第五章第三节调节器及其调节作用规律

第三节调节器及其调节作用规律调节器的作用规律•调节器的作用规律：1、双位式作用规律。2、比例作用规律。3、比例积分作用规律。4、比例微分作用规律。5、比例积分微分作用规律。一、位式调节器•特点：调节器只有俩个输出状态。它不能使被控量稳定在某个值上。但能把被控量控制在某个范围之内。位式作用规律YT-1226型压力调节器比例作用规律(propotion)•调节器的作用规律：•K为放大倍数，输入相通的偏差e(t)，放大倍数越大，输出量越大。反之越小。•以下图为例讲解比例作用的调节过程()*()PtKet比例作用规律比例作用规律•比例作用的特点：能够较及时的反应被控制对象负荷的大小。负荷变化大，偏差大，阀的开度就大，对被控量控制比较及时。•比例调节的缺点：当对象受到挠动后，被控量不能回到给定值上来，只能回复到给定值附近。被控量稳态值于给定值之间从在较小的静态偏差。这是比例调节器固有的不可克服的缺点。因为调节器的输入与输出存在一一对应的硬性关系。比例作用规律•比例作用规律的应用：虽然比例作用规律存在静态偏差，但是动态过程较快，结构简单，且静态偏差不是很大，所以在对稳态要求不要的控制系统中，比例调节器较为普遍应用•比例带：调节器的相对输入量于相对输出量之比的百分数。即：maxmaxmaxmax/()*100%**100%*100%/eXPeRPBPPXPK比例作用规律气动比例调节器比例作用规律•设定测量值变化为△P测，调节器的输出变化为△P出，由于给定值没有变，即给定力矩的变化为0，杠杆平衡原理有：•△P测*F测L2+△P出△F反L3=0•F测和F反分别是测量波纹管和反馈波纹管的横截面积，L2和L3分别是测量力臂和反馈力臂。•因此有：比例作用规律23p*F*L=-=K*pF*Lp测测出测反上式表明：调节器的输入与输出变化是成比例的，其中K为比例系数。23p*F*LF*LK测测反比例微分调节器•一、微分调节作用规律：•所谓微分作用规律是指调节器内部采用一个微分环节，其输出与偏差对时间的微分，即偏差的变化速度成比例，表达式为：•Sd为微分系数•其作用规律如图：()()*ddetptSdt比例微分调节器实际微分作用的输出特性比例微分调节器•二、比例微分作用规律：•比例微分作用规律是在比例作用规律的基础上加入微分作用而得到的一宗作用规律：•K是比例微分作用中的比例系数，Td=Sd/K为微分时间。()()()()[()]dddetdeeptKetSKetTdtdt比例微分调节器•在比例微分作用中，比例作用是主要的，它决定调节器的最终输出变化量，微分作用只是起超前控制的辅助作用的。比例微分调节器输出特性比例微分调节器•在PD调节器上有俩个调节按钮，一个是比例带PB，另一个是微分时间Td调整旋钮。•如果把微分时间旋钮调整到Td=0，那么就相当于切除了微分作用规律，变成了一个纯比例调节器。在此调节其中，可以使比例带小一些，可以减少静态偏差，还可以保证体统静态过程的稳定性。•三、气动PD调节器：比例微分调节器比例微分调节器•系统在稳定情况下给一个阶跃最终会稳定在：pFFFL1+pGFGL3=pCFCL2•其中：pF、pG、pC分别为负反馈波纹管、给定波纹管、测量波纹管压力，FF、FG、FC分别为负反馈波纹管、给定波纹管、测量波纹管有效面积。且FF=FG=FC，L1、L3、L2为力臂。•若只考虑变化量，则：•△pFFFL1+△pGFGL3=△pCFCL2比例微分调节器•由于给定值没有变化，即△pG=0，因此•当给定值不变时，测量值的实际变化就是偏差，即△pC=e，反馈过程结束后，负反馈波纹管的压力变化和调节器的输出压力变化相等，此时，•△p出=L2/L1*e2211CFCCFFLLpppFLL比例积分作用规律•一、积分作用规律：•比例积分作用规律，是指调节器的输出量随输入量做比例积分变化。•积分作用规律：调节器的输出的变化速度与偏差成比例。即：()*();P(t)=S()iidPtSetetdtdt或比例积分作用规律•二、比例积分作用规律：•K为交接期的比例系数，Ti=K/Si，为积分时间。•假定给比例积分调节器输入一个偏差信号，其阶跃量为常数e，则：1()()()[()()]iipeKetSetdtKetetdtT•第一项为比例输出，第二项为积分输出，由于t=0所以没有积分输出，它与时间保持线性关系，其斜率为：Ke/Ti•据此，我们可以画出比例积分作用规律的开环阶跃输出特性1()[][1]iiitpeKeSedtKedtKTT比例积分作用规律比例积分调节器的开环阶跃输出特性比例积分作用规律•三、气动比例调节器：比例积分微分作用规律•一、比例积分微分作用规律：•就是把比例、积分、微分作用规律结合在一起，乃是以比例作用为主，吸收积分作用能消除静态偏差以及微分作用能实现超前调节，控制的功能，优点最为完善。•输入与输出的关系为：()()1()()()[()()]dididetdetpeKetSSetdtKetTetdtdtdtT比例积分微分作用规律•比例积分微分调节器上面有三个按钮，一个用来调整比例带PB，一个用来调整积分时间Ti，一个用来调整微分时间Td•在船舶中应根据控制对象的特性，皮面采用微分作用，若锅炉水位，•二、气动PID调节器：•俩种：一种是三种调节作用叠加一起作用，一种是PI后串联一个微分来实现。比例积分微分作用规律比例积分微分作用规律•三、电动PID调节器：比例积分微分作用规律•上式表明，调节器的输出在整体上对输入具有比例，积分、微分的作用，调整R4，R2、R5的阻值，可以分贝调整比例，积分、微分的作用强度。•四、数字PID调节器：•在计算机控制中，调节器的作用规律是采用软件编程来实现的，称为调节器作用规律的数字实现。比例积分微分作用规律