1、控制单元 测量单元执行单元被控对象给定值扰动被控量测量单元控制器 执行器被控对象被控量变送器给定值 前馈控制 变送器执行器被控对象被控量扰动 反馈调节器执行器控制通道变送器c0e(t)c(t)前馈调节器扰动通道r(t)控制系统的调节品质可用系统在受到控制系统的调节品质可用系统在受到单位阶跃输入作用后，被调量在控制单位阶跃输入作用后，被调量在控制过程中的变化曲线来分析。过程中的变化曲线来分析。阶跃响应函数阶跃响应函数：在输入为阶跃函数时，系统：在输入为阶跃函数时，系统 的输出随时间变化的过程。的输出随时间变化的过程。阶跃响应函数阶跃响应函数：在输入为阶跃函数时，系统：在输入为阶跃函数时，系统 的
2、输出随时间变化的过程。的输出随时间变化的过程。稳定的调节过程稳定的调节过程1.静态偏差 2.最大动态偏差 3.衰减率 4.控制过程时间 e()=y()ym=y1+y()yyyMp)(1超调量超调量131yyy 衰减比衰减比 n=y1/y3衰减比是衡量振荡过程衰减程度的指标，等于衰减比是衡量振荡过程衰减程度的指标，等于2个相个相邻同向波峰值之比。邻同向波峰值之比。ts=5%|y()|=2%|y()|在稳态值附近设定误差带在稳态值附近设定误差带2%2%或或5%5%稳定值，当被控量进入稳定值，当被控量进入稳态值范围内，就认为过渡过程结束。所需时间称控制稳态值范围内，就认为过渡过程结束。所需时间称控制
3、过程时间。过程时间。)(c)(cK0)(tdtdccTmaxdtdc 012340.00.20.40.60.81.01.2h(t)t)(cKc()放大系数在数值上放大系数等于对象的输出稳态值与输放大系数在数值上放大系数等于对象的输出稳态值与输入稳态值之比入稳态值之比012340.00.20.40.60.81.01.2h(t)tc()(c012340.00.20.40.60.81.01.2h(t)tc()T0.632c()0)(tdtdccT当对象受到阶跃输人后，输出当对象受到阶跃输人后，输出(被调量被调量)达到新的稳态达到新的稳态值的值的63.2%所需的时间就是时间常数所需的时间就是时间常数T
4、 012340.00.20.40.60.81.01.2h(t)tc()maxdtdc是指在单位阶越扰动作用下，被调量的最大变化速度是指在单位阶越扰动作用下，被调量的最大变化速度 0maxtdtdcdtdc tc00maxtdtdcdtdc第三章第三章 控制器的动态特性控制器的动态特性比例带比例带比例增益比例增益1)(PPKsG控制过程结束后，被控量控制过程结束后，被控量不可能与给定值相等，之不可能与给定值相等，之间有残差间有残差无迟延、无惯性无迟延、无惯性存在静态偏差存在静态偏差比例控制是有差控制比例控制是有差控制比例控制是有差控制比例控制是有差控制比例带越大，控制系统越稳定比例带越大，控制系
5、统越稳定=0.5=0.625=1=10=1=10=2=5比例带越大，静态偏差越大比例带越大，静态偏差越大比例带越大，控制系统越稳定，比例带有一比例带越大，控制系统越稳定，比例带有一个临界值，由试验确定个临界值，由试验确定积分时间积分时间积分增益积分增益sTsKsGiII1)(Tie积分控制：是指控制器输出的控制信号与其偏积分控制：是指控制器输出的控制信号与其偏差输入信号随时间的积累值成比例。差输入信号随时间的积累值成比例。能能消除静态偏差消除静态偏差易引起振荡易引起振荡积分控制是无差控制积分控制是无差控制l积分时间太小时，积分作用过强，系统越不稳定积分时间太小时，积分作用过强，系统越不稳定l积
6、分时间太大时，最大偏差将很大积分时间太大时，最大偏差将很大.但振荡频率但振荡频率将减小将减小Ti=20Ti=50Ti=200l积分时间不宜过大或过小，兼顾最大动态偏差和积分时间不宜过大或过小，兼顾最大动态偏差和振荡频率振荡频率.选取合适的积分时间选取合适的积分时间由比例由比例P P和积分和积分I I 2 2部分组成部分组成 sTsKKKsKKsWiPPPPI11111)(11 sTsGiPI111)(由比例由比例P P和积分和积分I I 2 2部分组成部分组成l可调参数可调参数 Ti和和同时影响同时影响P和和I作用，作用，Ti 越小，积分作用越强越小，积分作用越强lPI控制引入积分动作带来消除
7、系统静态偏差好控制引入积分动作带来消除系统静态偏差好处的同时，却降低原来系统的稳定性，为保持处的同时，却降低原来系统的稳定性，为保持控制系统原来的衰减率，控制比例带必须适当控制系统原来的衰减率，控制比例带必须适当加大。加大。PI控制在稍微牺牲控制系统的动态品质控制在稍微牺牲控制系统的动态品质以换取较好的稳定性。以换取较好的稳定性。sTsGDD)(微分时间微分时间微分控制：是指控制器的输出与被控量或其偏微分控制：是指控制器的输出与被控量或其偏差对时间的导数成正比。差对时间的导数成正比。控制效果：赋予控制器以某种成度的预见性。控制效果：赋予控制器以某种成度的预见性。sTsGDD)(微分时间微分时间
8、超前调节、减少动态偏差超前调节、减少动态偏差不适应负荷变化不适应负荷变化微分控制只起辅助的控制作用，与其他控制微分控制只起辅助的控制作用，与其他控制PD、PID 动作结合。动作结合。sTsWDPD11)(由比例由比例P 和微分和微分 D 二部分组成。二部分组成。PD 与与P控制相同，也控制相同，也是有差控制是有差控制引入微分动作后，引入微分动作后，可以采用较小比例可以采用较小比例带，结果减少动态带，结果减少动态偏差，同时减少短偏差，同时减少短期最大偏差和提高期最大偏差和提高振荡频率。振荡频率。引入微分动作后，也有不利之处：引入微分动作后，也有不利之处：l微分太强容易导致调节阀开度向两端饱和，微
9、分太强容易导致调节阀开度向两端饱和，PD控制以比例动作为主，微分动作辅助。控制以比例动作为主，微分动作辅助。lPD 控制抗干扰能力差，一般不用于流量和液位控制抗干扰能力差，一般不用于流量和液位控制系统控制系统l微分控制对于纯迟延过程无效微分控制对于纯迟延过程无效l微分动作适度，微分动作适度，TD 超出上限，系统变得不稳超出上限，系统变得不稳 定。定。sTsTsGDi111)(sTsTsGDi111)(由比例由比例P、积分积分I和微分和微分D 三部分组三部分组成。成。0123456789100123456Pt /T越大，控制质量越差越大，控制质量越差时间常数时间常数T越大越大，阶次，阶次n越高，控制作用越迟缓越高，控制作用越迟缓放大系数放大系数 KcK越大越大，系统的静态偏差越系统的静态偏差越小小PI 作用越强系统越不稳定作用越强系统越不稳定 PIPIPI控制系统可消除静态偏差但降低了稳定性控制系统可消除静态偏差但降低了稳定性PIPI PDy
