调节器及调节作用规律

e0 te 0ut01e δ第三节 调节器的调节规律及其实现方法自动控制系统的调节质量取决于它的动态特性，即取决于组成控制系统的控制对象和调节设备的动态特性。

控制对象的动态特性一般是难以人为改变的。

所以，对于对象结构一定的控制系统，调节过程质量的好坏主要取决于控制系统的结构形式和调节器的动态特性。

调节器的动态特性也称为调节器的动作规律，是调节器的输入信号（一般为被调量的偏差信号）与输出信号（一般代表了执行机构的位置）之间的动态关系。

为了得到一个满意的调节过程，必须根据控制对象的动态特性确定控制系统的结构形式，选择调节器的动作规律，使自动控制系统有一个较好的动态特性。

一、调节器的调节规律1、比例调节规律（P ）所谓比例调节规律，是指调节器输出的控制作用u (t )与其偏差输入信号e (t )之间成比例关系，即)()(t e K t u p =（1-11）式中 K p ——比例增益。

比例调节器的传递函数：p p K s E s U s G ==)()()( （1-12）工程中，常用比例带δ来描述其控制作用的强弱，即：pK 1=δ （1-13）其物理意义是在调节机构的位移改变100%时，被调量应有的改变量，如δ=20%时，则表明调节器输出变化100%时，需要其输入信号变化20%。

比例调节器的阶跃响应曲线如图1-18所示。

比例调节器输出控制作用u (t )将与偏差e (t ) 成比例地变化，而且几乎是同时产生的。

控制作用的变化目的是调节进入对象的流入量，消除不平衡流量，使被调量回到原来的值上。

从这一点看，比例调节规律的特点之一就是调节及时、迅速。

还可看出，在∞→t时调节过程结束，但偏差信号e (t )仍存在；换言之，调节过程结束时被调量的偏差仍未完全消除。

因为采用比例调节规律的调节器，其输出的控制作用大小与偏差大小成比例关系，一定大小的控制作用是抵消扰动的影响，使系统重新稳定下来的保证。

在系统受到扰动后，被调量偏离了其给定值，而出现偏差，调节器的调节使系统再次进入稳定状态，但偏差或大或小还要存在，否则偏差为零，控制作用也随之消失，干扰信号的存在eue 0tt图1-19 积分调节器的阶跃响应曲线就不可能使系统稳定下来。

气压大小调节器的作用原理
气压大小调节器的作用原理是通过调节进入和离开装置的气流量来控制气压的大小。

具体原理如下：
1. 进气口调节：气压大小调节器会将外部的气流引入进气口，进入一个装置内部的腔室中。

腔室通常被封闭，只有一个入口和一个出口。

2. 阀门控制：在进入腔室的进气口处，有一个控制阀门。

这个阀门可以通过旋转或其他机制来改变开启和关闭的程度。

当阀门开启时，更多的气体可以进入腔室；当阀门关闭时，气体进入的速度会减小。

3. 出气口控制：腔室内的气体通过出气口流出，出气口也有一个控制阀门。

这个阀门的开闭程度与进气口的阀门相反。

当进气口的阀门开启时，出气口的阀门关闭，限制了气体的流出；当进气口的阀门关闭时，出气口的阀门开启，允许更多的气体流出。

4. 压力传感器：在腔室内安装有一个压力传感器。

这个传感器可以感知到腔室内的气压大小，并将信号传递给控制电路。

5. 控制电路：控制电路接收来自压力传感器的信号，并根据设定的气压值，控制进气口和出气口的阀门开闭程度。

当腔室内的气压偏低时，控制电路会打开进气口阀门，使更多的气体进入；当气压过高时，控制电路会关闭进气口阀门，限
制进气量，或打开出气口阀门，加快气体的排放，以维持设定的气压值。

通过不断调节进气口和出气口的阀门开闭程度，气压大小调节器可以实现对气压的精确控制。

pi 调节器原理
PI 调节器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，下面就跟小编一起来了解下PI 调节器的原理，电路以及其它pi 调节器的知识吧。

什幺是PI 调节器
PI 调节器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例（P）和积分（I）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

比例调节作用：按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。

比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。

积分调节作用：使系统消除稳态误差，提高无差度。

因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。

积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI 越小，积分作用就越强。

反之TI 大则积
分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。

积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。

第八章 调节器调节规律及其对过程影响第一节 自动调节器典型调节规律及调节过程分析调节器的基本调节规律是模拟运行人员的基本操作，是运行人员调节动作精华的总结。

选择合适的调节器动作规律是热工自动人员的职责范畴，但运行人员如果能理解各种动作的调节过程，就能够使用好相应的自动调节系统。

自动调节的目的是要及时准确地进行调节，前面我们已经讲到基本环节由比例、积分、惯性、微分、迟延组成。

因为惯性、迟延环节不符合及时准确的要求，所以我们可考虑的就只有比例、积分、微分这三种特性了（积分、微分调节规律一般不能单独使用）。

自动调节器的典型动作规律按照环节特性可分为比例（P ）、比例积分（PI ）、比例微分（PD ）、比例积分微分（PID ）。

一、典型调节规律1. 比例（P ）调节规律比例调节作用简称为P 作用，是所有调节器必不可少的一种典型调节作用。

P 作用实质上就是典型环节中的比例作用。

不过这个环节一般用电子元件构成的电路来实现，其输入输出都是电信号。

比例环节的传递函数P K W =，P K 称为比例环节的比例放大系数；而在比例（P ）调节作用中，传递函数习惯上表示成δ1=P W ， （8-1） 式中 PK 1=δ——调节器的比例带（比例度），δ越大，比例作用越弱。

下面以如图8-1所示的采用浮子式比例调节器的水位调节系统为例，说明比例调节器的调节规律。

该系统的被调对象是有自平衡能力的单容水箱；浮子起到检测器的作用，用于感受水位的变化；比例调节器就是杠杆本身，杠杆以O 点为支点可以顺时针或逆时针转动。

给定值的大小与给定值连杆的长短有关；选择流入侧阀门作为调节阀，由调节器来控制它的开度变化。

当某种扰动使水位升高时（说明此时流入量1q ＞流出量2q ），浮子随之升高，通过杠杆作用使阀门芯下移，关小调节阀，流入量1q 减小直至等于流出量2q 。

反之，当某种扰动使水位降低时（说明此时流入量1q ＜流出量2q ，浮子随之降低，通过杠杆作用使阀门芯上移，开大调节阀，流入量1q 加大直至等于流出量2q 。

第3节调节器的调节规律调节器输入是被控量的e ，调节器的输出是控制量P，作用规律为P= f（e）。

根据调节器的输出变化方向分类：e>0，P>0，正作用调节器；e>0，P<0，反作用调节器。

比例P三种基本调节规律积分I 组成5种实用调节规律：微分D双位调节规律、比例调节规律P、比例积分调节规律PI、比例微分调节规律PD、比例积分微分调节规律PID。

第3节调节器的调节规律•调节器输入是被控量的e ，调节器的输出是控制量P，作用规律为P= f（e）。

•根据调节器的输出变化方向分类：•e>0，P>0，正作用调节器；•e>0，P<0，反作用调节器。

•比例P•三种基本调节规律积分I 组成5种实用调节规律：•微分D•双位调节规律、比例调节规律P、比例积分调节规律PI、比例微分调节规律PD、比例积分微分调节规律PID。

一、双位调节规律•一、概念：•调节器的输出只有两个状态，它不能使被控参数稳定在某个值上。

•当被控参数下降到下限值时，调节器的输出接通电机电源使电机转动或使电磁阀通电阀门全开。

•当被控参数上升到上限值时，调节器的输出使电机断电停转或使电磁阀断电阀门全关。

•当被控参数在上、下限之间变化时，调节器的输出状态不变。

1.辅锅炉浮子式水位控制系统图1.12 浮子式水位双位调节器❖❖画出了采用浮子式对锅炉水位进行双位控制的原理图。

在锅炉外面的浮子室有气管和水管分别与锅炉的汽空间和水空间相通，故浮子室内水位与锅炉水位一致。

浮子与水位同步变化，浮子杆绕枢轴4转动，通过上、下锁钉5带动调节板3转动，调节板右边磁铁也跟随着转动，当水位达到上限值附近时，浮子杆与上面的销钉相接触，并带动调节板及永久磁铁12绕枢轴4顺时针转动，使磁铁12转至与同极性永久磁铁6在同一直线上时，由于同极性互相排斥，永久磁铁6立即被向上弹开，动触头11立即与静触头7断开，切断电机电源，给水泵停转，停止向锅炉供水。

调节器的正反作用的简单判定方法1、正偏差与负偏差在自动控制系统中，被调参数由于受到干扰的影响，常常偏离设定值，即被调参数产生了偏差：e=pv-sp式中：e为偏差；pv为测量值；sp为给定值。

习惯上，e>0，称为正偏差；e<0，称为负偏差。

2、调节器的正反作用对于调节器来说，按照统一的规定，如果测量值增加，调节器输出增加，调节器放大系数Kc为正，则该调节器称为正作用调节器；测量值增加，调节器输出减小，Kc为负，则该调节器称为反作用调节器。

任何一个控制系统在投运前，必须正确选择调节器的正反作用，使控制作用的方向对头，否则，在闭合回路中进行的不是负反馈而是正反馈，它将不断增大偏差，最终必将把被控变量引导到受其它条件约束的高端或低端极限值上。

3、调节器的正反作用的选择原则闭环控制系统为一般负反馈控制系统调节器的正反作用的选择原则是保证控制系统为负反馈控制系统，所以，首先应确定控制回路中各环节的符号：控制参数：控制参数增加时（阀门开大），被控参数增加（液上升），则符号为正，反之为负；调节阀：当输入信号增加时，开度增加（气开阀），则符号为正，反之为负（气关阀）；变送器：输入变量增大（如液位升高），输出信号也增大（如毫安信号变大）则为“+”，否则为“-”。

将对象符号与调节阀符号相乘，同号相乘等于“+”，异号相乘等于“-”（例如：“+”x“+”=“+”，“+”x“-”=“-”，“-”x“-”=“+”），调节器的正负与相乘的符号相反，这是单回路的选择，复杂回路可按照上述方法确定。

例如：调节器的正反作用指输入增加输出也增加为正做用（+），输入增加输出减少为反作用（-）。

1、根据工艺对象的控制特点判定，如容器采用进口阀门控制液位，阀门开大液位上升，则控制对象的特性为A为“+”，若是出口阀门，阀门开大液位下降A取“-”。

本例中选出口阀，阀门开大液位下降A取“-”。

2、根据工艺状况确保安全第一的前提，选择合适的阀门气开（B取+）还是气关（B取-），设计院一般已确定阀门的作用。

调节器的P‎I D调节规‎律及其对过‎渡过程的影‎响一．‎P ID各参‎数的作用‎先‎谈谈比例作‎用P, 比‎例调节器实‎际上就是个‎放大倍数可‎调的放大器‎，即:‎△P‎=Kce‎式‎中:Kc-‎--比例增‎益，Kc既‎可大于1，‎也可小于1‎；‎‎e---‎调节器的输‎入，也就是‎测量值与给‎定值之差，‎又称为偏差‎。

‎要说明的‎是，对于大‎多数调节器‎而言，都不‎采用比例增‎益Kc作为‎刻度，而是‎用比例度来‎刻度，即δ‎=1／Kc‎*100%‎.也就是‎说比例度与‎调节器的放‎大倍数的倒‎数成比例；‎调节器的比‎例度越小，‎它的放大倍‎数越大，它‎把偏差放大‎的能力越大‎，反之亦然‎。

‎明白了上‎述关系，在‎参数整定中‎，就可知道‎比例度越大‎，调节器的‎放大倍数越‎小，被控温‎度曲线越平‎稳，比例度‎越小，调节‎器的放大倍‎数越大，被‎控温度曲线‎越波动。

‎比‎例调节有个‎缺点，就是‎会产生余差‎，要克服余‎差就必须引‎入积分作用‎。

‎再谈谈‎积分作用I‎，调节器的‎积分作用就‎是为了消除‎自控系统的‎余差而设置‎的。

所谓积‎分，就是随‎时间进行累‎积的意思，‎即当有偏差‎输入e存在‎时，积分调‎节器就要将‎偏差随时间‎不断累积起‎来，也就是‎积分累积的‎快慢与偏差‎e的大小和‎积分速度成‎正比。

只要‎有偏差e存‎在，积分调‎节器的输出‎就要改变，‎也就是说积‎分作用总是‎起作用的，‎只有偏差不‎存在时，积‎分才会停止‎。

‎积分时间‎T i是积分‎速度I的倒‎数(Ti=‎1/I)，‎积分时间长‎，积分速度‎就小，即偏‎差随时间累‎积的速度就‎小。

调节器‎的积分单位‎，有的是按‎“分／重复‎”刻度，称‎为积分时间‎；有的则用‎“次数／分‎”刻度，称‎为积分增益‎。

它们互为‎倒数关系。

‎要记住的是‎:增加积分‎时间或降低‎积分增益，‎会使积分作‎用强度降低‎，反之亦然‎。

‎积分调节‎很少单独使‎用，通常与‎比例调节一‎起使用。