调节器调调节规律的选择
目前,工业上常用的主要有P、I、D三种调节规律组合而成。调节器的选型应根据调节系统的特性和工艺要求。
比例调节器的特点是：调节器的输出与偏差成比例，阀门位置与偏差之间有对应关系。当负荷变化时，克服干扰能力强，过渡过程时间短，过程终了存在余差。负荷变化愈大，余差愈大。
它适用于调节通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数只要求在一个范围内变化的系统。如中间贮罐的液位、精馏塔塔釜液位，以及不太重要的蒸汽压力等。
比例积分调节器的特点是：积分作用使调节器的输出与偏差的积分成比例。积分作用使过渡过程结束时无余差，但稳定性降低。虽然加大比例度可以提高稳定性，但超调量和振荡周期都增大，回复时间也加长。
比例积分调节器适用于调通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数不允许有余差的系统。例如流量、压力和要求严格的液位调节系统，都采用比例积分调节器。这是使用最多，应用最广的调节器。
比例积分微分调节器的特点是：微分作用使调节器的输出与偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加入微分作用则增加稳定性。再加上积分作用可以消除余差。对于滞后很小的对象，应避免引入微分作用，否则会导致系统的不稳定。
PID三作用调节器用于容量滞后较大的对象（如温度对象），负荷变化大的系统可获得满意的调节质量。
调节参数的工程整定
调节系统的过渡过程，与调节对象的特性、干扰形式和大小、调节方案的确定以及调节参数的整定有着密切的关系。对象特性和干扰情况是受工艺操作和设备特性限制的。在确定调节方案时，只能尽量设计合理，并不能任意改变它。一旦方案确定之后，对象各通道的特性就已成定居。这时调节系统的调节质量只取决于调节器参数的整定了。所谓调节器参数的整定，就是求取最好的过渡过程中调节器的比例度δ、积分时间T1、微分时间T D具体数值的工作。
整定调节器参数的方法，至今已有几十种，可分两大类。一类是理论计算整定法。如反应曲线法、频率特性法、根轨迹法等。这些方法都要获得对象的动态特性。由于化工对象特性复杂，其理论推导和实验测定都比较困难；有的不能得到完全符合实际对象特性的资料；有的方法繁琐，计算麻烦；有的采用近似方法忽略了一些因素。因此，最后所得数据可靠性不高，还需要拿到现场去修改。因而在工程上多不采用。
另一类是工程整定的方法。就是避开对象特性曲线和数学描述，直接在调节系统中进行整定。其方法简单，计算简便，容易掌握。当然，这是近似的方法，所得调节器的参数不一定是最佳参数。但是相当实用，可以解决一般实际问题。
一、经验凑试法
此法是根据经验先将调节器参数放在一个数值上，直接在闭合调节系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上看过渡过程曲线。
运用δ、T1、T D对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度δ、积分时间T1、微分时间T D逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。各类调节系统中调节器参数的经验数据，列于表1，特殊系统的调节器参数可适当超出此范围。
凑试的顺序有两种：
一种认为比例作用是基本的调节作用，首先把比例度凑试好，待过渡过程以基本稳定，然后再加积分作用消除余差，最后加入微分作用是为了提高调节质量。按照此顺序观察过渡过程曲线进行整定工作。
在整定中，观察到曲线振荡很频繁，须把比例度增大以减小振荡；曲线最大偏差大且趋于非周期，须把比例度减小。当曲线波动较大时，应增大积分时间，曲线偏离给定值后长时间回不来，则须减小积分时间；如果曲线振荡的厉害，须把微分作用减到最小，或者暂时不加微分作用，以免更加剧振荡；曲线最大偏差大而衰减慢，须把微分时间加长，一直调到过渡过程振荡两个周期基本达到稳定，品质指标达到工艺要求为止。
另一种整定顺序的出发点是，比例度和积分时间可以在一定范围内匹配，所得过渡过程衰减情况一样。也就是说，减小比例度时可用增大积分时间来补偿。因而可根据表1的经验数据，确定积分时间一个数值，调整比例度由大到小凑试到满意的过渡过程。如果需要加入微分作用，可取T D=（1/3~1/4）T i先放好T1和T D，整定好δ之后，再改动一下T1和T D，直到得出满意的过渡过程为止。
二、临界比例度法
此法是先求出临界比例度δK和临界周期T K，根据经验总结出来的关系求出各参数。
先将调节器变为纯比例作用，即将T1放在“∞”位置上，T D放在“0”位置上。加干扰后，调整比例度使过程产生等幅振荡时，记下此时的临界比例度δK，由过程曲线上求取临界周期T K，见图1。
取得δK和T K之后，根据表2中的经验公式计算出调节器各参数整定数值。
三、衰减曲线法
此法是调节器在纯比例作用下，调整比例度得到4：1或10：1衰减的过渡过程，见图2，记下此时的比例度δs和δ′s,在过程曲线上取得振荡周期T S和最大偏差时间T升,根据表3和表4中的经验公式求出相应的δ、T1、T D值.
以上三种方法是调节器参数工程整定方法,现对各方法进行比较，以便选用。
经验凑试法方法简单，容易掌握，适用于各种调节系统。特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规则的调节系统，采用此法最为适合。但是此法是靠经验，对熟悉的系统能很快凑试出合适的调节器参数，而对不熟悉的系统，要凑到一条满意的过程曲线，可能要花很多时间。此法对PID三作用调节器的三个参数不容易找到最佳的数值。临界比例度法比较简单方便，容易掌握和判断，一般适用于流量、压力、液位和温度调节系统。但是对于临界比例度很小的系统不适用。
因为临界比例度很小，则调节器输出一定很大，被调参数容易一下超出允许范围，为工艺所不许可。
衰减曲线法适用于一般情况下各种参数调节系统。但对于干扰频繁，记录曲线不规则且呈锯齿形的调节系统，因为得不到正确的衰减比例度δs和衰减周期T S。
最后必须指出，工艺操作条件改变，及负荷有很大的变化时，调节对象的特性就改变了，因此，调节器的参数必须重新整定。由此可见，整定调节器参数是经常要做的工作，对操作人员和仪表人员都是需要掌握的。
表1
表2
调节器的正反作用 当PV>SV，MV需要开大时为正作用；反之为反作用； 以上判断是在假设阀门特性后进行的，假设阀门为气开阀或电开阀（正作用），调节器的正反作用由被控对象、负反馈即可判断： 当PV>SV时，MV需开大可知被控对象为负，调节器为正，构成负反馈； 当PV>SV时，MV需关小可知被控对象为正，调节器为负，构成负反馈。 实际完整的判断方法为： 当PV>SV时 调节器 阀门需开大阀门需关小 气、电开阀正作用反作用 气、电关阀反作用正作用 调节器的正反作用设置原理： 实际上，调节器的正反作用通常根据PID控制的闭环回路负反馈的原则设置。 检测仪表×被控对象×调节器×调节阀= 负反馈 （1）现场各种检测仪表一般都认为是正作用的；（不考虑其正反作用） （2）气动调节阀门的正反特性由阀门定位器、执行机构的特性共同组成。
①定位器的正反作用（不考虑其正反作用） 输入信号4mA时输出气压最小，输入信号是20mA时输出气压最大，正作用；反之则为反作用。 从理论上说，智能电气阀门定位器可以调校为正作用或者反作用，但是我们在做回路分析时，我们只是以阀门的特性为研究对象，即根据回路特性确定阀门为正作用或者反作用，如果阀门定位器选择反作用，那么也就意味着阀门的执行机构和阀门结构正反作用要调整，也就是说，阀门从结构上做不到气源故障安全位置。所以说，从实践执行的角度来讲，阀门定位器几乎可以认为永远的正作用，除非使用场合有非常特殊的要求。 ②执行机构的正反作用（需要考虑）： 气源压力由小变大时，阀门由关到开为正作用，反之为反作用。 气开、电开为正；气关、电关为负。 （3）被控对象正反作用（需要考虑）： 当阀门增大时，被控对象也增加为正作用，反之为反作用。 简化后： DCS单回路的调节器的正反作用判定： 被控对象×调节器×调节阀= 负反馈 DCS串级回路副回路的调节器的正反作用判定： 副控对象×调节器×调节阀= 负反馈 DCS串级回路主回路的调节器的正反作用判定： 主控对象×副控对象×调节器= 负反馈
调节规律与调节控制回路 1、在自动调节控制回路中比例（P）、积分（I）、微分（D）各起 什么作用？ 比例调节器依据“偏差的大小”来动作，它的输出与输入偏差的大小成比例。比例调节及时、有力，但有余差。它用比例度δ来表示其作用的强弱，δ愈小，调节作用愈强，比例作用太强时，会引起振荡。 积分调节依据“偏差是否存在”来动作，它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差消失时，积分作用才会停止，其作用是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。它用积分时间T来表示其作用的强弱，T愈小，积分作用愈强，但积分作用太强时，也会引起振荡。 微分调节依据“偏差变化速度”来动作，它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。它使调节过程偏差减小，时间缩短，余差也减小（但不能消除）。它用微分时间T d 来表示其作用的强弱，T d大，作用强，但T d太大，也会引起振荡。 2、比例（P）、比例积分（PI）、比例积分微分（PID）调节规律的 适用场合？ 比例（P）调节规律适用于负荷变化较小，纯滞后不太大而工
艺要求不高又允许有余差的调节系统。 比例积分（PI）调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负荷变化较大（需要消除干扰引起的余差）、纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。 比例积分微分（PID）调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。 3、微分（D）调节规律的作用? 由于微分（D）调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用可以：克服调节对象的惯性滞后（时间常数T）、容量滞后（τc）； 但微分作用不能克服调节对象的纯滞后τ0，因为在τ0时间内，被调参数的变化速度为零。 4、压力、流量的调节为何不选用微分调节？而温度、成分调节多 采用微分调节？ 对于压力、流量等被调参数来说，对象调节通道时间常数T0较小，而负荷又变化较快，这时微分作用和积分作用都要引起振荡，对调节质量影响很大，故不采用微分调节规律。 而对于温度、成分等测量通道和调节通道的时间常数较大的系统来说，采用微分规律这种超前作用能够收到较好的效果。
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δ 1 =P W ， （8-1） 式中 P K 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 。这样，就可以自动地把水位H 维持在某个 高度附近，完成水位的自动调节。↓↑?μh ，↑↓?μh ，动作方向始终正确，朝着减小被调量波动的方向努力。比例调节器的动画演示见光盘第八章目录下”比例调节器流出侧扰动(阶跃减少)”和“比例调节 图示中连杆长度为L ，水位如图8-1所示。假设在目前调节阀门开度μ下流入流出正好平衡，水位稳定不变。此时，将给定值连杆变短后重新装入，由于连杆变短，水位还是原数值没有变化，所以调节器杠杆右侧下降左端升高，调节阀门开度阶跃开大，使流入量1q 阶跃增加，21q q >，进而引起水位H 上升，水位上升的同时，调节杠杆右侧又不断回升，杠杆左端下移，调节阀开度不断关小，使1q 减小，当21q q =时，水位处于新的平衡状态。这个新的水位高于原来的水位，所以给定值连杆长度变短相当于给定值的增
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 PID是比例,积分,微分的缩写.比例调节作用：是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：是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与积分时间常数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。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器
智能调节器特性实验 一、实验目的 1、了解智能工业调节器的功能和特性,学习调节器的正确使用方法。 2、了解调节器的PID调节规律及其实现方法. 3、掌握调节器比例度、积分时间、微分时间的校验方法 4、了解控制参数自整定的方法。 5、了解控制参数整定在整个系统中的重要性 二、实验原理 （一）PID控制的原理和特点 在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID 控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 积分（I）控制 在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 （二）PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲
3000KW 及以上大管轮、轮机长、轮机自动化光盘题 第一章 第三节 调节规律347题(共计3节) 考点1 辅锅炉浮子式水位控制系统是按双位作用规律工作的，通常也简称为位式作用规律，这种作用规律的特点是，调节器只有两个输出状态，它不能使被控量稳定在某个值上。当被控量下降到下限值时，调节器的输出接通电机电源使电机转动，或令电磁阀通电使阀门全开。当被控量达到上限值时，调节器动作使电机断电停转，或电磁阀断电阀门全关。当被控量在上、下限之间变化时，调节器输出状态不变。 考点2 压力开关也叫压力调节器，属于位式作用规律，可用于辅锅炉蒸汽压力的双位控制。 现已YT-1226型压力调节器为例，调整给定弹簧的预紧力，可调整触点动作的下限压力值，用P x 表示。调整幅差弹簧的预紧力，即可调整触点动作的压力上限值，用P z 表示。ΔP ＝P z －P x 称为幅差。输入压力信号P 入的下限值是通过人工调整给定弹簧的预紧力调整的，要确定压力的上限值，只需求出幅差即可。 螺钉14有一红色标记，在它旁边的圆柱面上有0～10挡刻度。红色标记对准0挡，其ΔP ＝0.07 MPa ；红色标记对准10挡，其ΔP ＝0.25 M P a 红色标记对准不同档时，其ΔP 的计算公式为 10)07.025.0(07.0X Z X P P P ?-+=-=? 式中：X 是设定的挡数，各数值的单位均为 MPa 。这样，在压力的上限值P z 、压力的下限值P x 及所设定的挡数X 这三个变量中，知道任意中的两个，就可以求出第三个。 考点3 比例作用规律是指调节器的输出量P （调节阀开度的变化量）与输入量e （被控量的偏差值）成比例变化，其输出与输入之间的函数关系为 P （t ）＝K ·e （t ） 式中：K 是比例调节器的放大倍数。放大倍数K 大，在输入相同偏差e （t ）信号时，调节器输出量P （t ）大，也就是调节器指挥调节阀开度的变化量大，我们就说它的比例作用强；反之，K 小，其比例作用弱。用比例作用规律制成的调节器，称为比例调节器。 比例作用规律的优点是，调节阀的开度能较及时地反映控制对象负荷的大小。负荷变化大，偏差e （t ）就大，调节阀开度会成比例变化，对被控量控制比较及时。比例作用规律存在的缺点也是明显的。当控制对象受到扰动后，在比例调节器的控制作用下，被控量不能完全回到给定值上来，只能恢复到给定值附近。被控量的稳态值与给定值之间必定存在一个较小的静态偏差，这是比例作用存在的固有的、不可克服的缺点。 比例控制系统虽然存在静态偏差，但这个偏差值是不大的，与有自平衡能力的控制对象受到扰动后，被控量自行稳定在新稳态值上的变化量相比较要小得多，动态过程进行也要快得多。因此，对被控量稳态精度要求不是很高控制系统中，采用结构比较简单的比例调节器是较为普遍的。 考点4 比例带PB 或比例度δ，是指调节器的相对输入量与相对输出量之比的百分数，即 %100%100%100//)(max max max max ?=???=??=K R P e X P P P X e PB δ 式中：e 是被控量的变化量（偏差值），ΔX max 是被控量允许变化的最大范围，叫全量程。被控量的变化量 与全量程的比值e /ΔX max 是调节器的相对输入量；P 是调节阀开度的变化量；P max 是调节阀开度的最大变化 量，即调节阀从全关到全开或全开到全关叫全行程，调节阀开度变化量与全行程的比值P /P max 是调节器的相对输出量。R ＝P max /ΔX max 叫量程系数，在单元组合仪表中，R ＝1。这样，%1001?=K PB ，显然，比例 带PB 与放大倍数成反比。 比例带PB 的物理意义可以这样来理解，假定调节器指挥调节阀开度变化全行程（从全关到全开或从全开到全关），需要被控量的变化量占全量程的百分数就是比例带。换句话说，控制系统受到扰动后，被控量要离开给定值出现偏差，调节器将使调节阀的开度成比例地变化。偏差越大，调节阀开度的变化量越大，当偏差大到使调节器控制调节阀开度变化全行程时，该偏差占全量程的百分数就是比例带。例
比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 5、PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整P\I\D的大小。 PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s 压力P: P=30~70%,T=24~180s, 液位L: P=20~80%,T=60~300s, 流量L: P=40~100%,T=6~60s。
调节器调调节规律的选择 目前,工业上常用的主要有P、I、D三种调节规律组合而成。调节器的选型应根据调节系统的特性和工艺要求。 比例调节器的特点是：调节器的输出与偏差成比例，阀门位置与偏差之间有对应关系。当负荷变化时，克服干扰能力强，过渡过程时间短，过程终了存在余差。负荷变化愈大，余差愈大。 它适用于调节通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数只要求在一个范围内变化的系统。如中间贮罐的液位、精馏塔塔釜液位，以及不太重要的蒸汽压力等。 比例积分调节器的特点是：积分作用使调节器的输出与偏差的积分成比例。积分作用使过渡过程结束时无余差，但稳定性降低。虽然加大比例度可以提高稳定性，但超调量和振荡周期都增大，回复时间也加长。 比例积分调节器适用于调通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数不允许有余差的系统。例如流量、压力和要求严格的液位调节系统，都采用比例积分调节器。这是使用最多，应用最广的调节器。 比例积分微分调节器的特点是：微分作用使调节器的输出与偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加入微分作用则增加稳定性。再加上积分作用可以消除余差。对于滞后很小的对象，应避免引入微分作用，否则会导致系统的不稳定。 PID三作用调节器用于容量滞后较大的对象（如温度对象），负荷变化大的系统可获得满意的调节质量。
调节参数的工程整定 调节系统的过渡过程，与调节对象的特性、干扰形式和大小、调节方案的确定以及调节参数的整定有着密切的关系。对象特性和干扰情况是受工艺操作和设备特性限制的。在确定调节方案时，只能尽量设计合理，并不能任意改变它。一旦方案确定之后，对象各通道的特性就已成定居。这时调节系统的调节质量只取决于调节器参数的整定了。所谓调节器参数的整定，就是求取最好的过渡过程中调节器的比例度δ、积分时间T1、微分时间T D具体数值的工作。 整定调节器参数的方法，至今已有几十种，可分两大类。一类是理论计算整定法。如反应曲线法、频率特性法、根轨迹法等。这些方法都要获得对象的动态特性。由于化工对象特性复杂，其理论推导和实验测定都比较困难；有的不能得到完全符合实际对象特性的资料；有的方法繁琐，计算麻烦；有的采用近似方法忽略了一些因素。因此，最后所得数据可靠性不高，还需要拿到现场去修改。因而在工程上多不采用。 另一类是工程整定的方法。就是避开对象特性曲线和数学描述，直接在调节系统中进行整定。其方法简单，计算简便，容易掌握。当然，这是近似的方法，所得调节器的参数不一定是最佳参数。但是相当实用，可以解决一般实际问题。 一、经验凑试法 此法是根据经验先将调节器参数放在一个数值上，直接在闭合调节系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上看过渡过程曲线。
实验六 PID调节器的作用及其参数对系统 调节质量的影响 一.实验目的: 1.了解和观测PID基本控制规律的作用，对系统动态特性和稳态特性及稳 定性的影响。 2.验证调节器各参数(Kc，Ti，Td), 在调节系统中的功能和对调节质量的 影响。 二. 实验内容: 1.分别对系统采取比例(P)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID) 控制规律，通过观察系统的响应曲线，分析系统各性能的变化情况。 1.观测定值调节系统（扰动作用时）在各调节规律下的响应曲线。 2.观测调节器参数变化对定值调节系统瞬态响应性能指标的影响。 三. 实验原理: 参考输入量（给定值）作用时，系统连接如图（6-1）所示: 图（6-1） 扰动信号作用时，系统连接如图（6-2）所示：
图（6-2） 四. 实验步骤: 利用MATLAB中的Simulink仿真软件。 l. 参考实验一，建立如图(6-1)所示的实验原理图； 2. 将鼠标移到原理图中的PID模块进行双击，出现参数设定对话框，将PID 控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。 3. 单击工具栏中的图标，开始仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性 能；调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。 4. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线， 分析比例微分控制的作用。 5. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线， 分析比例积分控制的作用。 6. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲 线，分析比例积分微分控制的作用。 7. 参照实验一的步骤，绘出如图(6-2)所示的方块图; 8. 将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，对系统进行纯比例控制。不断 修改比例增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=4，记下此时的比例增益值。 9. 修改比例增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=2，记下此时的比例 增益值。 10. 修改比例增益，使系统输出呈临界振荡波形,记下此时的比例增益值。 11. 将PID控制器的比例、积分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。不断
线性调节器可以分为有限时间调节器和无限时间调节器两类。 有限时间调节器指控制过程结束时间τ为有限值时的线性调节器。它的调节规律的表达式为 u*（t）＝-R-1BTP（t）x（t） 式中R-1为逆矩阵，而 P（t）可由求解如下形式的黎卡提矩阵微分方程来确定： 有限时间调节器作用相当于一个线性状态反馈。其特点是不管被控对象是时变的还是定常的，调节器必定是时变的。下图为有限时间线性调节器和整个最优调节系统的框图。 无限时间调节器控制作用结束时间τ为无穷大时的线性调节器。只有在被控对象为完全能控（见能控性）的条件下，无限时间调节器才能使系统的偏离运动最终回复到原平衡状态。这类调节器问题的性能指标中的第一项必定是零，因此常可将其删去。无限时间调节器的调节规律的表达式是 u*（t）＝－ R-1BTPx（t） 式中P由求解下列黎卡提矩阵代数方程来定出： PA＋ATP－PBR-1BTP＋Q＝0 无限时间调节器也是由线性状态反馈构成的。与有限时间调节器不同，无限时间调节器当被控对象为定常时也一定是定常的。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关仪器仪表产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/ce8402271.html,/
控制器(调节器) 所谓控制器的特征,是指控制器的输出与输入之间的关系,我们知道,从控制系统的角度讲,控制器的输入信号e(t)是指控制变量的设定值r(t)与测量值y(t)之差,即e(t)= r(t)- y(t)[但须注意:调节器中的定义是e(t)= y(t)- r(t)];控制器的输出是送往执行机构的控制命令u(t).因此,分析控制器的特征,也就是分析控制器的输出信号u(t)随输入信号e(t)变化规律,即控制器的控制规律. 一、比例控制规律(P): 比例控制规律时,调节器输出信号u(t)与输入信号e(t)之间的关系为: u(t)=Kc*e(t) Kc为比例增益.Kc越大,在相同的e(t)输入下,输出u(t)越大.因此Kc是衡量比例作用强弱的因素. 在工业生产中所有的调节器,一般用比例度δ来表示比例作用的强弱. δ=(1/Kc)*100% δ越小, Kc越大,比例控制作用越强,反之, δ越大, Kc越小,比例控制作用越弱. 比例作用及比例度δ对系统过渡过程的影响: 1.在扰动及设定值变化时有余差存在. 2.比例度δ越大,过渡过程曲线越平稳;随着比例度δ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δ继续减小到某一数值 时,系统将出现等幅振荡,这时的比例度δ称为临界比例度δk,当比例度 δ小于比例度δk时,系统将发散控制,这是很危险的. 3.最大偏差在二类外作用下不一样:在扰动作用下, δ越小,最大偏差越小; 在设定的情况下, δ越小,最大偏差越大.这是因为最大偏差取决于余差 和超调量,在扰动的情况下,主要取决于余差, δ小则余差小;在设定的 情况下,则取决于超调量, δ小则超调量大,所以余差大 4.如果δ较小,则振荡频率提高,因此把被调量拉回到设定值所需要的时间 就短. 二、比例积分控制规律 比例积分控制规律是比例作用和积分作用的叠加,调节器输出信号u(t)与输入信号e(t)之间的关系为: u(t)=Kc[e(t)+1/Ti∫e(t)dt] Ti称为积分时间, Ti越大,积分作用越弱; Ti越小,积分作用越强,消除余差较快,控制系统的振荡加快,系统的稳定度下降. Ti的定义:在阶跃偏差作用下,调节器输出达到比例输出的两倍所经历的时间,就是积分时间Ti. 比例积分调节器在投用前,需对比例度和积分时间进行校验.一般是将比例度置于100%的刻度上,然后对调节器输入一个幅值为A的阶跃偏差,测出调节器的输出跳变值,同时按秒表记时,待到积分输出与比例输出相同时,所经历的时间就是积分时间. 一个比例积分调节可以看成是粗调的比例作用和细调的积分作用的组合. 在比例控制系统引入积分作用的优点是能够消除余差,但降低了系统稳定性.若要保证系统原有的衰减比,必须加大调节器的比例度.如果余差不是系统的主要的控制指标,就没有必要引入积分作用.在过程的容量滞后大,时间常数大,或负荷变化大,由于积分作用较为迟缓,系统的工艺指标不易满足要求时,才考虑