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1、精密测控与系统,简单控制部分,2018年9月13日星期四,2,自动控制系统的组成,1,自动控制系统的分类,2,自动控制系统的控制指标,3,简单控制的基本规律,4,精密测控与系统简单控制,2018年9月13日星期四,3,自动控制系统的组成,1,2018年9月13日星期四,4,自动控制系统的组成,1,2018年9月13日星期四,5,自动控制系统的组成,1,自动化装置主要包括三部分。 测量组件与变送器图中以LT表示液位变送器（有时以表示）。它的作用是测量液位，并将液位的高低转化为一种特定的信号（如标准电流信号、标准气压信号、电压等）。 自动控制器图中以LC表示液位控制器。它接受变送器送来的信号，与工
2、艺要求的液位高度相比较，得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果，用特定信号（电流或电压）发送出去。 执行器通常指控制阀，它和普通阀门的功能一样，只不过它自动地根据控制器送来的信号值改变阀门的开启度。,2018年9月13日星期四,6,自动控制系统的分类,2,分类,数学描述形式,系统连续性,给定信号,线性系统 非线性系统,连续系统 离散系统,恒值控制系统 随动控制系统 过程控制系统,2018年9月13日星期四,7,自动控制系统的控制指标,3,定值控制系统的作用是克服扰动的影响，使被控变量保持在预定的数值。因此对定值控制系统的突出控制要求是平稳。在扰动发生以后，希望被控变量稳得住，稳得准，
3、稳得快。,A）最大偏差或超调量 B）衰减比 C）余差 D）过渡时间 E）振荡周期或频率 F）上升时间,时间域的单项指标,A）偏差绝对值对时间的积分，简记为IAE。B）偏差绝对值与时间乘积对时间的积分，简记为ITAE。C）偏差平方值对时间的积分，简记为ISE。,时间域的综合指标,除此之外，还有其它一些间接指标。,2018年9月13日星期四,8,自动控制系统的控制指标,3,A）最大偏差或超调量 B）衰减比 C）余差 D）过渡时间 E）振荡周期或频率 F）上升时间,时间域的单项指标,时间域的综合指标,除此之外，还有其它一些间接指标。,2018年9月13日星期四,9,自动控制系统的控制指标,3,A）偏
4、差绝对值对时间的积分，简记为IAE。B）偏差绝对值与时间乘积对时间的积分，简记为ITAE。C）偏差平方值对时间的积分，简记为ISE。,时间域的综合指标,在现代控制理论中，经常采用某种目标函数作为需要优化的品质指标。目标函数本身也是一种综合性指标，而常用的二次型目标函数实质上是ISE的推广和发展。,2018年9月13日星期四,10,简单控制的基本规律,4,位式控制双位控制,2018年9月13日星期四,11,简单控制的基本规律,4,位式控制双位控制,双位控制的动作规律是当测量值大于给定值时，控制器的输出为最大；而当测量值小于给定值时，则控制器的输出为最小（也可以是相反的，即当测量值大于给定值时，输
5、出为最小；当测量值小于给定值时，输出为最大）。偏差 与输出 的关系为,2018年9月13日星期四,12,简单控制的基本规律,4,位式控制具有中间区的双位控制,2018年9月13日星期四,13,简单控制的基本规律,4,位式控制多位控制,2018年9月13日星期四,14,简单控制的基本规律,4,比例控制,控制器的输出变化量；,控制器的输入，即偏差；,比例控制器的放大倍数。,2018年9月13日星期四,15,简单控制的基本规律,4,比例控制,比例度,比例控制器的放大倍数 是一个重要的参数，它决定了比例作用的强弱。在工业上所使用的控制器，习惯上采用比例度 （也称比例带）。 所谓比例度就是指控器输入的相
6、对变化量与相应的输出的相对变化量之比的百分数。,相应于偏差为 的控制器输出变化量,控制器的输入变化量（即偏差）,仪表的量程,控制器输出的工作范围。,2018年9月13日星期四,16,简单控制的基本规律,4,比例控制,例如一只比例作用的电动温度控制器，它的量程是100200，电动控制器的输出是010mA，假如当指示值从140变化到160时，相应的控制器输出从3mA变化到8mA，这时的比例度为,2018年9月13日星期四,17,简单控制的基本规律,4,比例控制,那么比例度和放大倍数是什么关系呢？,因为,所以,对于一只具体的比例控制器，仪表的量程和控制器的输出范围都是固定的，令,所以，对一只控制器来
7、说，,是一个固定常数。,2018年9月13日星期四,18,简单控制的基本规律,4,比例控制,比例控制系统的过渡过程及余差,比例度对过渡过程的影响 比例度对系统稳定性的影响：比例度越大，过渡过程曲线越平稳；比例度越小，则过渡过程曲线越振荡；比例度过小时，就可能出现发散振荡的情况。 总之，比例控制规律比较简单，控制比较及时，一旦有偏差出现，马上就有相应的控制作用。所以比例控制规律是一种最基本的控制规律，适合于干扰较小、对象的滞后较小而时间常数并不太小、控制精度要求不高的场合。,2018年9月13日星期四,19,简单控制的基本规律,4,积分控制,当控制器的输出变化量 与输入偏差 的积分成比例时，就是
8、积分控制规律，一般用字母 表示。积分控制规律的数学表示式为,式中,积分比例系数，称为积分速度。,2018年9月13日星期四,20,简单控制的基本规律,4,积分控制,从上式可以看出，积分控制器输出的变化速度与偏差成正比。这就进一步说明了积分控制规律的特点是：只要偏差存在，控制器输出就会变化，调节机构就要动作，系统不可能稳定。只有当偏差消除时（即 ），输出信号才不再继续变化，调节机构才停止动作，系统才可能稳定下来。这也就是说，积分控制作用在最后达到稳定时，偏差是等于零的，这是它的一个显着特点，也是它的一个主要优点。,2018年9月13日星期四,21,简单控制的基本规律,4,积分控制,比例积分控制规
9、律与积分时间,比例控制规律是输出信号与输入偏差成比例，因此作用快，但有余差，而积分控制规律能消除余差，但作用较慢。比例积分控制规律是这两种控制规律的结合，因此也就吸取了两者的优点，是生产上常用的控制规律，一般用字母PI表示 。,2018年9月13日星期四,22,简单控制的基本规律,4,积分控制,积分时间对系统过渡过程的影响,积分时间对过渡的影响具有两重性。当缩短积分时间，加强积分控制作用时，一方面克服余差的能力增加，这是有利的一面。但另一方面会使过程振荡加剧，稳定性降低。积分时间越短，振荡倾向越强烈，甚至会成为不稳定的发散振荡，这是不利的一面。,2018年9月13日星期四,23,简单控制的基本
10、规律,4,微分控制,当对象滞后特别大时，可能控制时间较长、最大偏差较大；当对象负荷变化特别剧烈时，由于积分作用的迟缓性质，使控制作用不够及时，系统的稳定性较差。在上述情况下，可以再增加微分作用，以提高系统控制质量。,按被控变量的变化的速度来确定控制作用的大小，就是微分控制规律，一般用字母“D”表示。具有微分控制规律的控制器，其输出,式中,微分时间；,偏差对时间的导数，即偏差信号的变化速度。,2018年9月13日星期四,24,简单控制的基本规律,4,微分控制,偏差变化的速度越大，则控制器的输出变化也越大，即微分作用的输出大小与偏差变化的速度成正比。对于一个固定不变的偏差，不管这个偏差有多大，微分
11、作用的输出总是零，这是微分作用的特点。,2018年9月13日星期四,25,简单控制的基本规律,4,微分控制,实际的微分控制规律及微分时间,可以表征微分作用的强弱。当,大时，微分输出部分衰减得慢，说明微分作用强。反之，,小，表示微分作用弱。对于一个实际的微分器，通过改变,的大小可以改变微分作用的强弱。,2018年9月13日星期四,26,简单控制的基本规律,4,PID控制,同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为比例积分积分微分控制器，简称为三作用控制器，习惯上常用PID（Proportional-Integral-Derivative）表示。比例积分微分控制规律的输入输出关系可用下式表示
12、,2018年9月13日星期四,27,简单控制的基本规律,4,PID控制,比例、积分、微分三种控制规律作一个简单小结。,比例控制 它依据“偏差的大小”来进行控制。它的输出变化与输入偏差大小成比例。控制及时，但是有余差。用比例度来表示其作用的强弱。 越小，控制作用越强。比例作用太强时，会引起振荡甚至不稳定。,2018年9月13日星期四,28,简单控制的基本规律,4,PID控制,比例、积分、微分三种控制规律作一个简单小结。,积分控制 它依据“偏差是否存在”来进行控制。它的输出变化与偏差对时间的积分成比例，只有当余差完全消失，积分作用才停止。所以积分控制能消除余差，但积分控制缓慢，动态偏差大，控制时间
13、长。用积分时间 表示其作用的强弱， 越小，积分作用越强。积分作用太强时，也易引起振荡。,2018年9月13日星期四,29,简单控制的基本规律,4,PID控制,比例、积分、微分三种控制规律作一个简单小结。,微分控制 它依据“偏差变化速度”来进行控制。它的输出变化与输入偏差变化的速度成比例，其实质和效果是阻止被控变量的一切变化，有超前控制和作用。对滞后大的对象有很好的效果。使控制过程动态偏差减小、时间缩短、余差减小（但不能消除）。用微分时间 表示其作用的强弱。 大，作用强。 太大，会引起振荡。,2018年9月13日星期四,30,简单控制的基本规律,4,PID控制,2018年9月13日星期四,31,
14、简单控制的基本规律,4,PID控制,A）临界比例度法 B）衰减曲线法 C）经验凑试法,PID控制器参数的工程整定,2018年9月13日星期四,32,简单控制的基本规律,4,PID控制,临界比例度法,2018年9月13日星期四,33,简单控制的基本规律,4,PID控制,临界比例度法,2018年9月13日星期四,34,简单控制的基本规律,4,PID控制,临界比例度法,2018年9月13日星期四,35,简单控制的基本规律,4,临界比例度法,PID控制,2018年9月13日星期四,36,简单控制的基本规律,4,PID控制,临界比例度法参数计算公式表,临界比例度法,2018年9月13日星期四,37,简单
15、控制的基本规律,4,临界比例度法,PID控制,2018年9月13日星期四,38,简单控制的基本规律,4,临界比例度法,PID控制,2018年9月13日星期四,39,简单控制的基本规律,4,临界比例度法,PID控制,2018年9月13日星期四,40,简单控制的基本规律,4,临界比例度法,PID控制,2018年9月13日星期四,41,简单控制的基本规律,4,临界比例度法,PID控制,临界比例度法是要使系统达到等幅振荡后，才能找出 与 ，对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统亦不适用。,2018年9月13日星期四,42,简单控制的基本规律,4,衰减曲线法,PID控制,2018年9月13日星期四,43,简单控制的基本规律,4,衰减曲线法,PID控制,2018年9月13日星期四,44,简单控制的基本规律,4,PID控制,4：1衰减曲线法控制器参数计算表,衰减曲线法,
