PAGEPAGE15《化工儀表及自動(dòng)化》教案課 題 第九章基本控制規(guī)律（1） 授課教師授課日期課程類型 新課

授課班級(jí)教學(xué)方法

課時(shí)教學(xué)設(shè)備

2學(xué)時(shí)過程控制室教知識(shí)1．熟悉控制規(guī)律特點(diǎn)對控制系統(tǒng)的影響學(xué)與技2．掌握控制不同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響目能標(biāo)過程 實(shí)訓(xùn)基地、講解、多媒體展示.與方法情感 創(chuàng)設(shè)問題情境,激發(fā)學(xué)生探索，求知欲望，使學(xué)生積極觀察、分析，主動(dòng)參與，與態(tài) 強(qiáng)化學(xué)生主體地位。度教學(xué)重點(diǎn) 1．控制規(guī)律特點(diǎn)2．控制不同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響教學(xué)難點(diǎn) 1．控制規(guī)律特點(diǎn)控制不同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響重、難點(diǎn)解決措施教 學(xué) 過 程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配教學(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容液位的比一．實(shí)訓(xùn)設(shè)備觀摩25分種例控制操二．實(shí)訓(xùn)步驟操作作1．手動(dòng)控制液位至穩(wěn)定值2．給一合適比例度，自動(dòng)控制，觀察曲線3．重復(fù)以上過程,改變比例度，觀察曲線理論教學(xué)概論聽課 50分鐘(講解）1． 控制規(guī)律重點(diǎn)：控控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)與輸入制規(guī)律概信號(hào)之間的關(guān)系即念重點(diǎn)：雙位控制控在研究控制器的控制規(guī)律時(shí)經(jīng)常是假定控制器的輸入信號(hào)e是一個(gè)階躍信號(hào)，然后來研究控制器的輸出信號(hào)p隨時(shí)間的變化規(guī)律。制器輸出2．控制器的基本控制規(guī)律只有最大位式控制（其中以雙位控制比較常用、值和最小比例控制(P）值積分控制（I）重點(diǎn)：比例控制規(guī)微分控制(D）第一節(jié)位式控制律重點(diǎn)：什一、雙位控制理想的雙位控制器其輸出p與輸入偏差額e之間的關(guān)系么是比例 度重點(diǎn)：比

圖9-1理想雙位控制特性圖9—2雙位控制示例例 二、具有中間區(qū)的雙位控制控制是有將上圖中的測量裝置及繼電器線路稍加改變,便可成重點(diǎn)：比間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作，例度對過因此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低,延長了渡過程的控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。影響重點(diǎn):比例控制適 結(jié)論：

圖9—3實(shí)際的雙位控制規(guī)律圖9-4具有中間區(qū)的雙位控制過程用場合 雙位控制過程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo),被控變量波動(dòng)的上下限在允許范圍內(nèi),使周期長些較有利。雙位控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。三、多位控制對系統(tǒng)的控制效果較好,但會(huì)使控制裝置的復(fù)雜程度增加.圖9—5 三位控制器特性圖第二節(jié)比例控制的等幅振蕩過程，為了避免這種情況，應(yīng)該使控制閥的開度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的位置，這樣就有可能獲得與對象負(fù)荷相適應(yīng)的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。圖9—6 水槽液位控制一、比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)（9-4）圖9-7比例控制器比例控制器實(shí)際上是一個(gè)放大倍數(shù)可調(diào)的放大量圖9-8簡單比例控制系統(tǒng)示意圖如上圖,根據(jù)相似三角形原理所以，對于具有比例控制的控制器（9—5）二、比例度及其對控制過程的影響比例度（1比例度 是指控制器輸入的變化相對值與相應(yīng)的出變化相對值之比的百分?jǐn)?shù)。（9-7）（2)例一只比例作用的電動(dòng)溫度控制器，它的量程是100~200℃,電動(dòng)控制器的輸出是0～10mA,假如當(dāng)指示值從140℃變化到160℃時(shí)，相應(yīng)的控制器輸出從3mA變化到8mA,這時(shí)的比例度為說明當(dāng)溫度變化全量程的40%時(shí),控制器的輸出從0mA10mA出變化Δp是成比例的。但是當(dāng)溫度變化超過全量程的4040出就不能再跟著變化了。100比例度實(shí)際上就是使控制器輸出變化全范圍時(shí)，輸入偏差改變量占滿量程的百分?jǐn)?shù)。（3）δ與KC關(guān)系將式（9-7）改寫后得即（9-8）對于一只具體的比例控制器,儀表的量程和控制器的輸出范圍都是固定的,令(9—9）圖9—9 比例度與輸入輸出的關(guān)系對一只控制器來說,K是一個(gè)固定常數(shù)將式（9—9)代入式(9-8),得（9—10）而 KC值與δ值都可以用來表示比例控制作用的強(qiáng)弱。（4）在單元組合式儀表中（9-11）比例控制系統(tǒng)的過渡過程及余差左下圖為簡單水槽的比例控制系統(tǒng)的過渡過程。（1）比例控制特點(diǎn)e=0,Δp=0.控制閥不動(dòng)作；δΔp（2)比例控制是有余差的，其原因是：若e=0,Δp=0。控制閥無動(dòng)作。要使控制器有輸出。偏差一定不為零。圖9-10簡單水槽的比例控制過程3．比例度對過渡過程的影響比例度對過渡過程影響如圖9—11所示.圖9—11比例度對過渡過程的影響比例度對余差的影響是：比例度越小，余差越小；比例度對過渡過程的影響是：比例度越大，過渡過程曲線越平穩(wěn);比例度越小，過渡過程越振蕩.所以一般要求衰減比為：4：1~10：1之間的過渡過程為佳。比例控制優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時(shí)缺點(diǎn)：存在余差結(jié)論互動(dòng)教學(xué)總結(jié)(提問）回答10分種1．什么是雙位控制2．什么是比例控制布置作3．比例控制對過渡過程的影響作業(yè)(P143)5分鐘業(yè)1、2、4、5、6、7、8課題第九章基本控制規(guī)律（2)課題第九章基本控制規(guī)律（2)授課教師授課日期授課班級(jí)課時(shí)2學(xué)時(shí)課程類型 新課教學(xué)方法教學(xué)設(shè)備過程控制室比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。教知識(shí)1．熟悉控制規(guī)律特點(diǎn)對控制系統(tǒng)的影響學(xué)與技2．掌握控制不同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響目能標(biāo)過程與方法講解、多媒體展示.情感與態(tài)度創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探索,求知欲望，使學(xué)生積極觀察、分析，主動(dòng)參與，強(qiáng)化學(xué)生主體地位。教學(xué)重點(diǎn) 1．控制規(guī)律特點(diǎn)2．控制不同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響教學(xué)難點(diǎn) 1．控制規(guī)律特點(diǎn)2．控制不同規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響重、難點(diǎn)解決措施教 學(xué) 過 程教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 時(shí)間分配教學(xué)步驟理論教學(xué) 第三節(jié) 積分控制

教學(xué)內(nèi)容

聽課 75分鐘（講解） 一、積分控制規(guī)律及其特點(diǎn)重點(diǎn)：積 對控制質(zhì)量有更高要求時(shí),就需要在比例控制的基分規(guī)律 礎(chǔ)上,再加上能消除余差的積分控制作用。分控制特點(diǎn)法重點(diǎn)：積分時(shí)間對過渡過程的影響分控制特點(diǎn)微分時(shí)間的方法例微分控制系統(tǒng)過渡過程

積分控制出變化量Δp與輸入偏差e的積分成正比，即（9-12）當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A時(shí)=（9-13）圖9—12積分控制規(guī)律積分控制特點(diǎn)積分控制規(guī)律特點(diǎn)：(1）e<>0時(shí),變化，E=0時(shí)，不變化,保持。信號(hào)的大小，而且主要取決于偏差存在的時(shí)間長短.3．積分控制過程下圖是一液位控制系統(tǒng)，控制器具有積分控制規(guī)律,其在階躍干擾下的控制過程如圖9—14.圖9—13液位控制系統(tǒng)圖9-14積分控制過程二、比例積分控制規(guī)律與積分時(shí)間比例積分控制規(guī)律可用下式表示（9-15）2輸入為階躍信號(hào)，幅度為A。積分時(shí)間與比例度求重點(diǎn)： 法如圖PID應(yīng)用 圖9—15比例積分控制規(guī)律場合 當(dāng)有輸入A時(shí)，記下控制器輸出當(dāng)輸出為KCA~2KCA經(jīng)過時(shí)間為理由： （9-16)則 (9—17)（9-18)在時(shí)間t=TI時(shí),有三、積分時(shí)間對系統(tǒng)過渡過程的影響積分時(shí)間對過渡過程的影響具有兩重性（克服余差的能力增加。(2）低。注:積分時(shí)間越短,振蕩傾向越強(qiáng)烈,甚至?xí)蔀椴环€(wěn)定的發(fā)散振蕩。圖9-16 積分時(shí)間對過渡過程的影響第四節(jié)微分控制比例積分控制器對于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，比例度和積分時(shí)間兩個(gè)參數(shù)均可調(diào)整。用不及時(shí)，此時(shí)可增加微分作用.一、微分控制規(guī)律及其特點(diǎn)具有微分控制規(guī)律的控制器(9-20）（a)微分輸入(b）理想微分輸出(c）實(shí)際微分輸出圖9-17 微分控制的動(dòng)態(tài)特性微分控制特點(diǎn)偏差e不變,△p=0；偏差變化，△p與偏差變化率成正比。優(yōu)點(diǎn)：具有超前控制功能二、實(shí)際的微分控制規(guī)律及微分時(shí)用都沒有輸出。以認(rèn)為:實(shí)際的微分控制器是一個(gè)比例度為100%的比例微分控制器。微分作用圖9—18實(shí)際微分器輸出變化曲線當(dāng)輸入是一幅值為A的階躍信號(hào)時(shí)，其微分輸出最大值（KD—1)A，其微分輸出慢慢下降。經(jīng)過T時(shí)，下降為36。8%，此時(shí)T為微分時(shí)間TD當(dāng)輸入是一幅值為A的階躍信號(hào)時(shí)（9—21）可見，t=0時(shí),Δp=KDA；t=∞時(shí),Δp=A。微分控制器在階躍信號(hào)的作用下,輸出Δp一開始就AKDA微分放大倍數(shù)KD決定了微分控制器在階躍作用瞬間的最大輸出幅度.微分時(shí)間TD是表征微分作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要參數(shù)，它決定了微分作用的衰減快慢，且它是可以調(diào)整的。(9-22）假定 則 (9—23）在t=T時(shí),整個(gè)微分控制器的輸出為（9—25)三、比例微分控制系統(tǒng)的過渡過程當(dāng)比例作用和微分作用結(jié)合時(shí)，構(gòu)成比例微分控制規(guī)律說明:

(9—27）比例微分控制器的輸出Δp等于比例作用的輸出Δ與微分作用的輸出之和。改變比例度δ(或和微分時(shí)間分別可以改變比例作用的強(qiáng)弱和微分作用的強(qiáng)弱。圖9-19 微分時(shí)間對過渡過程的影響定性，減少被控變量的波動(dòng)幅度,并降低余差。微分作用也不能加得過大.微分控制具有“超前”控制作用。四、比例積分微分控制同時(shí)具有比例、積分、微分三種控制作用的控制器稱為比例積分微分控制器。(9-28）三個(gè)可調(diào)參數(shù)比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。適用場合對象滯后較大、負(fù)荷變化較快、不允許有余差的情況。控制規(guī)律比例控制、積分控制、微分控制。圖9—20 PID控制器輸出特性例題分析器的控制規(guī)律有位式控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制和比例積分微分控制。試綜述它們的特點(diǎn)及使用場合。解：列表分析如下：(9-11）(9-27)（9-28）TI=0。5min。若輸入偏差如圖9-21所示,試畫出該控制器的輸出信號(hào)變化曲線。圖9—21 輸入偏差信號(hào)變化曲線當(dāng)KC=2時(shí)，輸出波形如圖9-22（a）所示.解:對于PI控制器，其輸入輸出的關(guān)系式為將輸出分為比例和積分兩部分，分別畫出后再疊加就得到PI控制器的輸出波形。比例部分的輸出為故ΔpI輸出波形如圖9—22(b）所示積分部分的輸出為當(dāng)KC=2,TI=0.5min時(shí)