自動化專業(yè)英語教程二一

自動化專業(yè)英語教程教學(xué)課件July28,2007P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器AP控制器和PI控制器

1.課文內(nèi)容簡介：主要介紹《過程控制系統(tǒng)》中比例控制器和比例-積分控制器的工作原理、作用、傳遞函數(shù)和各自的優(yōu)、缺點。并以圖解的方式形象地說明比例系數(shù)和積分常數(shù)發(fā)生變化時對控制輸出的影響。2.溫習(xí)《過程控制系統(tǒng)》中有關(guān)比例積分控制的內(nèi)容。3.生詞與短語P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器calibrationn.校準(zhǔn)，檢查fractionn.分?jǐn)?shù)，小數(shù)offsetn.靜差ultimateadj.臨界的weightn.權(quán)resettime復(fù)位時間resetrate復(fù)位速率P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器4.難句翻譯[1]Proportionalonlycontrollershavetheadvantageofonlyonetuningparameter,Kc.純比例控制器的優(yōu)點是只需整定一個參數(shù)Kc。[2]Also,fromEq.(5-3A-6)wenotethataslongastheerrortermispresent,thecontrollerwillkeepchangingitsoutput,therebyintegratingtheerror,toremovetheerror.從式(5-3A-6)中，我們注意到只要誤差項存在，控制器就會不斷改變其輸出，從而通過對誤差積分來消除誤差。5.參考譯文P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器AP控制器和PI控制器為了維持參考點，反饋控制器做出決定的方法是通過在被控量與參考點差別的基礎(chǔ)上，計算輸出。在本單元中，我們將通過描述其操作的公式著眼于最普通的控制器。比例控制器(P)除了在這里不考慮的開-斷控制器，比例控制器是最簡單的控制器，描述其操作的方程式如下：

(4-3A-1)

或(4-3A-2)

P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器式中控制器的輸出，psig或mA

參考點，psig或mA

被控量，psig或mA，這是熱敏電阻的信號。

誤差信號，psig或mA，參考點與被控量的差別?？刂破髟鲆妫?/p>

偏差值，psig或mA，此值的意義在于它是誤差為零時的輸出，在中比例的刻度控制器中，此值通常被設(shè)定為9psig或12mA。因為輸入與輸出范圍是相同的（315psig或420mA），輸入信號和輸出信號以及參考點有時候也可用分?jǐn)?shù)或百分?jǐn)?shù)來表示?？梢杂腥さ目吹降仁剑?-3A-1）描述的是一個反作用控制器。如果控制器變量

c(t)，超過參考點r(t)，誤差變負(fù)，并且P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器等式表明控制器的輸出

m(t)，下降。在數(shù)學(xué)上顯示正作用控制器的一般方法是使控制器的增益Kc為負(fù)。然而，必須牢記，在工業(yè)控制器中沒有負(fù)增益，只有正增益。反/正開關(guān)可以做到這一點。當(dāng)做正作用控制器的控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析時，負(fù)增益Kc被使用。等式（4-3A-1）和等式（4-3A-2）表明控制器的輸出正比于參考點和被控量間的誤差。比例由控制器的增益Kc給出。此增益或控制器的靈敏度決定對于給定的誤差變化，控制器輸出的變化程度。如圖4-3A-1所示。純比例控制器的優(yōu)點是只需整定一個參數(shù)Kc，然而，它有一個很大的缺點，就是用偏移量或“穩(wěn)態(tài)誤差”來操作被控量。為用圖表表明此偏移量，考慮如圖4-2B-2所示的液面控制回路，假設(shè)設(shè)計條件為和，再假設(shè)為了使出口閥超過150gpm，作用其上的空氣壓力為9psig。如果入口流量增加，純比例控制器的系統(tǒng)的響應(yīng)如圖4-3A-2所示?？刂破魇贡豢亓炕氐椒€(wěn)定值，但此值不是期望參考點。被控量的參考點和穩(wěn)定值間的差別就是偏差。圖4-3A-2顯示了對應(yīng)于兩個不同整定P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器圖4-3A-1控制器增益對控制器輸出的作用圖4-3A-2液面系統(tǒng)的響應(yīng)P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器參數(shù)Kc的兩條響應(yīng)曲線，數(shù)據(jù)表明Kc值越大，偏差越小，但過程響應(yīng)越振蕩。然而，對于大多數(shù)過程，Kc有最大值，超過此最大值，過程將不穩(wěn)定。增益最大值的計算我們稱之為極限增益Kcu。為得到純比例控制器的傳遞函數(shù)，等式（4-3A-1）寫成定義如下的兩個偏差量：

(4-3A-3)

(4-3A-4)那么用拉普拉斯變換得到如下的傳遞函數(shù)：P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器簡單的說，純比例控制器是僅有一個整定參數(shù)的最簡單Kc或PB的控制器。此控制器的缺點是在控制器變量中用偏差操作。在象調(diào)壓槽似的一些過程中，可能不會有嚴(yán)重的后果。在過程被控制在參考點上下范圍內(nèi)的情況下，純比例控制器就足夠了。然而，在過程必須控制在參考點的情況下，純比例控制器就不能提供滿意的控制。比例-積分控制器(PI)大多數(shù)的過程不能用偏差控制，也就是說，它們必須被控制在參考點，在這些情況下，純比例控制器中必須加入額外的信息以消除偏差，新的信息或新型控制是積分或復(fù)位作用，因此，控制器成為比例-積分控制器（PI）。等式描述如下：P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器或

(4-3A-6)

式中積分或復(fù)位時間，分鐘/次因此，PI控制器有兩個參數(shù)Kc和，這兩個參數(shù)必須被調(diào)整以獲得滿意的控制。為了理解復(fù)位時間的物理意義，考慮如圖4-3A-3所示的假設(shè)的例子。圖4-3A-3比例-積分(PI)控制器對階躍誤差的響應(yīng)P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器是控制器重復(fù)比例作用的時間，因此單位是分鐘/次。值越小，響應(yīng)曲線越陡，這就意味著控制器響應(yīng)越快。解釋這一點的另一種方法是查看等式（4-3A-6），值越小，積分前的項越大，因此，積分或復(fù)位作用的權(quán)越大。從式中，我們注意到只要誤差項存在，控制器就會不斷改變其輸出，從而通過對誤差積分來消除誤差。記住，積分也意味著求和。為得到PI控制器的傳遞函數(shù)，式（4-3A-6）描述如下：

P4U3APControllersandPIControllers第四部分第三單元課文AP控制器和PI控制器利用式（4-3A-3）和（4-3A-4）給出的偏差的相同的定義，采用拉普拉斯變換，重新排列得到：總之，比例-積分控制器有兩個參數(shù)：增益或比例帶，復(fù)位時間或復(fù)位速率。此類控制器的優(yōu)點是積分或復(fù)位作用消除偏差。P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三單元課文BPID控制器和其它控制器BPID控制器和其它控制器1.課文內(nèi)容簡介：主要介紹《過程控制系統(tǒng)》中比例-積分-微分控制器的工作原理、作用、傳遞函數(shù)和控制特點。并以“預(yù)測誤差變化”的說法形象地揭示了微分控制器的作用，特別說明了比例-微分控制器有增大比例系數(shù)的作用。最后特別指出比例系數(shù)、積分常數(shù)、微分常數(shù)之間是互相影響的。2.溫習(xí)《過程控制系統(tǒng)》中有關(guān)比例積分微分控制的內(nèi)容。3.生詞與短語P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三單元課文BPID控制器和其它控制器preactv.;n.超前；提前修正量susceptiveadj.對……敏感的；易受……影響的leadn.超前l(fā)agn.滯后discreteadj.離散的；分離的getaround回避，躲開detrimentaladj.不利的P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三單元課文BPID控制器和其它控制器4.難句翻譯

[1]PIDcontrollersarerecommendedforlongtimeconstantloopswhicharefreeofnoise.PID控制器適用于不易受噪聲干擾的具有長時間常數(shù)的環(huán)路系統(tǒng)。 [2]Afewothercommentsoncontrollersareinorderbeforeclosingthissection. 在結(jié)束這節(jié)之前，有必要再對控制器作一些說明。 beinorder完備的，適用的，適宜的，必要的[3]Theslopeoftherampispredeterminedbytheoperatingpersonnel.斜坡函數(shù)的斜率要由操作人員預(yù)先設(shè)定。P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三單元課文BPID控制器和其它控制器5.參考譯文BPID控制器和其它控制器比例-積分-微分控制器(PID)有時候另一種控制加在了PI控制器上，這種新的控制是微分作用，也稱為比率作用或超前。它的目的是預(yù)料過程率先查看誤差變化的時間速率，即微分。描述等式如下：(4-3B-1)式中微分或比率，時間單位為分鐘因此，PID控制器有三個參數(shù)Kc或PB,或和，必須整定這三個參數(shù)來達(dá)到滿意的控制。注意：只有一個微分P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三單元課文BPID控制器和其它控制器整定參數(shù)，對于生產(chǎn)者，它有相同的單位：分鐘。如上所述，微分作用是通過誤差求導(dǎo)，使控制器具有預(yù)料過程變化，也就是說，“預(yù)測未來”的能力?！邦A(yù)料”的程度由整定值決定。

考慮如圖4-2B-1所示的熱交換器，并利用它通過“預(yù)料過程變化的地方”來闡明其意思。假設(shè)入口過程溫度下降了一些，出口溫度會如圖4-3B-1所示的那樣相應(yīng)的下降。在時間ta，誤差量是正值且可能很小，因此，由PI提供的控制修正量很小。然而，誤差的微分、誤差曲線的斜度是大的和正的，使得微分提供的控制修正量很大。通過查看誤差微分，控制器就可知被控量率圖4-3B-1熱交換器控制P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三單元課文BPID控制器和其它控制器先相當(dāng)快的遠(yuǎn)離參考點。因此可利用這個事實來幫助控制。在時間tb誤差依然是正的且必以前更大，由比例積分提供的控制更正量的大小也比以前的大，且仍然加到控制器的輸出來更大的打開蒸汽閥門，然而，在這個時刻的是誤差微分是負(fù)的，表明誤差正在減小，也就是說，被控量開始下降到參考點。再次利用這個事實可知，自從誤差開始下降后，微分的作用開始從其他兩種形式中下降，通過這一點，過程將花費較長的時間返回到參考點，然而，在參考點上下的超調(diào)和振蕩下降。PID控制器應(yīng)用于長時間常數(shù)的系統(tǒng)中，典型的例子是溫度濃縮回路，短時間常數(shù)（小電容）的過程很快且易受噪聲干擾。此過程的典型例子是流量回路和控制液體流壓力的回路?？紤]如圖4-3B-2所示的流量記錄，圖4-3B-2流量回路記錄P4U3BPIDControllersandOtherControllers第四部分第三單元課文BPID控制器和其它控制器由于快速變換的噪聲的微分?jǐn)?shù)值很大，因此微分形式的應(yīng)用僅僅造成了噪聲的放大。長時間常數(shù)的過程（大電容）通常是衰減的，因此不易受噪聲的干擾。然而，注意：你可能有一個長時間常數(shù)的過程，例如帶有噪聲熱敏電阻的溫度回路，在這種情況下，應(yīng)用PID控制器前必須安裝熱敏電阻。式（4-3B-1）整理后得到“理想”PID控制器的傳遞函數(shù)如下：利用式（4-3A-3）和式（4-3A-4）給出的微分變量的相同的定義，采用拉普拉斯變換，整理得到：傳遞函數(shù)被稱為“理想的”是因為在實際中此微分計算不可能獲得的。用超前/滯后近似微分得到“實際的”傳遞函數(shù)為：P4館U3矛B壞P呼ID麗C釋on河tr擺ol稅le義rs希a見nd再O找th任er辱C蛙on擊tr鋼ol撞le槍rs第四須部分換第三殊單元尿課文B押P羨ID控制器福和其它站控制器(4東-3暢B-驗2)典型值卵范圍是0.0緞5到0.綱1?？傊畭{，PI神D控制觸器有柱三個委整定蛋參數(shù)賀：增積益或脖比例益帶、堵復(fù)位喪時間標(biāo)或復(fù)英位速鋸率和影速率毒時間好。額主定時銷間或殼微分謠時間狗總以腥分鐘憲為單默位。PI海D控制侮器適匯用于勞不易櫻受噪兵聲干赴擾的桑具有瓦長時粒間常貨數(shù)的愉環(huán)路掏系統(tǒng)么。微銜分形粒式的仰優(yōu)點滴是可弟以提洽供“襪查看飽過程載快速牧變化姿的地得方”儉的能惰力。比例-微分滿控制我器(PD損)此類控號制器用獄于純比絞例控制鴉器被應(yīng)輝用但一接定程度日的“預(yù)狡料”被氧需要的滾過程中位。描述救公式如拳下：P4隔U3雖B速P話ID聾C姨on掌tr遍ol競le迷rs亞a勺nd慎O貪th秀er勸C窗on花tr也ol躍le來rs第四間部分隨第三博單元沃課文B狂P見ID控制過器和狡其它晨控制住器“理腐想的徹”傳旁遞函把數(shù)是評：PD控制督器的批缺點捉是用秧被控灑量偏齒差來控操作悶，只泊有積占分作晉用能示夠消晉除偏忽差。洗然而包，在除相同糕的回熊路中難，PD控制災(zāi)器能翅夠獲虜?shù)帽葷O純比條例控零制器郊更高柿的增逼益，牧從而蹲可造臨成更扮小的圣偏差。數(shù)字控潤制器和浙其它說枝明如前所技述，式漸（4-拒3B千-2）是宅工業(yè)凈模擬趨控制宿器的汁傳遞烘函數(shù)討，然染而，或數(shù)字脆控制聰器是初式（4-玻3B務(wù)-1）的殿離散劫形式齡。整愚定數(shù)框字控嘆制器嫂的方傳法與攀整定暑模擬記控制搖器的賄方法辮差別肉不大磚。在遞結(jié)束錢這節(jié)紡之前酷，有監(jiān)必要記再對摸控制躁器作驗一些減說明離。式喊（4-3憑B-1）表梅明在柿任何膠時候蘆，增反益侵都扁是變沙化的找，這殿將影史響積購分和服微分熊作用畫，因觀為壤和核必須概變換姨以適協(xié)應(yīng)Kc的變鏡換。晨所有供的模忠擬控凈制器尚都是浸這種湖類型帳，有山時候巷其被蜻指定爹為“花相互牢作用抄控制逃器”傳。大聯(lián)部分震基于憐微處扯理器婆的控送制器宇也是鎮(zhèn)這種脂類型招。然館而也諒有一粒些控奴制器崇用一筐個術(shù)行語KI來替燭代Kc/，用KD替代Kc以避集免這定個問梅題，蛇這就資意味斧著三顫個整鼓定參地數(shù)是P4傭U3味B崖P摸ID崇C復(fù)on臨tr臣o(jì)l蛾le吳rs混a幅nd旁O(shè)陡th約er劃C暗on吼tr債ol硬le噸rs第四方部分柱第三血單元誤課文B赴PID控制器恥和其它衛(wèi)控制器Kc、KI和KD。最后算的說明厲是有關(guān)株微分作揚用的內(nèi)電容。改蔑變控制拒器參考破點的典璃型方法蛋是通過顏如圖4-3度B-3餐a所示的器變化而用引出的皂方法。厲當(dāng)此種尖情況發(fā)兔生時，扣誤差中賴引入節(jié)薦約變化濱。因為分控制器音采用的鑒是誤差桌微分，唱所以此仁微分在庭控制器螞輸出中在會產(chǎn)生銷一突然弄變化，匠如圖4-惜3B高-3華c所示。狀控制器褲輸出中對的變化等是不必粗要的，專并且可影能對過縮慧程操作