自动控制仪表幻灯片.ppt
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1、自动控制仪表自动控制仪表第1页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.1 5.1 控制仪表及其分类控制仪表及其分类v控制仪表:控制仪表:也称控制器,是将被控变量测量值与给定值相比较后产生的偏差,进行一定的运算,并将运算结果以一定信号形式送往执行器,以实现对被控变量的自动控制的仪表。v控制仪表分类:控制仪表分类:按控制仪表的结构形式:按控制仪表的结构形式:基地式控制仪表基地式控制仪表 基地式控制仪表是将测量、变送、显示及控制等功能集于一身的一种控制仪表。它结构比较简单,常用于简简单单控控制制系系统统。第2页,共50页,编辑于2022年,星期
2、二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.1 5.1 5.1 5.1 控制仪表及其分类控制仪表及其分类v控制仪表分类:控制仪表分类:按控制仪表的结构形式:按控制仪表的结构形式:单元组合式仪表单元组合式仪表 单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和使用要求,分成若干独立作用的单元,各单元之间用统一的标准信号联系。使用时,针对不同的要求,将各单元以不同的形式组合,可以组成各种各样的自动检测和控制系统。第3页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.1 5.1 5.1 5.1 控制仪表及其分类控制仪表及其分类控制仪表及其分类控制仪
3、表及其分类单元组合式仪表单元组合式仪表优优点点高度的通用性和灵活性:可以用有限的单元组成各种各样的控制系统;各种能源的仪表混合使用:可以通过转换单元,把气动表、电动表,甚至液动表联系起来;安装、维护方便:各单元独立作用,故在布局、安装、维护上也更合理、更方便。仪表精度高、使用寿命长:仪表一般采用力平衡或力矩平衡原理,工作位移小、无机械摩擦、性能较好。零部件标准化、系列化:有利于大规模生产,降低了成本,提高了产量和质量。第4页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.1 5.1 控制仪表及其分类控制仪表及其分类控制仪表及其分类控制仪表及其分类
4、vv控制仪表分类控制仪表分类控制仪表分类控制仪表分类:单元组合式仪表单元组合式仪表按使用的能源来分按使用的能源来分按使用的能源来分按使用的能源来分:单元组合式仪表主要分为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。单元组合仪表一般可以分为七大类单元。单元组合仪表一般可以分为七大类单元。变送单元(B)显示单元(X)给定单元(G)辅助单元(F)控制单元(T)计算单元(J)转换单元(Z)执行单元(K)(电动)第5页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.1 5.1 控制仪表及其分类控制仪表及其分类控制仪表及其分类控制仪表及其分类vv控制仪表分类控制仪表
5、分类:单元组合式仪表单元组合式仪表 电动单元组合式仪表的发展阶段电动单元组合式仪表的发展阶段:DDZ-型电子管器件为主要器件 DDZ-型晶体管等分立元件为主要器件 DDZ-型线性集成电路作为核心器件 气气动动单单元元组组合合仪仪表表是以压缩空气为能源,各单元之间以统一的 0.020.1MPa气压标准信号相联系。第6页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.1 5.1 控制仪表及其分类控制仪表及其分类控制仪表及其分类控制仪表及其分类vv控制仪表分类控制仪表分类:按控制仪表的信号形式来分按控制仪表的信号形式来分模拟式控制仪表模拟式控制仪表数字
6、式控制仪表数字式控制仪表第7页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律v控制规律:控制规律:控制器的输出信号与输入信号之间的关系。经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号,然后来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。在研究控制器的控制规律时在研究控制器的控制规律时第8页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律v基本控制规律:基本控制规律:控制器的基本控制规律控制器的基本控制规律 位式控制(其中以双位控制比较常
7、用)、比例控制(P)、积分控制(I)、微分控制(D)、比例积分微分控制(PID)、。第9页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律v基本控制规律:基本控制规律:vv位式控制:双位控制(理想)位式控制:双位控制(理想)理想的双位控制器 理想双位控制特性第10页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表vv位式控制:双位控制(实际)位式控制:双位控制(实际)位式控制:双位控制(实际)位式控制:双位控制(实际)-(具有(具有(具有(具有中间区)中间区)中间区)
8、中间区)实际的双位控制规律由于设置了中间区,当偏差在中间区内变化时,控制机构不会动作,因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低,延长了控制器中运动部件的使用寿命。第11页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律v基本控制规律:基本控制规律:vv位式控制:双位控制位式控制:双位控制 有中间区的双位控制过程 双位控制过程的品质指标:振幅、周期双位控制过程的品质指标:振幅、周期 双位控制过程:是双位控制过程:是持续的等幅振荡过程 中间区的宽度:与工艺要求有关;若被控变量允许较宽的波 动范围,则中间区的宽度就大
9、一些,响应的周期就长些 双位控制器的优点:结构简单、成本低、易于实现,因而应用很普遍第12页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律v基本控制规律:基本控制规律:vv位式控制:三位(多位)控制位式控制:三位(多位)控制 三位控制规律 对系统的控制效果较好,但增加控制装置的复杂程度第13页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表vv比例控制(比例控制(比例控制(比例控制(P P)比例控制器KCep 比例控制器比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大器比例
10、控制器实际上是一个放大倍数可调的放大器简单比例控制系统示意图第14页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表vv比例度比例度比例度比例度比例度比例度是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。举例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,这时的比例度为为 第15页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律vv基本控制规律
11、:基本控制规律:基本控制规律:基本控制规律:vv比例度比例度 当温度变化全量程的40%时,控制器的输出从0mA变化到10mA。在这个范围内,温度的变化和控制器的输出变化p是成比例的。但是当温度变化超过全量程的40%时(在上例中即温度变化超过40时),控制器的输出就不能再跟着变化了。这是因为控制器的输出最多只能变化100%。所以,比例度实际上就是使控制器输出变化全范围时,输入偏差改变量占满量程的百分数。第16页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表vv比例度比例度比例度比例度 比例度与输入输出的关系即将比例度公式改写后得 对于一只具体的比例控
12、制器,仪表的量程和控制器的输出范围都是固定的,令第17页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表vv比例度比例度比例度比例度故:对一个具体的控制器来说,K是一个固定常数。KC值与值与 值都可以用来表示比例控制值都可以用来表示比例控制作用的强弱。作用的强弱。值越大,控制作用越弱值越大,控制作用越弱第18页,共50页,编辑于2022年,星期二左下图为简单水槽的比例控制系统的过渡过程。左下图为简单水槽的比例控制系统的过渡过程。简单水槽的比例控制过程液位开始下降作用在控制阀上的信号进水量增加偏差的变化曲线 比例度对过渡过程的影响在t=t0时,系统外加
13、一个干扰作用第19页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律基本控制规律基本控制规律vv基本控制规律:基本控制规律:基本控制规律:基本控制规律:vv比例控制(比例控制(P)优点优点:反应快,控制及时缺点缺点:存在余差 若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时,控制器的比例度可以选得小些,以提高系统的灵敏度,使反应快些,从而过渡过程曲线的形状较好。反之,比例度就要选大些以保证稳定。结论结论第20页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控
14、制仪表5.2 5.2 5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律基本控制规律基本控制规律vv基本控制规律:基本控制规律:vv积分控制(积分控制(积分控制(积分控制(I I)积分控制作用的输出变化量p与输入偏差e的积分成正比,即 积分控制规律当偏差是常数A时对积分作用公式微分,可得第21页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律基本控制规律基本控制规律vv基本控制规律:基本控制规律:vv积分控制(积分控制(I)结论 积积分分控控制制作作用用输输出出信信号号的的大大小小不不仅仅取取决决于于偏偏
15、差差信信号的大小号的大小,而且主要取决于偏差存在的时间长短。而且主要取决于偏差存在的时间长短。积分控制器输出的变化速度与偏差成正比。积分控制器输出的变化速度与偏差成正比。积积分分控控制制作作用用在在最最后后达达到到稳稳定定时时,偏偏差差等等于于零零。(即:积分作用可以消除余差即:积分作用可以消除余差)积积分分控控制制动动作作缓缓慢慢、控控制制不不及及时时(对对象象惯惯性性大大时时,出现大的超调,过度时间延长)出现大的超调,过度时间延长)第22页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律基本
16、控制规律基本控制规律vv基本控制规律:基本控制规律:基本控制规律:基本控制规律:vv比例积分控制(比例积分控制(比例积分控制(比例积分控制(PIPI)比例积分控制规律比例积分控制规律可用下式表示 若偏差是幅值为A的阶跃干扰在时间t=TI时,有第23页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 5.2 5.2 基本控制规律基本控制规律vv基本控制规律:基本控制规律:基本控制规律:基本控制规律:vv比例积分控制(比例积分控制(比例积分控制(比例积分控制(PIPI)积分时间对过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响
17、积分时间对过渡过程的影响图9-16 积分时间对过渡过程的影响 积分时间对过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响 当缩短积分时间:加强积分控当缩短积分时间:加强积分控制作用时制作用时,克服余差的能力增加;克服余差的能力增加;但会使过程振荡加剧但会使过程振荡加剧,稳定性降低。稳定性降低。积分时间越短:振荡倾向越强积分时间越短:振荡倾向越强烈烈,甚至会成为不稳定的发散振荡。甚至会成为不稳定的发散振荡。积分时间无穷大:就没有积分,积分时间无穷大:就没有积分,变为纯比例。变为纯比例。第24页,共50页,编辑于2022年,星期二5555自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表自动控制仪表5.2 5.2 基本控
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