控制器仪表.优秀PPT.ppt

《控制器仪表.优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制器仪表.优秀PPT.ppt（64页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、过程限制与自动化仪表过程限制与自动化仪表 主讲老师：赵 跃西安理工高校自动化与信息工程学院西安理工高校自动化与信息工程学院信息与限制工程系信息与限制工程系第三章第三章 3.1 3.1调整器仪表调整器仪表 一一 调整器（限制器）的概念调整器（限制器）的概念 二二 最简洁的两位式调整器最简洁的两位式调整器 三三 PID限制的基本特性限制的基本特性 四四 PID算法的常见问题算法的常见问题 五五 工业标准工业标准PID调整器调整器 六六 PID限制器运用中的问题限制器运用中的问题调整器调整器(限制器限制器)的概念的概念 调整器 是指把测量值和给定值进行比较，得出被调量的偏差并依据确定的调整规律产生输

2、出信号，推动执行器对生产过程进行自动限制的装置。要驾驭一个调整器，首要的问题是弄清晰它具有什么样的调整规律，即它的输出量与输入量(偏差信号)之间具有什么样的函数关系。最简洁的两位式调整器最简洁的两位式调整器例例1:两位式温度限制器两位式温度限制器两位式调整器两位式调节器特性曲线两位式调节器特性曲线 过程控制系统中大多数对象都过程控制系统中大多数对象都可以用下式所示的一阶加纯滞后环可以用下式所示的一阶加纯滞后环节近似。节近似。运用这种调整器时后面的执行器特殊简洁，例如限制电能时只须要电磁开关，限制流量时只要用通断阀便可进行调整，因此在要求不高的场合获得了广泛的应用。明显，调整对象的滞后时间愈小，

3、炉温的摇摆幅度就愈小，但调整器动作频率将愈大，有甚至会达到不能容许的程度。两位式调整器两位式调整器的滞回特性 为了降低开关动作频率两位式调整器都设置了不灵敏区，其限制特性如图示。运用这种两位式调整器可以使开关动作频率降低，延长执行器的寿命。滞回调整器的响应特性 缺点：过程变量会围绕期望值在确定范围内缺点：过程变量会围绕期望值在确定范围内不停的震荡。不停的震荡。缘由：两位式限制事实上是一种缘由：两位式限制事实上是一种“断续断续”的限的限制方式，即每当误差超出上限或低于下限时限制方式，即每当误差超出上限或低于下限时限制器才会动作。而其他时刻，系统实际处于开制器才会动作。而其他时刻，系统实际处于开环

4、状态。任凭被控变量缓慢波动而不调整！环状态。任凭被控变量缓慢波动而不调整！结论：两位式调整时一种特别粗糙的调整方式，结论：两位式调整时一种特别粗糙的调整方式，结构简洁精度差。结构简洁精度差。两位式调整器的特性两位式调整器实例PID限制的基本特性限制的基本特性一比例调整的动作规律一比例调整的动作规律 P P为调节器输出的增量值，为被控参数与给定值之差。纯比例调节器的阶跃响应特性 比例限制数学表达式比例限制数学表达式：P限制的比例带限制的比例带称为比例带比例带比例带对系统响应的影响比例带对系统响应的影响比例带对系统的影响：比例带减小系统静差将减小静差将减小，震荡频率提高响应速度加快震荡频率提高响应

5、速度加快但同时超调增大稳定性降低超调增大稳定性降低。比例调整动作规律分析比例调整动作规律分析水位调整系统实例水位调整系统实例 已知水箱水位限制系统如图所示，假设系统处于初始无偏差状态。此时将输出水阀开度增大，试分析系统动态响应过程！比例调整系统实例比例调整系统实例 自力式液位自力式液位比例限制系统比例限制系统 Q2htepQ1tttt 原来系统处于平衡，原来系统处于平衡，进水量与出水量相等，此进水量与出水量相等，此时进水阀有一开度。时进水阀有一开度。t=0时，出水量阶跃增时，出水量阶跃增加，引起液位下降，浮球加，引起液位下降，浮球下移带动进水阀开大。下移带动进水阀开大。当进水量增加到与出当进水

6、量增加到与出水量相等时，系统重新平水量相等时，系统重新平衡，液位也不再变更。衡，液位也不再变更。响应分析响应分析比例调整动作规律分析比例调整动作规律分析比例限制特点：比例限制特点：限制刚好、适当。限制刚好、适当。只要有偏差，输出马上成只要有偏差，输出马上成比例地变更，偏差越大，比例地变更，偏差越大，输出的限制作用越强。输出的限制作用越强。限制结果存在静限制结果存在静差。因为，假如被调量偏差。因为，假如被调量偏差为零，调整器的输出也差为零，调整器的输出也就为零就为零 u=KC eu=KC e比例调整在什么状况下可以达到稳态无差？比例调整在什么状况下可以达到稳态无差？1、KC趋于无穷大2、使稳态误

7、差等于0 的ussu03、提高系统型次积分调整的动作规律二积分调整的动作规律二积分调整的动作规律 I I 积分调整规律是一种无差调整，接受积分调整可以提高系统稳态限制精度，但是积分调整的过渡过程时间很长而且会加剧系统的不稳定程度。积分调整的动作规律比例积分调整规律比例积分调整规律 PI PI 比例积分调整规律将比例的快速性与积分的消退静差结合起来具有比较好的限制效果。积分调整的动作规律比例积分调整规律比例积分调整规律 PI PI所以积分调整部分可以看作是自动的所以积分调整部分可以看作是自动的u0u0重置！重置！积分调整消退误差的原理积分调整的动作规律积分时间常数积分时间常数 的物理含义的物理含

8、义比比例例积积分分积积分分作作用用具具有有保保持持功功能，故积分限制可以消退余差。能，故积分限制可以消退余差。当当有有偏偏差差存存在在时时，积积分分输输出出将将随随时时间间增增长长（或或减减小小）；当偏差消逝时，输出能保持在某一值上。当偏差消逝时，输出能保持在某一值上。eEttu积分限制的特点积分限制的特点 比例积分积分输出信号随着时比例积分积分输出信号随着时间渐渐增加，限制动作缓慢，故积间渐渐增加，限制动作缓慢，故积分作用不单独运用。分作用不单独运用。积分调整的动作规律积分调整存在的不足积分调整存在的不足 比例积分调整规律没有利用系统输出的趋势信息，没有预料实力，导致调整效果不志向！微分调整

9、的动作规律三比例微分调整的动作规律三比例微分调整的动作规律 PD PD微分调整的预料实力 微分调整规律是一种有差调整不能单独运用，PD调整器能提高系统的稳定度，有效抑制过渡过程的超调，而且微分的存在允许减小比例带减小静差。但D调整不适用于变更猛烈的对象。微分时间常数的物理含义微分时间常数的物理含义 微分输出正比于TD时间后的预料误差！PID调整的动作规律四四 PID PID调整的动作规律调整的动作规律 PID PID限制作用中，比例限制作用中，比例作用是基础限制；微分作用作用是基础限制；微分作用是用于加快系统限制速度；是用于加快系统限制速度；积分作用是用于消退静差。积分作用是用于消退静差。PI

10、D调节器的阶跃响应特性 PIDPID限制的特点限制的特点PIDPID限制器限制器 取取P,I,DP,I,D三者的特长，与三者的特长，与PDPD相比提高了系统无差度，相比提高了系统无差度，与与PIPI相比系统多了一个零点可以改善系统的动态特性。因此相比系统多了一个零点可以改善系统的动态特性。因此PIDPID兼顾了动静两方面要求，达到较完备的限制效果。兼顾了动静两方面要求，达到较完备的限制效果。2、执行器难以响应志向微分的输出、执行器难以响应志向微分的输出PID算法须要留意的问题一、不完全微分算法一、不完全微分算法1、志向微分算法物理无法实现、志向微分算法物理无法实现 不完全微分算法可以看作是误差

11、信号先进行一阶惯性滤波，再进行志向微分运算。PID算法须要留意的问题阶跃输入下不完全微分响应曲线阶跃输入下不完全微分响应曲线微分增益微分增益 微分调整对高频噪声有放大作用，因此只适用于时间常数较大的多容过程。对流量、压力等变更猛烈的对象简洁引起系统震荡。微分突变微分突变 限制器设置微分运算的目的是为了预料偏差的变更趋势，按TD时刻后的预料误差进行调整。然而设定值变更时也会产生很强的阶跃误差干扰，会给限制系统造成很大的冲击。为了解决这个问题提出了微分先行算法！PID算法须要留意的问题二、微分先行算法二、微分先行算法微分先行限制器结构微分先行限制器结构PID算法须要留意的问题三、积分饱和问题三、积

12、分饱和问题晶闸管外壳氩弧焊机电流控制实例晶闸管外壳氩弧焊机电流控制实例控制实例：控制实例：PID算法须要留意的问题 积分饱和是因限制系统间歇工作或大偏差长时间得不到矫正使得调整器输出达到极值产生的。积分饱和使限制器不能刚好反向动作而短暂丢失调整实力，对限制系统性能带来严峻影响！积分饱和的对策？积分饱和的对策？工业标准工业标准PID限制器限制器1-双针垂直指示器双针垂直指示器2-外给定指示灯外给定指示灯3-内给定设定轮内给定设定轮4-自动自动软手动软手动硬手动硬手动 切换开关切换开关5-硬手动操作杆硬手动操作杆6-输出指示器输出指示器7-软手动操作板键软手动操作板键DDZ-型调整仪型调整仪模拟P

13、ID限制器原理图比例微分运算电路微分时间调整微分时间调整比例度调整比例度调整IDPD传递函数PD电路以电路以A2为核心组成。为核心组成。微分作用可选择用与不微分作用可选择用与不用。开关用。开关S8打向打向“断断”时，构成时，构成 P电路；开关电路；开关S8打向打向“通通”时，构成时，构成 PD电路。电路。ID因因 得得 推导可得推导可得：由由 和和推导过程推导过程：PD传递函数推导V02TD/nV01/n63%tPD限制参数的物理含义 当当 S8 置置于于“断断”时时，微微分分被被切切除除，A2只作比例运算。有：只作比例运算。有：这这时时微微分分电电容容被被开开关关S8接接在在9.1K分分压压

14、电电阻阻两两端端，使使CD右右端端始始终终跟跟随随电压电压V01/n。当开关。当开关S8切换到切换到“通通”时时，保证无扰动切换。，保证无扰动切换。PD限制器微分切除方法数字式数字式PID调整仪调整仪试验用AI-808系列调整仪介绍(7)(7)数据削减键数据削减键(8)(8)数据增加键数据增加键(9)(9)光柱（选购件）可指示测量值或输出值光柱（选购件）可指示测量值或输出值(10)(10)给定植显示窗给定植显示窗(11)(11)测量值显示窗测量值显示窗(1)(1)调整输出指示灯调整输出指示灯(2)(2)报警报警1 1指示灯指示灯(3)(3)报警报警2 2指示灯指示灯(4)AUX(4)AUX协助

15、接口工作指示灯协助接口工作指示灯(5)(5)显示转换（兼参数设置进入显示转换（兼参数设置进入)(6)(6)数据移位（兼手动数据移位（兼手动/自动切换）自动切换）YS-80系列系列PID限制器限制器YS-80硬件结构框图硬件结构框图YS-80电路示意图电路示意图YS-80运算流程运算流程YS-80功能组态功能组态PID限制器运用中的几个问题一一 内给定与外给定内给定与外给定 在左图所示的限制系统中限制器AC和TC的给定值是确定的，它们的给定值由限制器内部产生的，属于定值限制 而限制器PC的给定值是限制器TC的输出，对PC而言给定值是外部输入的，属于随动限制 通用的标准PID限制器既可以接受外部给

16、定有能产生内部给定信号。内给定与外给定 由测量元件送来的被控量的测量值（4-20MA）被转换成1-5V电压信号输入到调整器，与给定值比较产生偏差信号进行PID运算。系统的给定值有两种可能的来源，对于定值限制系统设定值由PID调整器内部的基准源和电位器产生，通过调整电位器就可以变更设定值。对于随动限制系统其设定值由外部输入的标准信号产生。正作用与反作用二二 正作用与反作用正作用与反作用 左图所示的过热蒸汽温度限制系统与前面提到的加热炉温度限制系统都是负反馈系统但两者有很明显的不同，在过热蒸汽温度限制系统中当温度上升时须要开大阀门而在加热炉温度限制系统中须要关小阀门。在过热蒸汽温度限制系统中偏差为

17、负（被控量大于给定值）时要求输出增大，而加热炉温度限制系统中偏差为负时要求输出减小，也就是调整器的增益为负。标准的PID限制器都设有正反作用开关来适应这两种状况。正作用与反作用DDZ-的正反作用切换的正反作用切换电路电路硬手动与软手动 在PID限制器的运用中常常须要手动操作系统，例如在测定被控对象的阶跃响应曲线时就须要断开闭环调整人为的加入阶跃干扰信号，所以通用PID调整器都有手动操作方式。三三 硬手动与软手动硬手动与软手动 手动操作分软手动与硬手动手动操作分软手动与硬手动两种，所谓软手动是指调节器两种，所谓软手动是指调节器输出与手动输入电压成积分关输出与手动输入电压成积分关系；所谓硬手动是指调节器输系；所谓硬手动是指调节器输出与手动电压成比例关系出与手动电压成比例关系 工作状态的无扰切换工作状态的无扰切换硬手动与软手动软手动操作慢速向下调整慢速向下调整硬手动操作试验一试验一试验二试验二试验三试验三试验四试验四试验五试验五试验六试验六作作业业：某某比比例例限限制制器器，温温度度限限制制范范围围为为400800，输输出出信信号号范范围围是是420mA。当当指指示示指指针针从从600变变到到700时时，限限制制器器相相应应的的输输出出从从8mA变变为为16mA。求设定的比例度。求设定的比例度。u/mAe/e420800400作业作业