1、第六章第六章 控制器控制器 本章重点介绍控制器特性本章重点介绍控制器特性(PID控制规律控制规律)。 控制器是控制系统的核心。控制器是控制系统的核心。 从控制系统的角度讲，控制器的输入信号从控制系统的角度讲，控制器的输入信号e(t)是被控变量的设定值是被控变量的设定值r(t)与测量值与测量值y(t)之差，之差，即即e(t)= r(t)- y(t) ；控制器的输出信号是送往；控制器的输出信号是送往执行机构的控制命令执行机构的控制命令u(t)。因此，分析控制器的因此，分析控制器的特性，就是分析控制器的输出信号特性，就是分析控制器的输出信号u(t)随输入信随输入信号号e(t)变化的规律，即控制器的控
2、制规律。变化的规律，即控制器的控制规律。 控制器的基本控制规律有比例、积分和微控制器的基本控制规律有比例、积分和微分三种。分三种。 基本控制规律的不同组合，适用于不同特基本控制规律的不同组合，适用于不同特性的生产工艺过程。若对控制器的控制规律选性的生产工艺过程。若对控制器的控制规律选用不当，就不能满足生产工艺要求，甚至造成用不当，就不能满足生产工艺要求，甚至造成严重的生产事故。因此，必须了解控制器的基严重的生产事故。因此，必须了解控制器的基本控制规律及其适用条件，根据生产工艺对控本控制规律及其适用条件，根据生产工艺对控制系统控制指标的各种要求，选用合适的控制制系统控制指标的各种要求，选用合适的
3、控制器控制规律。器控制规律。 6.1 控制器的基本控制规律控制器的基本控制规律 控制器的控制规律来源于人工操作规律，是在模控制器的控制规律来源于人工操作规律，是在模仿、总结人工操作经验的基础上发展起来的。仿、总结人工操作经验的基础上发展起来的。 人工操作，以图示的蒸汽加热的反应釜为例。设人工操作，以图示的蒸汽加热的反应釜为例。设反应温度为反应温度为85，反应过程是轻微放热的，还需要从，反应过程是轻微放热的，还需要从外界补充一些热量。外界补充一些热量。(1)有人这样做，有人这样做，发现温度一低于发现温度一低于85，就把蒸汽阀门全，就把蒸汽阀门全开，一高于开，一高于85，就全关，这种做法称双位控制
4、，阀门开，就全关，这种做法称双位控制，阀门开度只有两个位置，全开或全关度只有两个位置，全开或全关。阀门全开时，供应的蒸汽。阀门全开时，供应的蒸汽量一定多于需要量，温度将会上升，超过设定值量一定多于需要量，温度将会上升，超过设定值85；阀；阀门全关时，供应的蒸汽量一定少于需要量，因此温度将会门全关时，供应的蒸汽量一定少于需要量，因此温度将会下降，低于设定值下降，低于设定值85。可见，供需一直不平衡，是一个。可见，供需一直不平衡，是一个持续振荡过程。持续振荡过程。(2)若正常情况下，温度为若正常情况下，温度为85，阀门开度是三圈。有人，阀门开度是三圈。有人这样做，温度高于这样做，温度高于85，每高
5、，每高5关一圈；低于关一圈；低于85，每，每低低5就开一圈。数学公式表示则为：开启圈数就开一圈。数学公式表示则为：开启圈数3+(85-y)/5 比例控制规律模仿上述操作方式，控制器的输出比例控制规律模仿上述操作方式，控制器的输出u(t)与偏差与偏差e(t)有一一对应关系有一一对应关系 u（t）u（0）十）十Kce（t） 比例控制的缺点：在负荷变化时有余差。比例控制的缺点：在负荷变化时有余差。(3) 为了消除余差，有人这样做：把阀门开启数圈后，不断观察测为了消除余差，有人这样做：把阀门开启数圈后，不断观察测量值，若低于量值，若低于85，则慢慢地开大阀门；若高于，则慢慢地开大阀门；若高于85，则慢
6、慢地把，则慢慢地把阀门关小，直到温度回到阀门关小，直到温度回到85。这种方式是按偏差来决定阀门开启。这种方式是按偏差来决定阀门开启或关闭的速度，而不是直接决定阀门开启的圈数。或关闭的速度，而不是直接决定阀门开启的圈数。 积分控制规律就是模仿上述操作方式。调节器输出的变化速度积分控制规律就是模仿上述操作方式。调节器输出的变化速度与偏差成正比，即：与偏差成正比，即： du(t)/dt=KIe(t) 或或 u(t)=u(0)+KIe(t)dt 由由积分式可看出，只要有偏差随时间而存在，控制器输出总是积分式可看出，只要有偏差随时间而存在，控制器输出总是在不断变化，直到偏差为零时，输出才会稳定在某一数值
7、上。在不断变化，直到偏差为零时，输出才会稳定在某一数值上。(4)由于温度过程的容量滞后较大，当出现偏差时，其数值己较大，由于温度过程的容量滞后较大，当出现偏差时，其数值己较大，为此，有人再补充这样的经验，根据偏差的变化速度即趋势来开启为此，有人再补充这样的经验，根据偏差的变化速度即趋势来开启阀门的圈数，这样可抑制偏差幅度，易于控制。阀门的圈数，这样可抑制偏差幅度，易于控制。 微分控制规律就是模仿这种操作方式，控制器的输出与偏差变微分控制规律就是模仿这种操作方式，控制器的输出与偏差变化速度成正比，用数学公式表示为：化速度成正比，用数学公式表示为：u(t)=TDde(t)/dt 6.1.1 连续连
8、续PID控制算法控制算法理想控制器的运算规律数学表达式为：理想控制器的运算规律数学表达式为： u(t)=Kce（t）+(1/TI ) e(t)dt+TDde(t)/dt) 令令d/dts，将控制器输出将控制器输出u与输入与输入 e 之比称为控制器之比称为控制器的传递函数。上式可表示为的传递函数。上式可表示为 Gc(s)=U(s)/E(s)=Kc1+1/(TI s ) +TDs 式中，式中，Kc为调节器的比例增益；为调节器的比例增益；TI 为积分时间为积分时间(以秒或以秒或分为单位分为单位)；TD 为微分时间为微分时间(也以秒或分为单位也以秒或分为单位)。 (1)若若TI 为为，TD 为为0，为
9、比例控制，为比例控制 ； (2)若若TD 为为0，微分项不起作用，则为比例积分控制；，微分项不起作用，则为比例积分控制； (3)若若TI 为为，积分项不起作用，则为比例微分控制。，积分项不起作用，则为比例微分控制。 若用实际值表示，则上式改写为：若用实际值表示，则上式改写为： u(t)=Kce(t)+1/TI e(t)dt+TDde(t)/dt+ u (0) 6.1.1.1 比例控制比例控制(P)A 比例控制规律比例控制规律 控制器输出信号控制器输出信号u(t)与输入信号与输入信号e(t)之间的关之间的关系为系为 u(t) Kce(t) 可见，控制器的输出变化量与偏差成正比，在时可见，控制器的
10、输出变化量与偏差成正比，在时间上没有延滞。其开环输出特性如图所示。间上没有延滞。其开环输出特性如图所示。 比例调节器的传递函数为比例调节器的传递函数为 Gc(s)=U(s)/E(s)=Kc比例增益比例增益Kc 越大，在相同偏差越大，在相同偏差 e（t）输入下，输出输入下，输出u（t） 也越大。因此也越大。因此Kc 是衡量比例是衡量比例 作用强弱的系数。作用强弱的系数。 B 比例度比例度 定义为定义为=e/(Zmax-Zmin) / u/ (u max - u min ) *100% 式中：式中： e 为控制器输入信号；为控制器输入信号； u 为控制器输出信号；为控制器输出信号； (Zmax -
11、 Zmin)为控制器输入信号的变化范围，即量程；为控制器输入信号的变化范围，即量程； (u max - u min)为控制器输出信号的变化范围。为控制器输出信号的变化范围。 比例度比例度可理解为：可理解为：要使输出信号作全范围变化，输要使输出信号作全范围变化，输入信号必须改变全量程的百分之几。入信号必须改变全量程的百分之几。 因为控制器的输入和输出都是标准统一信号，比例度因为控制器的输入和输出都是标准统一信号，比例度 =1/Kc*100% 因此，比例度因此，比例度 与比例增益与比例增益 Kc 成反比。成反比。 C 比例作用及比例度比例作用及比例度对系统过渡过程的影响对系统过渡过程的影响 在闭环
12、运行下比例度在闭环运行下比例度 对系统过渡过程的影响由对系统过渡过程的影响由图可见：图可见： (1) 在扰动及设定值变化时有余差存在在扰动及设定值变化时有余差存在。比例控制系。比例控制系统的余差是由比例调节器的特性所决定的。比例度统的余差是由比例调节器的特性所决定的。比例度 越越小，比例作用越强，控制系统的余差也越小。小，比例作用越强，控制系统的余差也越小。(2)比例度比例度 越大，过渡过程曲线越平稳；随着比越大，过渡过程曲线越平稳；随着比例度例度 的减小，系统的振荡程度加剧，衰减比减的减小，系统的振荡程度加剧，衰减比减小，稳定程度降低。当比例度小，稳定程度降低。当比例度继续减小到某一数继续减
13、小到某一数值时，系统将出现等幅振荡，这时的比例度称为值时，系统将出现等幅振荡，这时的比例度称为临界比例度临界比例度k ，当比例度小于临界比例度当比例度小于临界比例度k时，时，系统将发散振荡。系统将发散振荡。(3)如果如果较小，则振荡频率提高，因此把被控变量拉回到较小，则振荡频率提高，因此把被控变量拉回到设定值所需的时间就短设定值所需的时间就短。 一般而言，在广义过程的放大系数较小、时间常数一般而言，在广义过程的放大系数较小、时间常数较大、时滞较小的情况下，调节器的比例度可选得小些，较大、时滞较小的情况下，调节器的比例度可选得小些，以提高系统的灵敏度；反之，必须适当加大调节器的比例以提高系统的灵
14、敏度；反之，必须适当加大调节器的比例度，以增加系统的稳定性。通常要求衰减比在度，以增加系统的稳定性。通常要求衰减比在 4:1 10:1 的范围内。的范围内。 在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主要、在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主要、也是应用最普遍的控制规律，它能较为迅速地克服扰动也是应用最普遍的控制规律，它能较为迅速地克服扰动的影响，使系统很快地稳定下来。的影响，使系统很快地稳定下来。 比例控制作用通常适用于扰动幅度较小、负荷变化比例控制作用通常适用于扰动幅度较小、负荷变化不大、过程时滞不大、过程时滞(指指/T)较小或者控制要求不高、允许较小或者控制要求不高、允许有余差存在的场合
15、。有余差存在的场合。 例如在液位控制中，往往只要求液位稳定在一定的例如在液位控制中，往往只要求液位稳定在一定的范围之内，没有严格要求。只有当比例控制系统的控制范围之内，没有严格要求。只有当比例控制系统的控制指标不能满足工艺生产要求时，才需要在比例控制的基指标不能满足工艺生产要求时，才需要在比例控制的基础上适当引入积分或微分控制作用。础上适当引入积分或微分控制作用。 6.1.1.2 比例积分控制比例积分控制(PI) A 积分控制规律积分控制规律 具有积分控制规律的控制器，其输出信号具有积分控制规律的控制器，其输出信号u(t)与输与输入信号入信号e(t)之间的关系，可用数学表达式表示为之间的关系，
16、可用数学表达式表示为 u(t)=KI e(t) dt式中，式中，KI 表示积分速度。表示积分速度。 可见，具有积分控制规律的控制器，其输出信号的可见，具有积分控制规律的控制器，其输出信号的大小不仅与偏差信号的大小有关，而且还将取决于偏差大小不仅与偏差信号的大小有关，而且还将取决于偏差存在时间的长短。只要有偏差，调节器的输出就不断变存在时间的长短。只要有偏差，调节器的输出就不断变化，而且偏差存在的时间越长，输出信号的变化量也越化，而且偏差存在的时间越长，输出信号的变化量也越大，直到输出达到极限值为止。大，直到输出达到极限值为止。 力图消除余差是积分控制作用的重要特性。力图消除余差是积分控制作用的
17、重要特性。 在幅度为在幅度为 A 的阶跃偏差作用下，积分控制器的开的阶跃偏差作用下，积分控制器的开环输出特性如图所示。这是一条斜率不变的直线，直到环输出特性如图所示。这是一条斜率不变的直线，直到控制器的输出达到最大值或最小值而无法再进行积分为控制器的输出达到最大值或最小值而无法再进行积分为止，输出直线的斜率即输出的变化速度正比于调节器的止，输出直线的斜率即输出的变化速度正比于调节器的积分速度积分速度KI，即，即du(t)/ dt KI A。 积分控制规律在工业生产上很少单独使用，因为它积分控制规律在工业生产上很少单独使用，因为它的控制作用总是滞后于偏差的存在，不能及时有效地克的控制作用总是滞后
18、于偏差的存在，不能及时有效地克服扰动的影响。服扰动的影响。 比例输出比例输出up 与与 e 是同步的，是同步的，e 大大up也大，也大，e 小小up 也小。因此变化是及时的。也小。因此变化是及时的。 而积分输出则不然，在第一个前半周期内，测量值一而积分输出则不然，在第一个前半周期内，测量值一直低于设定值，出现负偏差，所以直低于设定值，出现负偏差，所以uI 按同一方向累积。按同一方向累积。e从从 0 到到 t1，负偏差不断增大，负偏差不断增大，uI 也不断增大是合理的，也不断增大是合理的，但但t 从从t1 到到t2 ，负偏差已经逐渐减小，而负偏差已经逐渐减小，而uI 还是继续增大，还是继续增大，
19、这是积分作用的落后性，使被控变量波动厉害这是积分作用的落后性，使被控变量波动厉害。 B 比例积分控制规律比例积分控制规律 其数学表达式为其数学表达式为 u(t)=u(t)=K Kc c e e( (t t)+(1/ )+(1/ T TI I ) ) 0 0t t e e( (t t)dt)dt 传递函数是：传递函数是：Gc(s)=U(s)/E(s)=Kc (1+1/TIs) 当偏差为当偏差为A时，比例输出立即跳变至时，比例输出立即跳变至KcA，而后积而后积分输出随时间线性增长，一根截距为分输出随时间线性增长，一根截距为KcA，斜率为斜率为KcA /TI 的直线。的直线。TI 越大，直线越平坦，
20、积分作用越弱；越大，直线越平坦，积分作用越弱；TI 越小，直线越陡，积分作用越强。越小，直线越陡，积分作用越强。 积分作用的强弱也可以用相同时间下控制器积分输出积分作用的强弱也可以用相同时间下控制器积分输出的大小来衡量：的大小来衡量：TI 越大，则控制器的输出越小；越大，则控制器的输出越小；TI 越小，越小，则控制器的输出越大。特别当则控制器的输出越大。特别当TI 趋于无穷大时，则这一控趋于无穷大时，则这一控制器实际上已成为一个纯比例控制器。因而制器实际上已成为一个纯比例控制器。因而TI 是描述积分是描述积分作用强弱的一个物理量。作用强弱的一个物理量。TI 的定义是：在阶跃偏差作用下，的定义是
21、：在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间。控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间。比例积分控制器在投运之前，需对比例度比例积分控制器在投运之前，需对比例度 和积分时间和积分时间TI ，进行校验。测定积分时间进行校验。测定积分时间TI ，一般是将比例度一般是将比例度 置于置于100的刻度值上，然后对控制器输入一个幅度为的刻度值上，然后对控制器输入一个幅度为 A 的阶跃的阶跃偏差，测出控制器的输出跳变值偏差，测出控制器的输出跳变值 KcA ，同时按秒表记时，同时按秒表记时，待到积分输出与比例输出待到积分输出与比例输出(阶跃输入时控制器的跳变输出阶跃输入时控制器的跳变输出值
22、值 KcA )相同时，所经历的时间就是积分时间了相同时，所经历的时间就是积分时间了TI 。 C 积分作用及积分时间积分作用及积分时间 TI 对系统过渡过程的影响对系统过渡过程的影响 在一个纯比例控制的闭环系统中引入积分作用时，在一个纯比例控制的闭环系统中引入积分作用时，若保持调节器的比例度若保持调节器的比例度不变，则可从图中的曲线族看不变，则可从图中的曲线族看到，随着到，随着 TI 减小，则积分作用增强，消除余差较快，减小，则积分作用增强，消除余差较快，但控制系统的振荡加剧，系统的稳定性下降。但控制系统的振荡加剧，系统的稳定性下降。 在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余在比例控制系统
23、中引入积分作用的优点是能够消除余差，但都降低了系统的稳定性；若要保持系统原有的衰减差，但都降低了系统的稳定性；若要保持系统原有的衰减比，必须相应加大调节器的比例度，这会使系统的其他控比，必须相应加大调节器的比例度，这会使系统的其他控制指标下降。因此，如果余差不是主要的控制指标，就没制指标下降。因此，如果余差不是主要的控制指标，就没有必要引入积分作用。有必要引入积分作用。 由于比例积分控制器具有比例和积分控制的优点，有由于比例积分控制器具有比例和积分控制的优点，有比例度比例度 和和 TI 两个参数可供选择，因此适用范围比较宽两个参数可供选择，因此适用范围比较宽广，多数控制系统都可以采用。只有在过
24、程的容量滞后大，广，多数控制系统都可以采用。只有在过程的容量滞后大，时间常数大，或负荷变化剧烈时，由于积分作用较为迟缓，时间常数大，或负荷变化剧烈时，由于积分作用较为迟缓，系统的控制指标不能满足工艺要求时，才考虑在系统中增系统的控制指标不能满足工艺要求时，才考虑在系统中增加微分作用。加微分作用。6.1.1.3 比例微分控制比例微分控制(PD)A 微分控制规律微分控制规律 理想的微分控制规律，数学表达式：理想的微分控制规律，数学表达式： u（t）=TDde(t)/dt 传递函数为：传递函数为： Gc(s)=U(s)/E(s)=TDs理想微分器在阶跃偏差信号作用下的开环输出特性是一理想微分器在阶跃
25、偏差信号作用下的开环输出特性是一个幅度无穷大、脉宽趋于零的尖脉冲，如图所示。可见，个幅度无穷大、脉宽趋于零的尖脉冲，如图所示。可见，微分输出只与偏差的变化微分输出只与偏差的变化 速度有关，而与偏差的存在速度有关，而与偏差的存在 与否无关，即偏差固定不变与否无关，即偏差固定不变 时，不论其数值有多大，微时，不论其数值有多大，微 分作用都无输出分作用都无输出。纯粹的微。纯粹的微 分控制是无益的。分控制是无益的。 B 比例微分控制规律比例微分控制规律 理想的比例微分控制规律的数学表达式为：理想的比例微分控制规律的数学表达式为： u (t)=Kc(e+TDde(t)/dt) 传递函数为：传递函数为：
26、Gc(s)=U(s)/E(s)= Kc(1+ TDs) 开环输出特性如图所示。工业上都是用实际比例微分开环输出特性如图所示。工业上都是用实际比例微分控制规律的控制器。控制规律的控制器。 实际比例微分控制规律的数学表达式为：实际比例微分控制规律的数学表达式为： TD/KDdu (t)/dt+ u (t) =Kce(t)+TDde(t)/dt 传递函数为：传递函数为：Gc(s)=U(s)/E(s)= Kc(1+ TDs) / (TD/KD) s+1 在幅度为在幅度为A的阶跃偏差信号作用下，实际的阶跃偏差信号作用下，实际PD控制控制器的输出为：器的输出为：u (t)=Kc A+ Kc A(KD 1)
27、exp(-t/T) 其中，其中，TTD / KD。其开环输出特性如图所示。在偏差。其开环输出特性如图所示。在偏差跳变瞬间，输出跳变幅度为比例输出的跳变瞬间，输出跳变幅度为比例输出的KD倍，即倍，即 KDKcA ，然后按指数规律下降，最后，当，然后按指数规律下降，最后，当t趋于无穷大趋于无穷大时，仅有比例输出时，仅有比例输出 KcA 。决定微分作用的强弱有两个。决定微分作用的强弱有两个因素：因素： 一是开始跳变幅度的倍数，一是开始跳变幅度的倍数， 用微分增益用微分增益KD来衡量；来衡量；另另 一个是降下来所需要的时一个是降下来所需要的时 间，用微分时间间，用微分时间TD来衡量。来衡量。 输出跳得
28、越高，表示微分输出跳得越高，表示微分 作用越强。作用越强。 微分时间微分时间 TD 是可以改变的。测定微分时间是可以改变的。测定微分时间 TD 时，先时，先测定阶跃信号测定阶跃信号A作用下比例微分输出从作用下比例微分输出从 KD KcA 下降到下降到 KcA + 0.368 KcA (KD - 1) 所经历的时间所经历的时间t ，此时此时tTD / KD，再将该时间乘以微分增益再将该时间乘以微分增益 KD 即可即可。 如图所示。微分时间如图所示。微分时间 TD 越大，微分作用越强。越大，微分作用越强。由于由于 微分在输入偏差变化的瞬间微分在输入偏差变化的瞬间 就有较大的输出响应，因此就有较大的
29、输出响应，因此 微分控制被认为是微分控制被认为是超前控制超前控制。 从实际情况来看，比例从实际情况来看，比例 微分控制规律用得较少，往微分控制规律用得较少，往 往组成往组成PID控制。控制。 6.1.1.4 比例积分微分控制比例积分微分控制(PID) A PID控制规律控制规律 理想理想PID控制规律表达式及传递函数为：控制规律表达式及传递函数为： u(t)=Kc(e+1/TI edt+TDde/dt) 在幅度为在幅度为A的阶跃偏差作用下，的阶跃偏差作用下，实际实际PID控制可看成是比例、积分控制可看成是比例、积分和微分三部分作用的叠加，即：和微分三部分作用的叠加，即： u(t)=Kc A1+
30、 t/TI+ (KD -1)exp(-KDt/TD) 其开环特性如图所示。其开环特性如图所示。 B 微分作用及微分时间微分作用及微分时间 TD 对系统过渡过程的影响对系统过渡过程的影响 在负荷变化剧烈、扰动幅度较大或过程容量滞后较在负荷变化剧烈、扰动幅度较大或过程容量滞后较大的系统中，适当引入微分作用，可在一定程度上提高大的系统中，适当引入微分作用，可在一定程度上提高系统的控制质量。系统的控制质量。 如果要求引入微分作用后仍然保持原来的衰减比如果要求引入微分作用后仍然保持原来的衰减比 n ，则可适当减小控制器的比例度，一般可减小则可适当减小控制器的比例度，一般可减小15左右，左右，从而使控制系
31、统的控制指标得到全面改善。从而使控制系统的控制指标得到全面改善。 但是，如果引入的微分作用太强，即但是，如果引入的微分作用太强，即 TD 太大，反太大，反而会引起控制系统剧烈振荡。此外，当测量中有显著的而会引起控制系统剧烈振荡。此外，当测量中有显著的噪声时，如流量测量信息常带有不规则的高频干扰信号，噪声时，如流量测量信息常带有不规则的高频干扰信号，则不宜引入微分作用，有时甚至需要引入反微分作用。则不宜引入微分作用，有时甚至需要引入反微分作用。 微分时间微分时间 TD 的大小对系统过渡过程的影响，如图的大小对系统过渡过程的影响，如图所示。若所示。若TD太小，则对系统的控制指标没有影响或影太小，则
32、对系统的控制指标没有影响或影响甚微，如图中曲线响甚微，如图中曲线1；选取适当的；选取适当的 TD ，系统的控制系统的控制指标将得到全面的改善，如曲线指标将得到全面的改善，如曲线2；但若；但若 TD 取得过大，取得过大，即引入太强的微分作用，反而可能导致系统产生剧烈的即引入太强的微分作用，反而可能导致系统产生剧烈的振荡，如曲线振荡，如曲线3所示。所示。 由于由于PID调节器有比例度、积分时间调节器有比例度、积分时间 TI 、微分时微分时间间 TD 三个参数可供选择，因而适用范围广，在温度和三个参数可供选择，因而适用范围广，在温度和成分分析控制系统中得到更为广泛的应用。成分分析控制系统中得到更为广
33、泛的应用。各类化工过程常用的控制规律如下：各类化工过程常用的控制规律如下： 液位：一般要求不高液位：一般要求不高 用用 P 或或 PI 控制规律；控制规律； 流量：时间常数小，测量信息中夹杂噪音流量：时间常数小，测量信息中夹杂噪音 用用 PI 或加反微分控制规律；或加反微分控制规律； 压力：介质为液体的时间常数小，介质压力：介质为液体的时间常数小，介质 为气体的时间常数中等为气体的时间常数中等 用用 P 或或 PI 控制规律；控制规律； 温度：容量滞后较大温度：容量滞后较大 用用PID控制规律。控制规律。C PID调节器的构成调节器的构成 电动电动型调节器及可编程调节器采用型调节器及可编程调节
34、器采用 PD 和和 PI 电路相串接的形式。在串接形式中，一般认为电路相串接的形式。在串接形式中，一般认为 PD 接接在在 PI 之前较为合适。之前较为合适。 图图(b)是将是将PD单元接在变送器之后比较机构之前，即单元接在变送器之后比较机构之前，即只对测量值只对测量值 y 有微分作用，而对设定值有微分作用，而对设定值 r 不直接进行微分。不直接进行微分。这种方式被称为微分先行。当设定值改变时，不会使调节这种方式被称为微分先行。当设定值改变时，不会使调节器输出产生突变，避免了设定值扰动，有利于系统的稳定。器输出产生突变，避免了设定值扰动，有利于系统的稳定。 5.2 连续控制系统控制器连续控制系
35、统控制器 过程控制一般是指连续控制系统，控制器的输出过程控制一般是指连续控制系统，控制器的输出随时间的变化连续变化。控制器种类繁多，可按能源形随时间的变化连续变化。控制器种类繁多，可按能源形式、信号类型和结构形式进行分类。式、信号类型和结构形式进行分类。 1) 按能源形式可分电动、气动按能源形式可分电动、气动 气动控制仪表发展较早，其特点是结构简单，性能气动控制仪表发展较早，其特点是结构简单，性能稳定，可靠性高，价格便宜，且在本质上安全防爆。稳定，可靠性高，价格便宜，且在本质上安全防爆。 电动控制仪表相对气动控制仪表出现得较晚，但电动控制仪表相对气动控制仪表出现得较晚，但由于电动控制仪表在信号
36、的传输、放大、变换处理，及由于电动控制仪表在信号的传输、放大、变换处理，及实现远距离监视操作等方面比气动仪表容易得多，并且实现远距离监视操作等方面比气动仪表容易得多，并且容易与计算机等现代化信息技术工具联用。容易与计算机等现代化信息技术工具联用。 2)按信号类型可以分为模拟式和数字式两大类按信号类型可以分为模拟式和数字式两大类 模拟式控制仪表的传输信号通常是连续变模拟式控制仪表的传输信号通常是连续变化的模拟量。化的模拟量。 数字式控制仪表的传输信号通常是断续变数字式控制仪表的传输信号通常是断续变化的数字量，以微型计算机为核心，其功能完善，化的数字量，以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越。性能优越。 3)按结构形式可分为基地式、单元组合式、按结构形式可分为基地式、单元组合式、组装式以及可编程控制器、集散控制系统、现场组装式以及可编程控制器、集散控制系统、现场总线总线
