第四章 控制器的作用规律

§4-0引言ST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特性，应采用不同作用规律的控制器。§4-0引言ST控制器的两个研究方面：1.作用规律：p(t)=f(e(t))，即传递函数的结构。也称控制规律或调节规律。2.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。END§4-1两位（双位）式控制器ST被控量在设定的上限和下限之间变化，调节器的输出只有两个状态（0或1）。结构简单，一般用于对控制品质要求不高，特别是允许被控对象在一定的范围内波动的控制系统中。船舶的热工参数控制系统中采用两位式控制器，如水位、液位、蒸汽压力、液体温度等的控制。§4-1两位式控制器STEND→动触头与静触头断开当h↑→浮子↑→浮子杆碰到扇形框架上的上限销钉→使调节板框架绕轴顺时针转动→磁铁1↓与同极性的磁铁2相遇→因同性相斥磁铁2↑→水泵电源断开→给水泵停止向锅炉供水。§4-2比例作用规律ST)()(txKtxio比例作用规律（P）：控制器的输出变化量与输入（偏差）变化量成比例。KsXsXsGio)()()(K——比例系数)()(teKtxo§4-2比例作用规律§4-2比例作用规律•比例带δ（或PB）：当控制器的输出作100%变化时，其输入量变化（数值上等于被控量的变化）的百分数。%100)/()/(minmaxminmaxoooiiixxxxxx)(minmaxiixxix)(minmaxooxxox－－被控量变化值－－被控量变化范围（量程）－－控制器输出量的最大范围－－相应于被控量变化后，输出的变化量§4-2比例作用规律C10050C60C65例：某温度控制系统，温度控制范围为，控制器输出的变化范围4-20mA，若t1=,控制器输出为10mA，t1=,控制器输出为5mA，求该控制器的比例带无量纲，故无论控制器控制的是何种参数，也不管它的构造如何，只要它们的比例带相同。比例控制作用强弱是一样的。解：如：液位控制系统采用比例控制器的单容水柜水位控制系统过渡过程：＋－－＋△λGf(s)GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)hh0h△Q△Q1△Q2△h△μ△λ↑→h↓Q1Q2§4-2比例作用规律△Q1－－GO(s)GQ(s)GC(s)Gm(s)h△Q或△Q2△λ例如：液位控制系统§4-2比例作用规律特点:(1)非周期过程，不会产生振荡；(2)有差控制，且比例系数KP越大（或δ越小），静态偏差越小，但不可能为零。§4-2比例作用规律§4-3积分作用规律§4-3积分作用规律§4-3积分作用规律§4-3积分作用规律当扰动输入为阶跃函数时：§4-4比例积分作用规律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积分（PI）控制器。tiIipodttxTtxKtx0)(1)()(sTKsGIp1)(tiiiodttxTtxtx0)(1)(1)()11()(sTKsGipTi——积分时间；δ——比例带§4-4比例积分作用规律§4-4比例积分作用规律§4-5比例微分作用规律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。这样，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，因此微分作用常与比例作用一起形成比例微分（PD）控制器。dttdxTtxKtxiDipo)()()(dttdxTtxtxidio)()(1)(或)1(1(s)sTGdTD是微分时间常数,Td是微分时间。Td越小，微分作用越弱；反之微分作用越强。§4-5比例微分作用规律ST11)1(111)1((s)sKTsTsKTsTKGDddDddp实际的比例微分控制器的传递函数：Kp——比例系数；δ——比例带；Td——微分时间；KD——微分放大系数§4-5比例微分作用规律分析如图该图画出了实际PD控制器的控制作用特性。§4-5比例微分作用规律如果PD控制器用于上节的水位控制系统中，微分作用总是随着被控量偏差变化速度而变化。∴适当Td→动态偏差↓，有抑制振荡、提高系统稳定性的效果。§4-6比例积分微分作用规律ST比例积分微分作用规律（PID）：比例、积分和微分作用的组合。tidiiiodttdxTdttxTtxtx0)()(1)(1)()111(1)111((s)sKTsTsTsKTsTsTKGDddiDddip实际的比例积分微分控制器的传递函数：D——加快系统的动作速度，减小超调，克服振荡（前期）§4-6比例积分微分作用规律I——消除静态偏差（后期）P——调节动作的及时性（中期）各部分作用及克服被控量的时间过程：§4-7控制器作用规律的实现方法ST§4-7控制器作用规律的实现方法（QTM-23J型PID调节器）STP测cdRd气源输入负反负反正反测量给定放大器跟随器RpRi