過程控制系統(tǒng)參數(shù)

過程控制系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)

四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣化教研室第二章液位控制系統(tǒng)

2-2過程控制系統(tǒng)參數(shù)2-1調(diào)節(jié)規(guī)律2-2比例P控制2-3積分I控制2-4微分D控制2-5PID控制2-1調(diào)節(jié)規(guī)律1、調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律

被控對象測量變送控制器執(zhí)行器被控變量設(shè)定值擾動

控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號隨時(shí)間變化的規(guī)律。在單回路定值控制系統(tǒng)中，由于擾動作用的存在，會使被控變量對給定值產(chǎn)生偏差，此偏差數(shù)值上等于被控變量給定值與測量值之差。即：

式中e—偏差X0—被控變量的給定值Xi—被控變量的測量值2、偏差正作用調(diào)節(jié)器：e>0，Δu>0反作用調(diào)節(jié)器：e>0，Δu<0Δu---調(diào)節(jié)器輸出信號變化量調(diào)節(jié)器的輸出信號是相對于調(diào)節(jié)器輸入信號e的輸出的變化量Δu。如果輸入e與輸出Δu的變化方向相同，則稱調(diào)節(jié)器為正作用調(diào)節(jié)器；如果輸入e與輸出Δu變化方向相反，則稱調(diào)節(jié)器為反作用調(diào)節(jié)器。 △U:為控制器的輸出e:輸入（偏差）KP:為比例增益，表示比例控制作用的強(qiáng)弱程度。

2-2比例P控制比例控制的輸出與輸入的關(guān)系為△u＝KPeKpAAT0T000eΔutt比例控制輸入輸出曲線比例控制最大的優(yōu)點(diǎn)：

及時(shí)、迅速?？刂破鞯妮敵雠c輸入成正比，只要有偏差存在，控制器輸出與偏差成比例地變化。比例控制的缺點(diǎn)：在負(fù)荷變化時(shí)有余差。通常習(xí)慣用比例增益的倒數(shù)即比例度表示控制器的輸入與輸出之間的比例關(guān)系以及比例作用的強(qiáng)弱。比例度可表示為δ=1/KP

δ越大，比例控制作用越弱，δ越小，比例控制作用越強(qiáng)。比例度的影響比例度的選擇原則:

若對象的滯后較小，時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小，那么可以選擇小的比例度來提高系統(tǒng)的靈敏度，從而使過渡過程曲線的形狀較好。反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要選擇大的比例度來保證穩(wěn)定。1、積分I控制：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差量的積分成正比。2-3積分I控制KI：調(diào)節(jié)器的積分速度表示積分速度的大小和積分作用的強(qiáng)弱。優(yōu)點(diǎn)：積分控制可以消除余差缺點(diǎn)：輸出變化滯后于偏差的變化，開始變化小，隨著時(shí)間增加，變化才逐漸增強(qiáng)。(時(shí)間長、有滯后)積分控制2、PI控制

在階躍信號作用下（幅值為A)PI輸出響應(yīng)由比例和積分兩部分組成

當(dāng)t=TIΔu=2KPA由此可確定積分常數(shù)TI。積分時(shí)間TI的物理意義：在階躍信號作用下，調(diào)節(jié)器輸出變化達(dá)到比例輸出變化量兩倍時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間。

積分時(shí)間越大，積分作用越小積分時(shí)間的影響左圖表示在同樣比例度下積分時(shí)間對過渡過程的影響。由圖中曲線３可以看出，TI過大時(shí)積分作用不明顯，余差消除地也慢，從圖中曲線１、２可以看出，TI較小時(shí)易于消除余差，但系統(tǒng)的振蕩加劇。相比之下，曲線２就比較理想。1、

D控制2-4微分D控制微分控制規(guī)律是調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的變化速度成正比。微分時(shí)間微分時(shí)間越大，微分作用越強(qiáng)。

微分控制優(yōu)點(diǎn)：提前控制，有助于穩(wěn)定缺點(diǎn)：有余差2、PD控制微分時(shí)間的影響PD控制優(yōu)點(diǎn)：能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)改善過程的動態(tài)品質(zhì)，抑制過渡過程的最大動態(tài)偏差，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PD控制缺點(diǎn)：一般只適應(yīng)于時(shí)間常數(shù)較大或多容過程的調(diào)節(jié)控制，而不適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過程。其次，當(dāng)微分作用太強(qiáng)時(shí)會導(dǎo)致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。適應(yīng)場合較少。PD控制：比例為主，微分為輔。

比例作用（P）

比例積分作用（PI）

比例微分作用（PD）

比例積分微分作用（PID）KP—控制器的比例增益；

TI—控制器的積分時(shí)間；

TD—控制器的微分時(shí)間；

2-5PID控制PID控制

優(yōu)點(diǎn)：比例控制的反應(yīng)快、積分控制的消除余差功能和微分控制的提前控制，從控制效果看，是比較理想的一種控制規(guī)律。階躍響應(yīng)特性可以看作是PI階躍響應(yīng)曲線PD階躍響應(yīng)曲線的疊加。

缺點(diǎn)：PID三作用控制器雖然性能效果比較理想，但并非任何情況下都可采用PID三作用控制器。因?yàn)镻ID三作用控制器需要整定比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間三個(gè)變量，而在實(shí)際工程上是很難將這三個(gè)變量都整定到最佳值。PID調(diào)整口訣參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降曲線波動周期長，積分時(shí)間再加長曲線振蕩頻率快，先把微分降下來動差大來波動慢，微分時(shí)間應(yīng)加長理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低DDZ-Ⅲ型控制器

DDZ-Ⅲ型PID控制器的特點(diǎn)：

元器件以線性集成電路為主，大大提高了可靠性，降低了功耗；提高了控制器的操作性能；易于控制器功能的擴(kuò)展;采用安全火花防爆措施，提高了穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，DDZ-Ⅲ型PID控制器中采用的運(yùn)算放大器是高增益高輸入阻抗的，因此具有較高的積分增益和良好的保持特性。DDZ-Ⅲ型控制器有兩個(gè)基型品種，全刻度指示控制器偏差指示控制器

PID控制器的組成原理

PID控制器組成框圖

ＰID控制器的特性分析

主要作用:

對輸入信號和給定信號進(jìn)行綜合比較，獲得偏差信號并進(jìn)行放大，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電平的移動，把以零伏為基準(zhǔn)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成以10V參考電壓為基準(zhǔn)的輸出電壓信號。VBIC1R1R6－+R2R4R7R3VSViVo1R8R5FT輸入電路圖中以零伏（地）為基準(zhǔn)的測量信號Vi和給定信號VS，反相地加到運(yùn)算放大器IC1的兩個(gè)輸入端，電路的輸出是已經(jīng)進(jìn)行了電平移動的以VB=10V為基準(zhǔn)的電壓信號VO1。同相端：設(shè)為理想運(yùn)放，，開環(huán)增益為反相端：對于理想運(yùn)放,VBIC1R1R6－+R2R4R7R3VSViVo1R8R5FTIC1ＰID控制器的特性分析

RP1aR1RD斷CDV02KIC21KΩ9.1KΩ通+－V01VBVBRP1aV02IC2+－VTRDCD1KΩ9.1KΩV01VB比例微分電路的作用是對輸入電路的輸出信號VO1進(jìn)行比例微分運(yùn)算。電路如圖所示。將PD電路分為無源比例微分網(wǎng)絡(luò)圖和比例運(yùn)算電路圖兩部分單獨(dú)進(jìn)行分析。無源比例微分網(wǎng)絡(luò)比例電路

微分電路構(gòu)成充電結(jié)束時(shí)，9.1KΩ電阻上的電壓全部加到電容CD上，此時(shí)VCD（∞）=VO1并保持該值不變。比例微分電路的輸出信號VO２與VT成簡單的比例放大關(guān)系，因?yàn)楸壤禂?shù)為α，所以有VO２＝VO1

PD電路ＰID控制器的特性分析

PI電路的作用是對PD電路的輸出信號VO2進(jìn)行比例積分運(yùn)算，然后輸出以10V為基準(zhǔn)的1～5V的電壓信號至輸出電路。為便于分析，我們把射極跟隨器等包括在IC3中，則PI電路簡化圖.PI電路PI電路的等效電路VB24VV02自CI×1K1－+IC3DWBG12.4KD3.9K軟硬硬軟自K2×109.1KRI1KV03自CMK1D3.9K軟硬硬軟自K2自K3K1D3.9