微分控制器的输出

第五章自动控制仪表第一节概述第二节比例控制第三节比例积分控制第四节微分控制第五节模拟式控制器第六节可编程序控制器第一节概述蒸汽进料TTTC出料凝液⑴双位控制这种控制规律控制质量差。⑵比例控制规律p(t)=p(0)+kp*e(t)⑶积分控制规律0()()(0)()tIIdptKetptpKetdtdt（）或⑷微分控制规律()()DdetptTdt由上述操作引出来的P、I、D规律是本章介绍的重点。△P(t)KpAtte(t)A第二节比例控制(P)图为阶跃偏差作用下，比例控制器的开环输出特性。则△p(t)=Kpe(t)一、比例控制规律及特点具有P规律的控制器，其输出信号p(t)和输入信号e(t)之间的关系，用数学表达式表示为：p(t)=p(0)+Kpe(t)式中,Kp为控制器的比例增益或比例放大倍数。若△p(t)=p(t)-p(0)Kp是衡量比例作用强弱的物理量。二、比例度1.工业所用的控制器，一般用δ来衡量比例作用的强弱，而不用Kp。所谓比例度就是指控制器输入的相对变化量与相应的输出的相对变化量之比的百分数，即：maxminmaxmin/()100/()exxppp％(1)2.δ与Kp的关系三、比例作用及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，过渡过程的曲线越平稳，随着比例度的减小，系统的振荡程度加剧。第三节比例积分控制(PI)一、积分控制规律1.当控制器的输出变化量△p与输入偏差e的积分成比例时，就是积分控制规律。用公式表示为：tI0p(t)=K()etdt(KI为积分速度)2.在幅值为A的阶跃偏差作用下，积分控制器的开环输出特性，如图：e(t)tA△P(t)KIAtt0()tIIPtKAdtKAt3.积分控制作用总是滞后于偏差的存在，不能及时有效地克服扰动的影响。二、比例积分控制规律1.比例积分控制规律的数学表达式为：在PI控制器中经常采用积分时间常数TI来表示积分速度KI的大小，在数值上有TI=1/KI,则（1）式可写为：tIPdtteKteKtP0)()()(（1）（2）tIPdtteTteKtP0)(1)()(KpAt△p(t)2.在阶跃偏差作用下，比例积分控制器的开环输出特性tIPAdtTAKtP01)(TI增大3.TI的定义：在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到两倍比例输出时所经历的时间。三、积分作用及积分时间TI对系统过渡过程的影响p118图一、微分规律及特点从公式可知，偏差变化的速度越大，则控制器的输出变化也越大，D作用越强，反之亦然;对于一个固定不变的偏差，不管其有多大，微分作用的输出总为零，这就是微分作用的特点。第四节微分控制(D)1.理想的微分控制规律，输出的大小与偏差的变化速度呈正比，用数学表达式表示为：（TD为微分时间）（1）dttdeTtPD)()(t△P0(b)△P0t(c)二、实际的D控制规律及微分时间te0(a)2.阶跃信号下微分控制器的输出按公式（1）微分控制器的输出，如下图（b）T△Pt0.368(KD-1)AA三、比例微分控制器dttdeTteKtPtPtPDPDP)()()()()(四、PID控制器tDIPDIPdttdeTdtteTteKtPtPtPtP0)()(1)()()()()(e(t)tAKpAt△p(t)由式可知，三作用控制器在阶跃输入下，开始时D作用的输出变化最大，使总的输出大幅度变化，产生一“超前”控制作用；然后微分作用逐渐消失，积分输出逐渐占主要地位，只要有余差，I作用不断增加，进行“细调”，直至余差完全消失，I作用停止；而PID的输出中，P是自始至终与偏差相对立，一直是最基本的控制作用。第五节模拟式控制器一、基本构成原理及部件模拟式控制器基本上都由三大部分组成，如下图：1.比较环节比较环节的作用是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。比较环节放大器反馈环节给定信号测量信号偏差输出信号2.放大器放大器实质上是一个稳压增益很大的比例环节。3.反馈环节反馈环节是通过正、负反馈来实现比例P、积分I、微分D等控制作用的。三、电动控制器电动单元组合仪表是以电为能源的仪表。它已经历了：DDZ-Ⅰ型电子管为基本放大元件，笨重、易燃易爆。DDZ-Ⅱ型晶体管为基本放大元件，采用220V交流电源，各单元间以0～10mADC统一联络信号，信号传输是电流传送—电流接收的串联制形式。DDZ-Ⅲ型线性集成电路为主，采用24VDC电源，以4～20mADC为现场传输信号，以1～5VDC为控制室联络信号，二、气动控制器（一）.DDZ-Ⅲ型控制器的特点控制器接受变送器送来的1～5VDC输入信号与1～5VDC给定值相比较得出偏差e，然后通过集成运算放大器构成的电路对其偏差进行P、I、D运算，输出4～20mADC信号。指示单元控制单元DDZ-Ⅲ型控制器结构方框图输入电路是对输入信号（测量信号）Vi与给定信号Vs进行综合的电路，其输出信号V01则是以10V为基准的电压信号。V01一方面送至PD电路，另一方面取V01作为IC1的负反馈。21I’2RRRI1RI’1FI’31/2V01V01R0R0VB=10VR-+IC1I3VSI2RViT(二).控制器各组成部分的原理1.输入电路如上图为其等效电路，分析运算关系如下：对同相端：根据基尔霍夫电流定律有I1+I2=I301,()3STTTBTSBVVVVVVVVRRR即同理，对反相端：I1′+I2′=I3′即RVVVRVRVVBFFFi)21(001)21(3101VVVVBiF，V01=2(VS-Vi))21(31)(3101VVVVVBiBS则因此，输入电路实际上是偏差差动电平移动电路。2.PD电路▽VTCDV011/n1kVB9.1KRD(a)无源比例微分电路▽VFVTV021/αVB-+IC2(b)比例运算电路01[()(0)()]tCDCDVtVitdtC3.PI电路V03t(C)I2+--+V02V03CMCI▽-VBFRII1V02/m+IC3PI电路简化原理线路图TdtVCRmdtRmVCdtICdtICVMIIMMM0202120311114.输出电路输出电路将PI电路以VB=10V为基准的1～5VDC输出信号转换为以0V为基准的4～20mADC的信号,送往执行器。晶体管T1为射极跟随器，T2为功率输出管,RL为负载电阻。RL-+IC4▽V03VBR2VTI1VFRIfI’0RR124VRHT1T2I0(4～20)mA250～750ΩIBVf输出电路是一个电平移动的电压-电流转换电路62.5Ω第七节可编程序控制器它编程方便，能完成“逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作”等。特点：①高可靠性。②编程方便，易于使用。③环境要求低,适用于恶劣的工业环境。④与其它装置配置联接方便，对于模拟量、开关量、各种显示、数据通讯都可联接。单板机编程器接口扩展接口输出接口电源存储器及后备电池输入接口编程器