第四章---自動控制儀表

第四章自動控制儀表，第一節(jié)概述第二節(jié)基本控制規(guī)則及其對系統(tǒng)遷移過程的影響，第一節(jié)將構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的儀表稱為自動控制儀表。 主要包括變送器、控制器、致動器。 包括很多輔助儀表。 指定值(x ) :工藝要求的量值。 測量值(z):被控制變量的實際值。 偏差(e):測量值和規(guī)定值之差(e=z-x )。 操作值(p ) :控制器的輸出信號。 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)簡單、廉價、使用方便。 2、單元組合式儀表的控制單元接收測量值和規(guī)定值的信號，并輸出對應于它們的偏差具有一定關(guān)系的控制作用信號。 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)成復雜的控制系統(tǒng)。 從控制儀器的發(fā)展，基本經(jīng)歷了三個階段：第五章控制自動儀器，第一節(jié)概述了第二節(jié)基本控制規(guī)則和對系統(tǒng)遷移過程的影響，第二節(jié)基本控制規(guī)則和對系統(tǒng)遷移過程的影響，控制規(guī)則指控制器輸出信號與輸入信號的關(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，通過基控制規(guī)則p、I、d構(gòu)建p、PI、PD、PID并統(tǒng)稱為PID。 (5-1)在預定值x不變化的情況下，偏差e是被控制變量的測定值的變化量。一、二位控制(開關(guān)控制)、一、二位控制規(guī)則、二、例、液位電磁線圈閥供給液位、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：振幅周期，原則：使振動振幅值在允許范圍內(nèi)4、特征：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，容易實現(xiàn)，1，比例控制規(guī)則(p )，2，比例控制，控制閥的開度(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，控制閥關(guān)閉，液面水平下降時，控制閥打開。 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 -桿的支點和兩端的距離，(5-4)，比例控制器的輸出信號p和輸入信號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)換為無量綱的量：比例度、比例度是控制器輸入的相對變化值和對應的輸出相對變化值的比例。 由式表示：(5-5)、輸入e變化量的p-對應的輸出變化量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，即控制器輸出的動作范圍，比例度全標度控制器的輸出對應的儀表測量值的變化占儀表測量范圍的百分比，一個具體的比例作用控制器：pmax-pmin/xmax-xmin=K，因此(控制作用強)、(相對于單元組合儀表： 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%，測量溫度變化了全比例的50%時，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，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 )動態(tài)特性：控制及時，并且沒有滯回性。、5，比例控制的特點：2 )動作快速，作用及時。 適用于滯后小、負載變化小、沒有富馀的情況。 3 )最終穩(wěn)定時，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。 例如中間罐液位、精餾塔塔釜液位等。 6、比例度對過渡過程的影響，比例度越大(即Kp越小)，過渡過程曲線越平穩(wěn)，但馀數(shù)也越大。 標度越小，過渡過程曲線越振動。 另外，在比例度大時，即倍率Kp小時，被控制變量的變化緩慢(曲線6 )。 比例度變小時，Kp變大，被控制變量的變化也變得敏感，開始稍微振動，差變得不大(曲線5，4 )，進一步變小時出現(xiàn)劇烈的振動(曲線3 )，進一步變小到某個數(shù)值時，系統(tǒng)出現(xiàn)等幅度振動，此時在小于k的情況下，干擾發(fā)生后發(fā)散振動(曲線1 )、7，生產(chǎn)過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，輸出為直線。 另外，KI1KI2KI3、圖5-9積分控制器的特性、輸出信號的變化速度與偏差e及KI成比例，2、積分時間TI :根據(jù)上式，在輸入e為振幅a的步長時，t=TI時，輸出p=A。 積分時間：輸出通過階躍偏差達到偏差值的時間。 3)TI積分作用下箭頭，TI，積分作用為零。 2 )動作慢的話控制會延遲，一般不能單獨采用。 (1)p與e的積分成比例，當存在e時，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)過程中常用的積分時間。 4、比例積分(PI )規(guī)則，通過積分可以消除馀差，但具有滯回性。 一般把比例和規(guī)律結(jié)合起來。 比例積分(PI )控制規(guī)則，(5-8)、(5-9)是e為振幅a的步進干擾時，積分時間：由于步進偏差，輸出達到步進變動值(KpA )的2倍時的時間。 (1)求出放大率KP和積分時間ti:t=ti的情況下，輸出p=2KpA。 當KPA，e是振幅a的階躍干涉時：5，積分時間對遷移過程的影響：以相同的比例度積分時間TI對遷移過程的影響： TI太大，積分作用不明顯，殘差消除慢(曲線3 )。 TI小，積分作用明顯，容易消除殘差(曲線2 )，1)P動作快，I消除馀數(shù)。 為了要求沒有馀地的系統(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。 對于過渡延遲大的對象，使用PI，過渡處理時間長，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：前進控制。 缺點：輸入偏差不隨時間變化時，微分作用立即下降為零，無法反映偏差的大小，無法消除偏差。 注意：微分控制不能單獨使用。 當TD微分作用TD微分作用t=t0時，控制器輸入e為階躍信號時，2、比例微分(PD )控制規(guī)則對慣性大的對象通過比例微分來改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，節(jié)省控制時間。(5-11 )、3、微分時間TD對過渡過程的影響、微分作用具有阻止被控制變量的變化、抑制振動的效果，但是如果過大，被控制變量反而會大幅振動。、4，微分控制器的特征：1)TD微分作用，2 )有偏差的話有變大的可能性，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 )有前進控制的作用。 適用于諸如溫度、分量等的容量延遲的對象，并且不適用于純延遲的對象。 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，其不足，2 .實際系統(tǒng)PID不是最好的，請根據(jù)情況進行選擇。 常用的控制規(guī)則： PPIPID，主動控制器：控制器的輸入信號增加(或減少)時，其輸出信號增加(或減少)，反作用力控制器：控制器的輸入信號增加(或減少)時，其輸出信號減少(或減少) 如圖所示，在示例1:中測得的標準信號是420mA電動調(diào)節(jié)器的階躍響應曲線。 q該控制器的控制規(guī)則是？ 控制器的比例度、積分時間、微分時間是？ 解：該控制器是PI控制規(guī)律，a :控制器的比例為2