控制器的基本控制规律
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比例、积分、微分控制策略尽管不同类型的控制器,其结构、原理各不相同,但是基本控制规律只有三个:比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。
这几种控制规律可以单独使用,但是更多场合是组合使用。
如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。
比例(P)控制单独的比例控制也称“有差控制”,输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系,偏差越大输出越大。
实际应用中,比例度的大小应视具体情况而定,比例度太小,控制作用太弱,不利于系统克服扰动,余差太大,控制质量差,也没有什么控制作用;比例度太大,控制作用太强,容易导致系统的稳定性变差,引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象,为提高系统的稳定性,应当使比例度稍小些;而对于反应迟钝,放大能力又较弱的被控对象,比例度可选大一些,以提高整个系统的灵敏度,也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大,滞后较小,负荷变化小,要求不高,允许有一定余差存在的场合。
工业生产中比例控制规律使用较为普遍。
比例积分(PI)控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种,其最大优点就是控制及时、迅速。
只要有偏差产生,控制器立即产生控制作用。
但是,不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。
克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
这里的“积分”指的是“积累”的意思。
积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关,而且还与偏差存在的时间有关。
只要偏差存在,输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小),一直到偏差为零,累积才会停止。
所以,积分控制可以消除余差。
积分控制规律又称无差控制规律。
积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。
积分时间越小,控制作用越强;反之,控制作用越弱。
积分控制虽然能消除余差,但它存在着控制不及时的缺点。
因为积分输出的累积是渐进的,其产生的控制作用总是落后于偏差的变化,不能及时有效地克服干扰的影响,难以使控制系统稳定下来。
第3章习题(xítí)与思考题3-1 什么(shén me)是控制器的控制规律?控制器有哪些基本控制规律?解答(jiědá):1)控制(kòngzhì)规律:是指控制器的输出(shūchū)信号与输入偏差信号之间的关系。
2)基本控制规律:位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。
3-2 双位控制规律是怎样的?有何优缺点?解答:1)双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负,控制器的输出为最大或最小。
2)缺点:在位式控制模式下,被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡,无法稳定在设定值上。
这是由于双位控制器只有两个特定的输出值,相应的控制阀也只有两个极限位置,总是过量调节所致。
3)优点:偏差在中间区内时,控制机构不动作,可以降低控制机构开关的频繁程度,延长控制器中运动部件的使用寿命。
3-3 比例控制为什么会产生余差?解答:产生余差的原因:比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系:为了克服扰动的影响,控制器必须要有控制作用,即其输出要有变化量,而对于比例控制来讲,只有在偏差不为零时,控制器的输出变化量才不为零,这说明比例控制会永远存在余差。
3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。
为什么积分控制能消除余差?解答:1)积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分:2)当有偏差存在(c únz ài)时,输出信号将随时间增大(或减小)。
当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上。
因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。
3-5 什么是积分(j īf ēn)时间?试述积分时间对控制过程的影响。
解答(ji ěd á):1)⎰=edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大(或减小)。
只有(zh ǐy ǒu)当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上。
答:控制器是自动控制系统中的核心组成部分。
它的作用是将被控变量的测量值与给定值相比较,产生一定的偏差,控制器根据该偏差进行一定的数学运算,并将运算结果以一定的信号形式送往执行器,以实现对被控变量的自动控制。
答:所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号 P 与输入偏差信号 e 之间的关系,即:p=f(e)=f(z-x)式中 z:测定值信号;x:给定值信号;f:是指某种函数关系。
常用的控制规律有位式控制、比例控制 (P)、积分控制(I)、微分控制(D)以及它们的组合控制规律,例 PI、 PD、 PID 等。
答:比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的一个参数。
在数值上比例度等于输出偏差变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数,用式子表示为 :式中δ:比例度e:输入(偏差)变化量;p:相应的输出变化量;x max -x min:输入的最大变化量,即仪表的量程;p max -p min:输出的最大变化量,即控制器输出的工作范围。
比例度也可以理解为使控制器的输出变化满刻度 (也就是使控制阀从全关到全开或相反)时,相应所需的输入偏差变化量占仪表测量范围的百分数。
比例度δ 越大,表示比例控制作用越弱。
减小比例度,会使系统的稳定性和动态性能变差,但可相应的减小余差,使系统的静态准确度提高。
答:QDZ 仪表的信号范围为 20--100kpa 气压信号; DDZ- Ⅱ型仪表的信号制采用0--10mA DC 作为现场传输信号,控制室内的联络信号为 0--2V DC ;DDZ- Ⅲ型仪表的信号制采用 4--20mA DC 作为现场传输信号,控制室内的联络信号为 1--5V DC。
解:根据比例度的定义,并代入有关数据,可得比例度为:=20%由于是单元组合式仪表,输入到温度控制器的信号是由温度变送器来的 4--20mA DC 信号,与输出信号一样,都是同一的标准信号,所以温度控制器的放大系数与其比例度成倒数关系,故有:K p =1/δ=1/20%=5该控制器当给定信号增加时,其输出信号也是增加的。
化工仪表及自动化一、填空题1. 方框与方框之间的连接线,只是代表方框之间的,并不代表方框之间的物料联系。
2. 自动控制系统是具有被控变量反馈的环系统。
1. 机理建模的优点是具有明确的,所得的模型具有很大的适应性,便于对进行调整。
2. 对象数学模型包括一阶对象,。
3. 描述对象特性的参数包括:。
4. 时间常数T的物理意义:当对象受到阶跃输入作用后,被控变量如果保持速度变化,达到新的所需要的时间。
5. 从加入输入作用后,经过时间,被控变量已经变化了全部变化范围的,这时可以近似地认为动态过程基本结束。
6. 滞后时间按照滞后性质分可以分为:和。
7. 某台测温仪表的测温范围为200—700℃,校验该表时得到的最大绝对误差为℃,则该表的相对百分误差是,该仪表的精确度等级是。
(精确度等级有: ,,,,,)8. 某台测温仪表的测量范围为0—1000℃,根据工艺要求温度只是指的误差不允许超过±6℃,则该仪表的允许误差为,应选择的仪表等级是。
(精确度等级有: ,,,,,)9. 是表征线性刻度仪表的输出与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。
10. 工业仪表按照仪表使用的能源分类可以分为:,,。
11. 表压等于绝对压力大气压力。
12. 真空度等于大气压力绝对压力。
13. 普通压力计的弹簧管多采用价格相对便宜的,但氨气用压力计弹簧管的材料却都要采用材料,这是因为氨气对的腐蚀性极强。
14. 氧气压力计与普通压力计在结构和材质上完全相同,只是氧用压力计要。
15. 测量稳压时,仪表上限约为工作压力最大值的倍。
16. 测量脉动压力时,仪表上限约为工作压力最大值的倍。
17. 测量高压压力时,仪表上限约为工作压力最大值的倍。
18. 测量液体压力时,取压点应在管道的,测量气体压力时取压点应在管道的。
19. 标准节流装置主要包括:,和。
20. 标准孔板主要采用的取压方法有和。
21. 标准孔板的优点是结构简单,安装方便;缺点是。
1、方框图四要素:控制器、执行器、检测变送器、被控对象。
2、自动控制系统分为三类:定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统.3、控制系统的五个品质指标:最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率.4、建立对象的数学模型的两类方法:机理建模、实验建模。
5、操纵变量:具体实现控制作用的变量。
6、给定值:工艺上希望保持的被控变量的数值。
7、被控变量:在生产过程中所要保持恒定的变量。
8、被控对象:承载被控变量的物理对象。
9、比例度:是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数,即100%/min max min max ⨯--=)(p p p x x e δ。
10、精确度(精度):数值上等于允许相对百分误差去掉“"号及“%"号。
允许相对误差100%-⨯±=测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允δ 11、变差:是指在外界条件不变的情况下,用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时,被测量值正行和反行得到的两条特性曲线之间的最大偏值。
12、灵敏度:在数值上等于单位被测参数变化量所引起的仪表指针移动的距离。
13、灵敏限:是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。
14、表压=绝对压力-大气压力;真空度=大气压力-绝对压力。
15、压力计的选用及安装:(1)压力计的选用:①仪表类型的选用:仪表类型的选用必须要满足工艺生产的要求;②仪表测量范围的确定:仪表的测量范围是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。
③仪表精度级的选取:仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的.(2)压力计的安装:①测压点的选择;②导压管的铺设;③压力计的安装.16、差压式流量计和转子流量计的区别:差压式流量计是在节流面积不变的条件下,以差压变化来反映流量的大小(恒节流面积,变压降);而转子式流量计却是以压降不变,利用节流面积的变化来测量流量的大小(恒压降,变节流面积)。
控制规律知识点总结控制规律是指在某一系统内部或外部对系统的某些特性、状态或行为进行控制,以达到特定的目标或要求。
控制规律作为控制论的核心内容,是工程控制、自动化控制、系统控制等领域的基础知识,也是现代科学技术和工程实践中必不可少的重要组成部分。
在控制规律的研究中,有许多知识点是我们需要深入了解和掌握的。
下面将对控制规律的一些重要知识点进行总结和归纳。
一、控制系统的基本概念1.控制系统的定义和分类控制系统是指在工程实践中,为解决某一问题或达到某一目标而设计的一种系统。
根据控制系统中待控制的对象、控制器的类型、实现控制目标的方法等不同特征,可以将控制系统分为不同的类型,如连续控制系统和离散控制系统等。
根据控制对象的数学模型是否有确定性,可以将控制系统分为确定性控制系统和随机控制系统等。
2.控制系统的基本组成控制系统一般由控制对象(或过程)、传感器、执行器、控制器等组成。
控制对象是控制系统中需要控制的实际对象或过程;传感器是用来采集控制对象的状态或行为信息,并将其转换为电信号的设备;执行器是用来根据控制器输出的控制信号对控制对象进行控制的设备;控制器是控制系统中的核心部件,实现对控制对象的控制。
3.控制系统的基本原理控制系统的基本原理是通过传感器采集控制对象的状态或行为信息,然后经过控制器的处理并输出相应的控制信号,通过执行器对控制对象进行控制,使其达到期望的状态或行为。
二、控制系统的数学模型和稳定性分析1.控制系统的数学模型控制系统的数学模型是通过对控制对象的动态特性进行建模,将控制对象的状态、输入和输出之间的关系表示为数学方程,以便于对控制系统进行分析与设计。
2.控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指在一定条件下,控制系统对初始扰动的抵抗能力。
稳定性分析是控制系统设计中一个非常重要的环节,通常通过对系统传递函数的极点位置和单位圆上的点进行判断。
当系统传递函数的所有极点都在单位圆内部时,系统是稳定的;当系统传递函数有极点在单位圆上或外部时,系统是不稳定的。
控制器的基本控制规律
控制器的基本控制规律包括比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制:控制器输出与误差成正比,适用于控制系统相对稳定的情况,但容易产生超调和稳态误差。
积分控制:控制器输出与误差的积分成正比,适用于长时间存在偏差的情况,能够消除稳态误差,但易产生超调和振荡。
微分控制:控制器输出与误差的微分成正比,适用于快速响应和减小超调的情况,但容易受到噪声的干扰。
在实际应用中,通常将这些控制规律组合成PID控制器,对控制对象进行综合控制。
控制器的基本控制规律
控制器是现代工业自动化中不可或缺的一种设备,它可以根据预设规律,对各种设备和系统的运行进行控制和监控。
控制器在各种环境中广泛运用,包括工业制造、物流、农业等领域。
一个成功的控制器必须具备基本控制规律,这些规律是控制器能够正确控制操作的关键。
一、稳定性规律
稳定性规律是控制器运转的基本规律,它要求控制器对系统的控制应当能够保持系统的稳定性,避免系统发生不稳定或失控的情况。
稳定性规律体现在控制器对系统的控制参数的调整上,控制器需要及时调整、校准各控制参数,保证系统运行稳定性。
常见的稳定性规律控制器有PID控制器和自适应控制器等。
二、追踪规律
追踪规律要求控制器能够追踪所需要控制对象的参量,把系统控制到预期的工作状态,并且保持其稳定性。
控制器对于不同的控制对象需要制定对应的控制算法,来保证控制对象参量的准确和稳定。
常见的追踪规律控制器有模糊控制器和神经网络控制器等。
三、纠正规律
纠正规律要求控制器能够及时检测到系统中的误差,并能够针对误差采用正确的方式进行纠正。
在系统出现误差的时候,控
制器需要对系统进行反馈控制,及时调整控制参数来消除误差。
常见的纠正规律控制器有比例控制器、微分控制器和积分控制器等。
四、适应规律
适应规律要求控制器能够适应不同的工况和环境条件,依据不同的工况和环境条件来调节系统的控制参数,确保系统稳定性和优化。
控制器需要不断检测环境条件和工况变化,对控制参数进行动态调整和优化,以达到最佳的运行状态。
常见的适应规律控制器有根轨迹控制器和滑模控制器等。
五、安全规律
安全规律是所有控制器智能控制的重要规律。
安全规律要求控制器对工业生产过程中的危险设施或危险工作环境进行监控,以确保生产安全。
此外,在控制器操作过程中,对可能出现的危险情况需要进行相应的控制和预警。
常见的安全规律控制器有安全控制器和故障诊断控制器。
总之,通过这些基本控制规律,控制器能够更加稳定、高效地运行,减小系统出错的概率。
而这些规律的不断完善和丰富,也将会带来支撑更多应用场景、更加高效的控制器的出现。