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1、 控制器是组成控制系统的基本环节之一，也是系统控制器是组成控制系统的基本环节之一，也是系统 中控制仪表的核心部分。根据控制要求和控制对象的中控制仪表的核心部分。根据控制要求和控制对象的 特性，应采用不同作用规律的控制器。特性，应采用不同作用规律的控制器。 第二章 调节器基本作用规律 控制器的两个研究方面：控制器的两个研究方面： 作用规律：作用规律：p(t)=f(e(t)p(t)=f(e(t)，即给调节器施加一个输入信号后即给调节器施加一个输入信号后 ，其输出量按何种方式进行变化。也称控制规律或调节规，其输出量按何种方式进行变化。也称控制规律或调节规 律。律。 作用强度：每一种作用规律的控制强度
2、。反映在传递函数作用强度：每一种作用规律的控制强度。反映在传递函数 中，就是其分子和分母中的各项系数。中，就是其分子和分母中的各项系数。 第二章 调节器基本作用规律 根据调节器输出的变化方向，调节器有两种类型：根据调节器输出的变化方向，调节器有两种类型： 正作用式调节器：随着测量值的增加，调节器的输出也增加正作用式调节器：随着测量值的增加，调节器的输出也增加 反作用式调节器：随着测量值的增加，调节器的输出减小反作用式调节器：随着测量值的增加，调节器的输出减小 第二章 调节器基本作用规律 船舶机舱中常用调节器作用规律：船舶机舱中常用调节器作用规律： 双位作用规律双位作用规律 比例（比例（P P）
3、作用规律）作用规律 比例积分（比例积分（I I）作用规律）作用规律 比例微分（比例微分（PDPD）作用规律）作用规律 比例积分微分（比例积分微分（PIDPID）作用规律）作用规律 除双位作用规律之外，都有作用强度的问题，例如除双位作用规律之外，都有作用强度的问题，例如比例系数比例系数的的 大小衡量着比例作用的强弱，大小衡量着比例作用的强弱，积分时间积分时间的大小反映积分作用的的大小反映积分作用的 强弱，强弱，微分时间微分时间的大小决定着微分作用的强弱。的大小决定着微分作用的强弱。 第二章 调节器基本作用规律 第一节第一节 双位作用规律双位作用规律 第二章 调节器基本作用规律 双位式作用规律：被
4、控量在设定的上限和下限之间变化，对应被控量的高双位式作用规律：被控量在设定的上限和下限之间变化，对应被控量的高 限和低限，调节器只有两个输出状态（逻辑限和低限，调节器只有两个输出状态（逻辑0 0和逻辑和逻辑1 1） 第二章 调节器基本作用规律 第一节第一节 双位作用规律双位作用规律 一浮子式水位双位控制系统一浮子式水位双位控制系统 1-1-浮子室浮子室 2-2-浮子浮子 3-3-调节板调节板 框架框架 4-4- 枢轴枢轴 5-5-上、下上、下 限销钉限销钉 6 6、12-12-同同 极性永久极性永久 磁铁；磁铁； 7-7-静触点静触点 8-8-开关箱开关箱 9-9-转轴转轴 10-10-转杆转
5、杆 11-11-动触点动触点 被控量输出曲线被控量输出曲线 执行机构执行机构 水位与电动机通断之间的关系图水位与电动机通断之间的关系图 被控量被控量波动范围 波动范围 开开 关关 第二章 调节器基本作用规律 第一节第一节 双位作用规律双位作用规律 一浮子式水位双位控制系统一浮子式水位双位控制系统 第二章 调节器基本作用规律 第一节第一节 双位作用规律双位作用规律 二二双位式压力调节器双位式压力调节器 下限值（下限值（P P L L ）：由给定值弹簧设定）：由给定值弹簧设定 上限值（上限值（P P H H ）：由幅差弹簧设定）：由幅差弹簧设定 P PH H = P= P L L +P+P 若压力
6、整定范围若压力整定范围00.8Mpa00.8Mpa，幅差幅差PP可调范围为可调范围为0.070.25Mpa0.070.25Mpa，要求压力，要求压力 波动范围为波动范围为0.640.75Mpa0.640.75Mpa，则调整方法为，则调整方法为： （1 1）调整给定螺钉，使指针指在）调整给定螺钉，使指针指在0.64Mpa0.64Mpa上；上； （2 2）调整幅差弹簧）调整幅差弹簧 格格 第二章 调节器基本作用规律 第一节第一节 双位作用规律双位作用规律 二二双位式压力调节器双位式压力调节器 比例作用规律（比例作用规律（P P）：）：控制器的输出变化量与输入（偏差）控制器的输出变化量与输入（偏差）
7、 变化量成比例。变化量成比例。 K K比例系数比例系数 第二章 调节器基本作用规律 第二节第二节 比例作用规律比例作用规律 例：浮子式水位比例控制系统例：浮子式水位比例控制系统 比例系数实质上是一种放大比例系数实质上是一种放大 系数，由于比例作用产生的系数，由于比例作用产生的 放大系数通常表示为：放大系数通常表示为： 第二节第二节 比例作用规律比例作用规律 第二章 调节器基本作用规律 K是衡量比例作用强弱的参数，K大，克服扰动能力强， 比例作用强，K小，克服扰动能力弱，比例作用弱。 比例作用的优点：调节阀的开度能较及时的反映控制对负 荷的大小。 比例作用的缺点：当控制对象受到扰动后，在比例调节
8、器 的控制作用下，被控量不能完全回到给定值上，只能恢复 到给定值附近，存在静态偏差，这是固有的、不可克服的 缺点。 第二章 调节器基本作用规律 比例带比例带PB PB （或（或 ）：调节器的相对输入量与相对输出量之）：调节器的相对输入量与相对输出量之 比的百分数。比的百分数。 例：例： 第二节第二节 比例作用规律比例作用规律 第二章 调节器基本作用规律 比例带比例带PBPB的物理意义：假定调节器指挥执行机构变化全行的物理意义：假定调节器指挥执行机构变化全行 程，需要被控量的变化量占其全量程的百分数。程，需要被控量的变化量占其全量程的百分数。 例如：例如：PB=100%PB=100%，说明被控量
9、变化全量程的，说明被控量变化全量程的100%100%，调节器，调节器 将指挥执行机构变化全行程的将指挥执行机构变化全行程的100%100%。 PB=200%PB=200%，说明被控量变化全量程，调节阀的开度只，说明被控量变化全量程，调节阀的开度只 变化了全行程的一半。变化了全行程的一半。 第二章 调节器基本作用规律 第二节第二节 比例作用规律比例作用规律 总结 气动比例调节器气动比例调节器 第二节第二节 比例作用规律比例作用规律 第二章 调节器基本作用规律 习题习题 第二章 调节器基本作用规律 1.在浮子式锅炉水位双位控制系统中，当把调节板上的上下销钉均插在离浮 子杆最近的孔中时，控制系统会使
10、（） A.允许的上限水位 B.允许的上、下限水位差增大 C.给水泵电机起停频繁 D.降低允许的下限水位 2.在浮子式锅炉水位双位控制系统中，当水位从上限水位下降时，给水泵电 机通断电的状态是（） A.一直通电到下限水位 B.断电到中间水位后，通电到下限水位 C.一直断电到下限水位 D.中间水位后，断电到下限水位 3.在双位式压力控制系统中，若压力的上限值与下限值相差较大，则其原因 是（） A.压力设定值太大 B.幅差太小 C.幅差太大 D.压力设定值太小 第二章 调节器基本作用规律 习题 4.比例作用规律中，若PB调为125%，此时比例带的物理意义是（） A被控量变化全程的100%，调节阀开度
11、变化62.5% B被控量变化全程的62.5%，调节阀开度变化125% C被控量变化全程的100%，调节阀开度变化80% D被控量变化全程的125%，调节阀开度变化100% 5.在用比例调节器调节的温度系统中，温度变化到量程最大范围时，调节阀开度 只变化了40%，则此比例带为（） A.250% B.60% C.400% D.40% 第四节第四节 比例微分作用规律比例微分作用规律 第二章 调节器基本作用规律 一微分（一微分（D D）作用）作用 控制器的微分作用是指其输出与输入的微分，即偏差控制器的微分作用是指其输出与输入的微分，即偏差 变化速度成比例。变化速度成比例。 微分作用的特点：微分作用的特
12、点： 1 1 能够实现超前控制能够实现超前控制 2 2 不能单独使用不能单独使用 第四节第四节 比例微分作用规律比例微分作用规律 第二章 调节器基本作用规律 一微分（一微分（D D）作用）作用 微分作用规微分作用规 律的开环特律的开环特 性曲线性曲线 第四节第四节 比例微分作用规律比例微分作用规律 第二章 调节器基本作用规律 二比例微分（二比例微分（PDPD）作用）作用 微分作用可以在偏差变化较快时起到超前控制的作用微分作用可以在偏差变化较快时起到超前控制的作用 。但当偏差不再变化时，微分输出将消失，因此微分作用。但当偏差不再变化时，微分输出将消失，因此微分作用 不能单独使用，常与比例作用一起
13、形成比例微分（不能单独使用，常与比例作用一起形成比例微分（PDPD）控控 制器。制器。 微分时间微分时间 T Td d 微分作用微分作用 第四节第四节 比例微分作用规律比例微分作用规律 第二章 调节器基本作用规律 二比例微分（二比例微分（PDPD）作用）作用 比例微分作比例微分作 用规律的开用规律的开 环特性曲线环特性曲线 总结 微分作用太强，系统稳定性不但得不 到改善，反而趋向等幅振荡。 能抑制振荡，最大动态偏差（超 调量）也变小，过度过程变短 微分作用弱，控制过程质量改善不 明显 第四节第四节 比例微分作用规律比例微分作用规律 第二章 调节器基本作用规律 三气动比例微分（三气动比例微分（P
14、DPD）调节器）调节器 第四节第四节 比例微分作用规律比例微分作用规律 第二章 调节器基本作用规律 在在PDPD调节器中调节器中 通过惯性环节负反馈实现微分作用通过惯性环节负反馈实现微分作用 反馈回路的惯性越强，微分时间越长，即微分作用越强反馈回路的惯性越强，微分时间越长，即微分作用越强 微分消失后，调节器的输出稳定在比例输出上微分消失后，调节器的输出稳定在比例输出上 由于没有积分作用，因此由于没有积分作用，因此PDPD调节器无法实现无差调节调节器无法实现无差调节 控制器的输出与输入之间呈积分关系。控制器的输出与输入之间呈积分关系。 第三节第三节 比例积分作用规律比例积分作用规律 第二章 调节
15、器基本作用规律 一积分（一积分（I I）作用）作用 积分作用的特点：积分作用的特点： 1 1 能够消除静态偏差，实现无差调节能够消除静态偏差，实现无差调节 2 2 调节不及时，导致系统稳定性变差调节不及时，导致系统稳定性变差 由于积分作用容易导致系统稳定性变差，因此一般不采由于积分作用容易导致系统稳定性变差，因此一般不采 用单纯的积分控制器，而是将其与比例作用相结合构成比例用单纯的积分控制器，而是将其与比例作用相结合构成比例 积分（积分（PIPI）控制器。控制器。 T Ti i 积分时间；积分时间； 二比例积分（二比例积分（PIPI）作用）作用 第三节第三节 比例积分作用规律比例积分作用规律 第二章 调节器基本作用规律 实际上，一般将积分时间定义为实际上，一般将积分时间定义为PB=100%PB=100%时积分输出达到时积分输出达到 比例输出所需的时间。比例输出所需的时间。 第三节第三节 比例积分作用规律比例积分作用规
