制，控制閥的開(kāi)度(即控制器的輸出值)與被控制變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的位置。 即：圖為液位控制系統(tǒng)。 液面水平上升時(shí)，控制閥關(guān)閉，液面水平下降時(shí)，控制閥打開(kāi)。 e，KP-比例增益(倍率)桿是控制器p:控制器的輸出e:控制器的輸入a、b -桿的支點(diǎn)和兩端的距離，(5-4)，比例控制器的輸出信號(hào)p和輸入信號(hào)e的比例關(guān)系，即：(5-3)，比例控制規(guī)則的輸出變化量被輸入、2、比例度、比例增益KP為有維的量，因此在工序中經(jīng)常被轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱的量：比例度、比例度是控制器輸入的相對(duì)變化值和對(duì)應(yīng)的輸出相對(duì)變化值的比例。 由式表示：(5-5)、輸入e變化量的p-對(duì)應(yīng)的輸出變化量xmax-xmin輸入的最大變化量，即儀表的范圍pmax-pmin輸出的最大變化量，即控制器輸出的動(dòng)作范圍，比例度全標(biāo)度控制器的輸出對(duì)應(yīng)的儀表測(cè)量值的變化占儀表測(cè)量范圍的百分比，一個(gè)具體的比例作用控制器：pmax-pmin/xmax-xmin=K，因此(控制作用強(qiáng))、(相對(duì)于單元組合儀表： K=1)、(5-6) 如果指示值從600變化到700，控制器的輸出從4mA變化到9mA。 比例是多少？=50%，測(cè)量溫度變化了全比例的50%時(shí)，控制器的輸出從最小變?yōu)樽畲?010mA )。 在該范圍內(nèi)，溫度的變化與控制器的輸出p成比例。 比例是指控制器的輸出在全范圍變化時(shí)，輸入偏差使輸入范圍的百分比變化。3、控制器比例度與輸入、輸出的關(guān)系、4、比例控制作用的特性、1 )靜態(tài)特性：控制結(jié)束后有馀量。 (即，新的穩(wěn)態(tài)值不等于所給定的值)，2 )動(dòng)態(tài)特性：控制及時(shí)，并且沒(méi)有滯回性。、5，比例控制的特點(diǎn)：2 )動(dòng)作快速，作用及時(shí)。 適用于滯后小、負(fù)載變化小、沒(méi)有富馀的情況。 3 )最終穩(wěn)定時(shí)，p=0，p=KPe，e()0，即，存在馀數(shù)差。 雖然是KP馀差C，但是KP太大，系統(tǒng)容易搖晃變得不穩(wěn)定。 1)KP()P，也就是比例作用很強(qiáng)。 例如中間罐液位、精餾塔塔釜液位等。 6、比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響，比例度越大(即Kp越小)，過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)越平穩(wěn)，但馀數(shù)也越大。 標(biāo)度越小，過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)越振動(dòng)。 另外，在比例度大時(shí)，即倍率Kp小時(shí)，被控制變量的變化緩慢(曲線(xiàn)6 )。 比例度變小時(shí)，Kp變大，被控制變量的變化也變得敏感，開(kāi)始稍微振動(dòng)，差變得不大(曲線(xiàn)5，4 )，進(jìn)一步變小時(shí)出現(xiàn)劇烈的振動(dòng)(曲線(xiàn)3 )，進(jìn)一步變小到某個(gè)數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)等幅度振動(dòng)，此時(shí)在小于k的情況下，干擾發(fā)生后發(fā)散振動(dòng)(曲線(xiàn)1 )、7，生產(chǎn)過(guò)程中常用的比例范圍，3，積分控制，ki-積分速度，1，積分(I )控制規(guī)則，(5-7)輸入偏差為常數(shù)a時(shí)，輸出為直線(xiàn)。 另外，KI1KI2KI3、圖5-9積分控制器的特性、輸出信號(hào)的變化速度與偏差e及KI成比例，2、積分時(shí)間TI :根據(jù)上式，在輸入e為振幅a的步長(zhǎng)時(shí)，t=TI時(shí)，輸出p=A。 積分時(shí)間：輸出通過(guò)階躍偏差達(dá)到偏差值的時(shí)間。 3)TI積分作用下箭頭，TI，積分作用為零。 2 )動(dòng)作慢的話(huà)控制會(huì)延遲，一般不能單獨(dú)采用。 (1)p與e的積分成比例，當(dāng)存在e時(shí)，輸出改變且p穩(wěn)定，直到e=0為止，從而可以消除馀數(shù)差。 3、積分控制器的特征：4 )生產(chǎn)過(guò)程中常用的積分時(shí)間。 4、比例積分(PI )規(guī)則，通過(guò)積分可以消除馀差，但具有滯回性。 一般把比例和規(guī)律結(jié)合起來(lái)。 比例積分(PI )控制規(guī)則，(5-8)、(5-9)是e為振幅a的步進(jìn)干擾時(shí)，積分時(shí)間：由于步進(jìn)偏差，輸出達(dá)到步進(jìn)變動(dòng)值(KpA )的2倍時(shí)的時(shí)間。 (1)求出放大率KP和積分時(shí)間ti:t=ti的情況下，輸出p=2KpA。 當(dāng)KPA，e是振幅a的階躍干涉時(shí)：5，積分時(shí)間對(duì)遷移過(guò)程的影響：以相同的比例度積分時(shí)間TI對(duì)遷移過(guò)程的影響： TI太大，積分作用不明顯，殘差消除慢(曲線(xiàn)3 )。 TI小，積分作用明顯，容易消除殘差(曲線(xiàn)2 )，1)P動(dòng)作快，I消除馀數(shù)。 為了要求沒(méi)有馀地的系統(tǒng)而使用。 6、比例積分控制器的特征：適用于滯回性小、負(fù)載變化不大、不允許有馀量的要求的情況。 例如，壓力、流量等控制系統(tǒng)不允許有馀量的液面水平的控制等。 3)TI下箭頭積分作用系統(tǒng)穩(wěn)定性下箭頭。 對(duì)于過(guò)渡延遲大的對(duì)象，使用PI，過(guò)渡處理時(shí)間長(zhǎng)，最大偏差變大，最終可以消除偏差，但是調(diào)整品質(zhì)差，一般可以施加微分控制。 在TI的情況下，積分作用為零，PIP，即比例積分成為純比例控制規(guī)則。 1、微分(d )控制規(guī)則、TD-微分時(shí)間常數(shù)de/dt偏差變化速度。 四、微分控制、t=t0、de/dt、p； tt0、de/dt=0、p=0，控制器輸出信號(hào)與偏差的變化速度成比例，即圖5-12理想微分控制器特性，優(yōu)點(diǎn)：前進(jìn)控制。 缺點(diǎn)：輸入偏差不隨時(shí)間變化時(shí)，微分作用立即下降為零，無(wú)法反映偏差的大小，無(wú)法消除偏差。 注意：微分控制不能單獨(dú)使用。 當(dāng)TD微分作用TD微分作用t=t0時(shí)，控制器輸入e為階躍信號(hào)時(shí)，2、比例微分(PD )控制規(guī)則對(duì)慣性大的對(duì)象通過(guò)比例微分來(lái)改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，節(jié)省控制時(shí)間。(5-11 )、3、微分時(shí)間TD對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響、微分作用具有阻止被控制變量的變化、抑制振動(dòng)的效果，但是如果過(guò)大，被控制變量反而會(huì)大幅振動(dòng)。、4，微分控制器的特征：1)TD微分作用，2 )有偏差的話(huà)有變大的可能性，但e=常數(shù)，de/dt=0，p=0，不能克服靜偏差，雖然有馀量，但比純比例控制小，3 )有前進(jìn)控制的作用。 適用于諸如溫度、分量等的容量延遲的對(duì)象，并且不適用于純延遲的對(duì)象。 五、比例積分微分(PID )控制規(guī)則，(5-12 )，PID控制特征：1 .克服集p、I、d三大優(yōu)點(diǎn)，其不足，2 .實(shí)際系統(tǒng)PID不是最好的，請(qǐng)根據(jù)情況進(jìn)行選擇。 常用的控制規(guī)則： PPIPID，主動(dòng)控制器：控制器的輸入信號(hào)增加(或減少)時(shí)，其輸出信號(hào)增加(或減少)，反作用力控制器：控制器的輸入信號(hào)增加(或減少)時(shí)，其輸出信號(hào)減少(或減少) 如圖所示，在示例1:中測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是420mA電動(dòng)調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。 q該控制器的控制規(guī)則是？ 控制器的比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間是？ 解：該控制器是PI控制規(guī)律，a :控制器的比例為2