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过程控制装置 3调节器讲解

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过程控制实验指导书

过程控制实验指导书

过程控制及仪表实验指导书襄樊学院实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。

2、掌握压力变送器的使用方法。

3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。

二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。

并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。

2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。

3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。

4）、关闭各个挂件的电源进行连线。

2、系统接线：1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STF”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STR”短接）。

2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。

3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：L T1、PT、L T2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。

对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。

过程控制3

过程控制3

过程控制31.自动化仪表：第一位字母表示被控变量的类别，常见的字母包括T（temperature 温度）、P（pressure压力）、dP(differential pressure差压)、F（flow流量）、L（liquid液位或料位）、A（Analysis分析量）、W（weight重量或藏量）、D（density 密度）等；后继字母表示仪表功能，值控制规律 Kc Ti Td P0.5Kcma_PI 0.45Kcma_ 0.83PuPID 0.6Kcma_ 0.5Pu 0.12Pu 常见的字母包括T （Transmitters传感变送器）、C（controller控制器）、I（indicator指示仪表）等。

2.hsp ：设定值（Setpoint sp）也称给定值（Setpoint Value sv），h(被控变量Controlled Variable CV),LT21(液位变送),LC21(液位控制),Q0(Mainpulated Variable MV操作变量),Qi（Disturbance Variable DV扰动变量）3.被控变量：Controlled Variable（CV）过程变量：Process Variable(PV) 测量值：Measurement 设定值：Setpoint(SP) 给定值：Setpoint Value(SV) 操作变量：Manipulated Variable(MV) 扰动变量：Disturbance Variables(DVs) 安全性：Safety 质量：Quality 收益：Profit 直接数字控制：Direct Digital Control(DDC) 分布式控制系统：Distributed Control System(DCS) 局域网：Local Area Network(LAN) 试差：trial and error 定值调节控制：Regulatory Control 伺服控制：Servo Control 常规控制：Conventional Control 先进控制：Advanced Process Control(APC) PID比例积分微分:Proportional Integral Derivative 多输入多输出：Multi Input Multi Output(MIMO) 前馈控制：feedforward11100000000000bcontrol 比例控制：Ym?50转为十进制2?0ratio control 偏差积分15050?IE(Integral of 12211?2048Yerror) 11m?502平方偏差积分(2?1)??011150?50??0(212?1)?0?Ym?2212?1?(150?50)?ISE50?100（Integral of squared error）绝对11?Y偏差积分2IAE(Integral m?212?1?(150?50)?50?100of absolute value of error) 时间与偏差绝对值乘积的积分ITAE(Integral of time multiplied by the absolute value of error)4.归一化：是一种无量纲处理手段，使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，即将有量纲的表达式经变转化为无量纲表达式，成为纯量。

过程控制仪表

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1．硬手动操作电路
2．软手动操作电路

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保持电路：当S4-1~S4-4全部处在断开位置时 (图 2—83)，下端浮空，UT＝UF＝0V(相对于UB而 言)，CM上的电压无放电回路而长时间保持不变，即 U03＝UM，调节器输出能长时间保持不变。（意义）
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五、执行器
（一）概述
执行器(调节阀)由执 行机构和调节机构(阀)两 部分组成。在一个过程控 制系统中，它接受调节器 输出的控制信号，并转换 成直线位移或角位移，来 改变阀芯与阀座间的流通 截面积以控制流入或流出 被控过程的流体介质的流 量，从而实现对过程参数 的控制。
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Uo=±N1(Ui1-1) ±N2(Ui2-1) ±N3(Ui3-1) ±N4(Ui4-1)+ Up ----(2-139) 式中 Uo ——输出信号 Ui1~ Ui4 ——输入信号 N1~N4 ——运算系数（0.005~5） Up ——偏置电压（-9v~+9v）
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(二)比例微分(PD)电路

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微分增益KD=n=10 微分时间TD=nRPDCD =KDRPDCD
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(三)比例积分(PI)电路
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电动单元组合仪表，简称DDZ仪表。经历了I型、 II型(均已停产)、III型和S型等产品系列。由于其 信号传输、放大、变换、处理比QDZ仪表方便，又 便于远传，易于与计算机联用，所以在过程控制工 程中应用很广，而QDZ现已较少使用。 以微处理器为核心的可编程调节器是于80年代问世 的一种新型数字过程控制仪表(智能仪表)，在工业 生产过程自动化中得到了广泛的应用。

[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表

[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表

第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。

在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。

过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。

过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。

●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。

[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。

基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。

目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。

[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。

使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。

特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。

它适用于各种企业的自动控制。

广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。

[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。

它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。

整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。

这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。

《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲

《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲

自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号：适用专业：自动化学时：54 学分： 3 课程类别：专业方向课课程性质：限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。

本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识，通过本课程的学习，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。

二、课程教学内容概述主要内容：1、自动化仪表的概念及其发展；2、DDZ 仪表及其控制系统；3 、自动化仪表的基本性能指标。

第一章检测仪表基本内容和要求：1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法；2 、掌握热电偶的测温原理及其应用；3 、掌握热电阻的测温原理及其应用；4、理解温度变送器的基本结构；5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理；6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理；7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。

8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用；9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理；10、了解成分分析仪表的基本概念。

教学重点：1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。

2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制；3、差动电容压力变送器工作原理；4、差压流量计的流量公式；5、差压变送器的零点迁移原理。

第二章调节器基本内容和要求：1、重点掌握PID 调节规律的原理及其应用；2、理解PID 模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识；3、理解数字PID 算法基本表达式及其原理；4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。

教学重点PID 调节规律的原理及其应用；第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求：1 、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS 系统的基本概念；3 、理解DCS 系统的结构特点及其组成；4 、理解DCS 控制站和操作站的功能；5 、了解FCS 系统的基本概念；第四章执行器和防爆栅基本要求1 、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念；2 、熟悉调节器流量特性的定义及其应用；3 、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则；4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理；5 、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。

pid调节器工作原理

pid调节器工作原理

pid调节器工作原理
PID调节器是一种常用的控制器，用于自动调节系统的输出以
使其接近设定值。

它的工作原理主要包括三个部分：比例、积分和微分。

首先，比例部分根据当前的测量值与设定值之间的差距，计算出一个比例调节量。

比例调节量与差距成正比，即差距越大，比例调节量越大。

这样可以快速地减小差距，但由于比例关系较简单，会使得系统出现超调现象。

接着，积分部分根据过去一段时间内的差距积累计算出一个积分调节量。

积分调节量与差距的积分成正比，即差距积分越大，积分调节量越大。

通过积分部分的作用，可以消除系统的稳态误差，但积分时间过长会导致系统响应速度变慢。

最后，微分部分根据当前的差距变化率计算出一个微分调节量。

微分调节量与差距的微分成正比，即差距变化越快，微分调节量越大。

微分部分可以提高系统的稳定性和响应速度，但过大的微分调节量会引入噪声和振荡。

将比例、积分和微分的调节量相加，即可得到最终的输出信号，用于控制系统的执行器，使系统的输出接近设定值。

PID调节
器根据实际需要，通过调整三个调节参数的数值大小，可以实现不同的控制效果。

总之，PID调节器通过比例、积分和微分三个部分的配合作用，
根据系统的实际情况动态调整输出信号，以实现系统的自动调节和控制。

过程控制实验指导书

过程控制及仪表实验指导书襄樊学院实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。

2、掌握压力变送器的使用方法。

3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。

二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。

并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。

2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。

3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。

4）、关闭各个挂件的电源进行连线。

2、系统接线：1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STF”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STR”短接）。

2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。

3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：L T1、PT、L T2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。

对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。

调节器工作原理

调节器工作原理
调节器是一种用来调整或控制某个系统或设备的工作状态、参数或性能的装置或设备。

它可以通过改变输入信号的特性、传递函数或其他参数来影响被控对象，并使其输出达到我们期望的值或范围。

调节器的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 传感器检测：调节器通常会配备传感器来监测被控对象的状态或性能参数。

传感器会将这些信息转化为电信号或其他形式的信号，然后传递给调节器。

2. 反馈信号产生：调节器会将传感器获取到的信息与我们预设的目标值进行比较，以确定被控对象当前的工作状态和误差（偏差）。

误差是当前测量值与期望值之间的差异。

3. 控制计算：基于误差和预设的控制算法，调节器会计算出一个控制信号，用来调整被控对象的工作状态或性能参数。

控制算法可以根据系统特点选择不同的模型，如比例-积分-微分控制器（PID）等。

4. 控制信号输出：调节器会将计算得到的控制信号传递给执行机构，通过执行机构来调整被控对象的工作状态。

执行机构可以是电动阀、电机、液压马达等，根据被控对象的不同而有所不同。

5. 反馈环路：通过执行机构的调整作用，被控对象的状态会发
生变化。

这些变化会通过传感器再次被检测并转化为反馈信号，然后反馈给调节器。

6. 循环调节：在接收到反馈信号后，调节器会不断调整控制信号，以减小误差，使得被控对象的输出逐渐接近预期值。

这个过程将一直持续地进行，直到误差足够小或达到稳定状态。

通过上述步骤，调节器能够实现对被控对象的精确控制，将系统稳定在预期的工作状态。

调节器的工作原理可以适用于各种系统，如温度调节、速度调节、压力控制等。

过程控制仪表与装置-10第二节KMM可编程调节器

H1 H2
n
P1
PID
P2
U
当P2 = OFF时， U (n ) = U (n − 1) + ∆U (n )
当P2 = ON时，U (n ) = P1 + ∆U (n )
式中： 运算的增量值。 式中： ∆U (n ) − − 第n次PID运算的增量值。
(1) 常规 常规PID运算规律 运算规律
PV ( H 2 )
Qρ ∝ P T
∴M = K
P ⋅ ∆P ........(1) T 式中： 式中： P − −工作状态下的绝对压力 ；T − −工作状态下的绝对温度 。
在设计孔板时， 条件设计的。 在设计孔板时，是根据 ( Pd , Td )条件设计的。如果孔板 工作在 设计条件下， 设计条件下，则： Md = K Pd ⋅ ∆ Pd ........( 2 ) Td
1
T COMP
0 1
P COMP
0
1
SQRT
DIG AI 1 FILT
图4-4
输入处理示意图
注：开关打在“0”，相当于“输入处理数据”表中某项填 ，表 开关打在“ ” 相当于“输入处理数据”表中某项填0， 示不进行该项处理。 示不进行该项处理。
1、折线处理 、
作用：对输入信号进行非线性校正。 作用：对输入信号进行非线性校正。 用户可定义折线表中的10个折点坐标。 用户可定义折线表中的 个折点坐标。 个折点坐标
3、压力补偿(P) 、压力补偿
计算公式： 压力补偿模块 ( P .COMP )计算公式： p + c2 ∆Pd = × ∆p pd + c 2 差压。 即将实际测量到的差压 ，转换成设计压力下的 差压。 − “0” − c 2 = 101 .3( kPa ） 数据填写时， 数据填写时， “ − 1” − c 2 = 10330 ( mmH 2O）

单元二(任务二)DDZ-Ⅲ型电动调节器的组成和使用


上海石化工业学校
SPA
1
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三、控制仪表经历三个发展阶段
（一）基地式控制仪表：以指示、记录仪表为主体。 （二）单元组合式仪表中的控制单元：各单元不同
组合，构成复杂程度各异的自动检测和控制系统。
（三）以微处理器为基元的控制装置
四、控制仪表的分类：
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一、按信号形式分：模拟式控制仪表，数字式控制仪表 1.模拟式控制仪表（使用模拟信号进行工作） （1）按能源形式分类：气动式、电动式、液动式。
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五、 控制仪表（调节器）的特点
1. 作用：对检测仪表的测量信号进行控制，以便控制 生产过程的自动地正常进行，使被控变量达到预期的 要求。
2.发展趋势：
与计算机技术相结合，数字化、集成化、模块化、
表格化、通信功能和自诊断功能，方便控制大规模连
续自动化生产。
六、模拟式控制器
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（1） DDZ-Ⅲ型仪表的特点
①采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号。 输出信号为4-20mA DC,控制室联络信号为1-5V DC,信号 电压和电流间转换电阻为250欧。 ②广泛采用集成电路，可靠性提高，维修工作量减少。 ③Ⅲ型仪表统一由电源箱供给24V DC电源，并有蓄电池作 为备用电源。 ④整套仪表可构成安全火花型防爆系统。 ⑤自动和手动的切换以双向无扰动的方式进行的。
SPA
在模拟式控制器中，所传送的信号形式为连续的模拟信 号。目前应用的模拟式控制器主要是电动控制器。
（一）基本构成原理及部件
1.比较环节
将给定信号与测量信号 进行比较，产生一个与它们 的偏差成比例的偏差信号。
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串联式PID 调节器
串联式PID 调节器
• 比例环节传递函数W1(s)、比例微分环节传递 函数W2(s)、比例积分环节传递函数W3(s)分别 为：
t
（4.9）
a ) 比例积分作用的阶跃响应 b ) 理想与实际PI 调节器阶跃响应
实际的PI调节器传递函数：
1 TI s 1 W ( s )' 1 P 1 K I TI s 1
0 ω 1=1/(KITI) ω 2=1/TI
ω
（4.10）
c ) PI调节器的对数幅频特性
图4.2.3
PI 调节器的时间特性和对数幅频特性
W ( jw) K P (1 TD jw) K P 1 TD w exp( j arctanTD w)
2
对数幅频特性：
L( w) 20 lg K P 1 (TD w) 2
• PI调节器的输出可看作比例输出和微分输出 的合成。比例微分作用比只有比例作用可 提前一个时间 △t=TD, TD称为比例微分调节 器的预调时间。
• 实际上，调节器不具有理想的微分作用， 这是因为具有理想微分作用的调节器缺乏 抗干扰的能力。当输入信号含有高频干扰 时，会使输出发生大的变化，引起执行器 的误动作。因此，实际调节器需要限制微 分输出的大小，即要使调节器具有饱和微 分特性。
实际的比例微分调节器
1 1 TD s W ( s)' TD P 1 s KD
输出趋于有限值 K I K p e KI K p 称为静态增益 K () K I K p
KI为积分增益，表示具有饱和特性的积分作用消除静差的能力
KI为积分增益，表示具有饱和特性的积分作用消除静差的能力 利用终值定理可求出系统静差：
1 lim e(t ) lim s t s 0 W ( s ) y s
KD t TD
在t=0时， e

KD t TD
1.
因此
p K D e （微分增益）
TD 在 t K 时， p K p e K p e( K D 1)e 1 D K p e K p e( K D 1) 0.37
即微分部分下降了63%。
（4）比例积分微分调节器（PID） 比例积分微分调节器又称PID三作用调节器，为三种 调节效果的迭加。理想的PID调节器传递函数为：
a ) 理想的PD 作用阶跃响应
20lgKp
p
K PK De
1/TD
KD/TD
ω
c ) PD调节器的对数幅频特性
其中， TD 为微分时间， KD为微分增益。
K Pe K P(KD-1)e TD/Kp
t
PD 调节器的时间特性和对数幅频特性
b ) 实际的PD 作用阶跃响应
图4.2.4
对于一个固定不变的偏差，不管它的数值多大， 根本不会有微分作用，因此它不能克服静差。 比例微分调节器的频率特性：
二、PID调节规律及实现方法
1 常规PID调节规律 调节规律对无量纲的数值进行运算，即输入信号e、 输出信号p分别为
X Y e ,p X max X min Ymax Ymin
（4.2）
式中，Xmax-Xmin 为被调节参数的最大值与最小值之 差，即测量范围。 Ymax-Ymin 为输出量的最大值与最小值之差，即输出 范围。 当 e >0，p>0时，我们称调节器为正作用调节器；反 之，当 e >0，而p<0时，称调节器为反作用调节器。
1 1 W ( s) (1 TD s) P TI s
实际的PID调节器具有饱和特性，传递函数为：
1 TD s TI s 1 W ( s) ' P 1 1 TD s K I TI s K D 1
比例系数Kp、微分时间TD、积分时间TI ，有以下规律： Kp ：Kp越大，系统反应灵敏，过渡过程越快，但稳定度下降。 TD ：TD越大，微分作用越强，能够克服容量和测量滞后，但 对突变信号反应过猛 。 TI ：TI越小，积分作用越强，消除余差越快，稳定度下降，振 荡加强 。
（3）比例微分调节器（PD） 比例作用根据偏差的大小进行调节，积分作用可以减 小被调参数的余差。对于一般的调节系统，PI调节器已 经能满足生产过程自动化的要求，是应用最多的调节器 。但当对象有较大的惯性、对象开始变化时偏差较小， 却以较大的速度增加等。此时，PI调节器不能及时克服 扰动的影响，以致造成大的动态偏差和长的调节时间。 PI调节的品质就较差，需要根据被调参数变化的趋势采 取调节措施，以防止被调参数产生更大的偏差，这就是 微分调节。
该电路的传递函数：
Vi
W ( s)
Vo 1 图4.2.6 一个RC电 Vi 1 RCs （输入输出特性不好，不能用于调节器）路实现调节规律例
R C
Vo
一些PID实现方案
串联式PID 调节器 测量值微分先行调节器 并联与串并联混合式调节器
串联式PID 调节器
• 由运算放大器的特点：开环放大倍数非常 大，当电路未饱和时，差模输入信号几乎 为零，即VF≈VT，输入阻抗非常高，输入 电路不取电流。在运算放大器构成负反馈 电路时，可以证明：电路的输出阻抗为零 ，输出为理想的电压信号。这个特点使得 应用运算放大器实现调节规律电路非常简 单。
（2）比例积分调节器（PI） PI调节器的微分方程：
1 p K p (e edt) （4.8） TI
e p
Kpe
e
e
t
p
KpK I e
t
理想PI调节器传递函数：
1 1 W ( s) (1 ) P TI s
t
L(ω )
20dB/十倍频程 20lgKI K p 20lgKI 20lgKp
频率特性
1 TD jw TI jw W ( jw) K p 1 T 1 D jw K I TI jw K D 1
当w较小时，微分作用可以忽略，它相当于一个比例
积分调节器；当w较大时，积分作用可以忽略，相当于
比例微分调节器。
2 调节规律的实现方法 （1）模拟调节器实现方法 用RC电路的各种电阻电容组合实现调节规律。
具有饱和特性的PI调节器
1 TI s 1 W ( s )' 1 P 1 K I TI s 1
其中，TI为积分时间，KI为积分增益。
频率特性：
1 1 TI jw w( jw) 1 P 1 K I TI jw 1 K I P 1 (TI w) 2 TI w K I TI w exp j arct an 1 ( K I TI w) 2 1 K I (TI w) 2
调节器的调节规律一般可用以下四种方式表 示：
1）微分方程式 2）传递函数 3）频率特性 4）时间特性
（1）比例调节器（P） 比例调节器的微分方程：p = Kp e （4.3） 比例调节器的传递函数：W(s) = Kp （4.4） 比例调节器的频率特性：W(jω) = Kp（4.5） 比例调节器的时间特性和对数幅频特性如图4.2.1所 示。比例调节器对所有频率信号调节作用强度相同。 比例调节为有差调节，系统调节过程终止时，静差 必然存在。且扰动q越大，要求补偿其影响的p值越大 e 。
其中，TI为积分时间，KI为积分增益。
• 积分作用的特点： 积分作用能消除静差； 积分作用动作缓慢，在偏差刚出现时，调节 器作用很弱不能及时克服扰动的影响，因 此很少单独使用。
PI调节器的频率特性：
1 1 W ( jw) 1 P T jw I K p 1 (TwI ) TI w
最大静差出现在输出最大，即y=100%时，
% lim e(t ) lims
t
1 1 P 1 K s 0 W ( s ) s KI KP I
பைடு நூலகம்

KI表示PI调节器较比例调节器的调节精度增加的倍数， 即表示PI调节器消除静差的能力。
• 现在由于集成运算放大器的开环增益做到 105已不困难，因此DDZ-III调节器的KI可达 104 ~ 105 。 • 在某些结构的调节器中，KI为一常数， Kp=1/P可在一定范围内调整；在另一些结 构的调节器中，K（∞）为一常数。
2
e
1 j arctan( ) TI w
• PI调节器输出p可以看作比例和积分两项输出之和。在 调节器输入端加阶跃信号e 1 p e 1 比例输出： P 1 积分输出： p et
2
PTI
TI的物理意义：当输入e时， 先有比例输出p1，对过程 进行调节；当t= TI时，调节器的积分作用输出一个等于 比例输出的调节作用，因此TI为再调时间。 当比例带一定时， TI表示积分作用的强弱。
P比例带:
1 e P 100% 100% Kp p X X max X min 100% Y Ymax Ymin
• 输入输出都是0-10mA DC 的比例调节器， 输入从零变到4mA DC 时， 输出相应变化 10 mA, 则比例带是多少？
静差是用来衡量调节器的重要指标之一：调节精度ε% 。增大 Kp 虽然能减小静差，但由于系统常由多个惯性 环节串联， Kp 过大，会使系统产生自激振荡。因此， 对于某些扰动较大，对象惯性也大的系统，单纯的比 例调节器难以兼顾动态和静态的品质指标。
0 p t
L( ω )
Kpe
20lgKp L( ω ) 0 b) 对数幅频特性
0 t a) 阶跃响应特性
图4.2.1 比例调节器特性
比例调节器的特点
• 调节及时 • 存在静态偏差（静差） 例如：对于定值调节问题，扰动越大，要求补 偿它的影响的比例控制器的输出值越大，静 差越大。最大静差：emax=1/ Kp .
第
一、概述
三
章
二、PID调节规律及实现方法