單回路控制系統第1頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四通過這章的學習，我們可以得到以下收獲：單回路控制系統的結構與組成控制、被控變量及控制參數的選擇控制系統執行、傳感與變送機構控制器設計與控制規律的選擇單回路控制系統的調試與參數整定應用舉例第2頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四3.1單回路控制系統的結構與組成簡單控制系統是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥、一個被控對象所構成的單閉環控制系統，因此也稱為單回路控制系統。第3頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型首先我們需要了解什么是閉環系統？了解綜合系統的生產和控制過程是怎樣實現的？傳熱設備蓄水漕加熱器第4頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型通過這個例子，我們可以總結什么？如果要測量壓力、流量等信號，應該做什么？如果選擇不同的閥，應該做什么？第5頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型傳遞函數Gc(s)：控制器Gv(s)：閥Gp(s)：反饋過程Gs(s)：傳感器Gd(s)：擾動過程變量CV(s)：被控變量CVm(s)：CV(s)的測量值D(s)：擾動E(s)：偏差MV(s)：控制變量（操縱變量）SP(s)：設定值第6頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型在模型中哪里是信號傳輸？那里是信號轉換？在CV(s)和CVm(s)間有何不同？在Gp(s)和Gd(s)間有何不同？思考？第7頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型設定值響應擾動響應哪些因素影響控制系統的穩定性？哪些影響動控制系統的態性？第8頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型設定值變化第9頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型擾動響應第10頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型擾動響應通常過程會受到許多或大或小的擾動和測量噪聲的影響，測量的性能可以表征這種變異性。CV的標準偏差或方差MV的標準偏差或方差第11頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四閉環系統模型我們可以通過許多方法實現反饋無控制：系統響應所有的輸入，任意“漂移”手動控制：依靠人觀察測量值，并引入補償，系統的調節依賴于人。開關控制：控制（操縱）變量只有兩種狀態，結果可能導致系統的振蕩。連續自動控制：通過對被控變量與期望值的偏差的自動調整實現控制。緊急控制：當緊急狀態發生時，將執行極端的作用（停機）。第12頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四概念通過過程和裝置的示意圖可以得到傳感器的位置、測量的變量、相關的執行機構（如：閥）和執行機構的位置。第13頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四在過程系統中有許多因素影響安全、可靠、精確、動態性和成本。工程設計者必須要明確這些細節。實際第14頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四思考第15頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四做為工程師必須要明確在過程控制系統中需要測量哪些量？調節哪些閥？提供什么設備用于控制決策？思考第16頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四考慮被控對象，主要有七類目標：控制目標控制目標過程變量傳感器（1）安全性？？？？？？（2）環境保護？？？？？？（3）設備保護？？？？？？（4）裝置的平穩運行和產量？？？？？？（5）產品質量？？？？？？（6）利潤優化？？？？？？（7）監測和診斷？？？？？？第17頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四當系統受到外界擾動的影響時為使被控變量（液位）與設定值保持一致；檢測被控變量，并與設定值比較得到偏差；按一定控制規律對偏差運算；輸出信號驅動操縱變量（流量）；最終使被控變量恢復到設定值；變送器檢測液位。控制器對偏差運算。執行器改變操縱變量。液位控制系統的示例第18頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四當系統受到外界擾動的影響時為使被控變量（壓力）與設定值保持一致；檢測被控變量，并與設定值比較得到偏差；按一定控制規律對偏差運算。輸出信號驅動操縱變量（流量）。最終使被控變量恢復到設定值。變送器檢測壓力控制器對偏差運算。執行器改變操縱變量。壓力控制系統的示例第19頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四當系統受到外界擾動的影響時為使被控變量（溫度）與設定值保持一致；檢測被控變量，并與設定值比較得到偏差；按一定控制規律對偏差運算。輸出信號驅動操縱變量（流量）。最終使被控變量恢復到設定值。變送器檢測溫度。控制器對偏差運算。執行器改變操縱變量。溫度控制系統的示例第20頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四箭頭表示信號流向，不是物流和能量流。各環節增益的正負根據穩態條件下輸出增量與輸入增量之比確定。該環節輸入增加時，輸出增加，增益為正；輸出減少，增益為負。常用執行器、被控對象和檢測變送環節組成廣義對象，用G0(s)表示。控制系統的有關術語第21頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制系統的有關術語被控對象（Process或Object）：被控制的設備或裝置；被控變量（ControlledVariable）：需要對其進行控制的工藝變量；操縱變量（ManipulatedVariable）：受執行機構操縱，用于克服擾動影響的變量；擾動（Disturbance）：影響被控變量的各種干擾作用；檢測變送（Sensor，Transmitter）：把被控變量檢測出來，并轉換成表轉信號，送控制器；控制器（Controller）：根據設定值與測量值間的偏差，按控制規律輸出信號的設備；執行器（ControlValve）：接受控制器輸出信號，控制操縱變量的設備。第22頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制通道：操縱變量到被控變量的通道。擾動通道：擾動變量到被控變量的通道。擾動影響被控變量或設定變化時，通過控制通道調節。改變操縱變量，克服擾動對被控變量的影響或跟隨設定變化。定值控制系統：設定值固定的控制系統。隨動控制系統：被控變量跟隨設定值變化的控制系統。采樣控制系統：包含采樣開關的控制系統。如，計算機控制系統。常將檢測變送環節表示為1，檢測變送與被控對象合并考慮。盡可能選擇直接被控變量，少用間接被控變量?？刂葡到y的有關術語第23頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四穩定性：控制系統閉環極點位于s左半平面。準確性：控制系統被控變量與設定（參比變量）之間的偏差盡量小。快速性：控制系統存在偏差的時間盡量短。偏離度：控制系統被控變量偏離設定（參比變量）的離散度盡量小。時域控制性能指標衰減比n：系統穩定性指標。超調量和最大動態偏差：系統穩定性指標。余差：系統準確性指標。回復時間和振蕩頻率：系統快速性指標。偏離度：系統綜合性指標。第24頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制系統運行的重要準則（1）負反饋準則控制系統成為負反饋的條件是該系統各開環增益之積為正。即，（2）穩定運行準則控制系統靜態運行條件是擾動或設定變化時，控制系統各環節增益之積恒定。即，控制系統動態運行條件是擾動或設定變化時，控制系統總開環傳遞函數的模恒定。即第25頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四被控變量：生產過程中借助自動控制來保持恒定值的變量。

必須找出影響生產的關鍵變量作為被控變量。關鍵變量：是指對產品的產量、質量及安全具有決定性作用，而人工操作又難以滿足要求的變量。被控變量的選擇第26頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四選擇被控變量時，一般要遵循下列原則：（1）被控變量應能代表一定的工藝操作指標，或能反映工藝操作狀態，一般都是工藝過程中比較重要的變量。（2）被控變量在工藝操作中經常要遇到一些干擾影響而變化。維持被控變量的恒穩，所選取的被控變量應能較頻繁的調節。（3）盡量選直接控制指標作為被控變量。若無法獲取直接指標信號，可選擇與直接指標有單值對應關系的間接指標為被控變量。（4）被控變量應能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。（5）選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性和儀表產品現狀。（6）被控變量應該是獨立可控的。被控變量的選擇原則第27頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四操縱變量的選擇操縱變量：用來克服干擾對被被控變量的影響，實現控制作用的變量。

應把對被控變量影響較顯著的可控因素作為操縱變量。精餾塔第28頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四操縱變量的選擇影響提餾段靈敏板溫度T靈的因素主要有：☆進料的流量（Q入）；☆進料的成分（X入）；☆進料的溫度（T入）；☆回流的流量（Q回）；☆回流液的溫度（T回）；☆加熱蒸汽的流量（Q蒸）☆冷卻器冷卻溫度及塔壓等。以上因素都會引起被控變量T靈的變化。第29頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四操縱變量的選擇原則選擇操縱變量時，應盡量考慮：（1）與被控變量的因果關系。（2）有利于實現自動化控制。（3）具有快速的動態響應性能。（4）對較大的擾動具有補償作用。（5）能夠對過程性能的不利影響進行快速的調節。第30頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四操縱變量的選擇把影響提餾段靈敏板溫度T靈的因素分為兩類：可控因素和不可控因素。可控因素包括：回流量與蒸汽流量。其余都是不可控因素。在不可控因素中，有些也是可以調節的，例如進料量、塔壓等，但工藝上不允許用調節這些變量來控制塔的溫度。（因為進料量的波動意味著生產負荷的波動，塔壓的波動意味著塔的工作不穩定。）

在回流量與蒸汽流量兩個可控因素中，蒸汽流量對提餾段溫度影響更顯著，更節能。所以選蒸汽流量為操縱變量。第31頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四過程靜態特性對控制質量的影響是指過程的靜態放大系數對控制質量的影響。過程靜態特性對控制質量的影響第32頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四確定控制通道和擾動通道靜態放大倍數的關系靜態特性對控制質量的影響第33頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四系統余差靜態特性對控制質量的影響第34頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四結論擾動通道的靜態放系數越大，系統余差越大；控制通道的放大系數越大，系統余差越小，克服擾動通道的效果越好；靜態特性對控制質量的影響第35頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四過程的動態特性包括過程擾動通道和控制通道1.擾動通道特性的影響（1）擾動通道的影響過程動態特性對控制質量的影響結論擾動通道的時間常數使系統特征方程式增加了一個極點愈大，則擾動通道對系統的影響愈小第36頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四干擾通道的特征參數對控制質量的影響第37頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四（2）滯后時間常數的影響結論擾動滯后時間常數使整個過程推遲一個滯后時間常數，所以存在擾動滯后對系統有利。第38頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四（3）擾動點位置的影響結論當擾動F的幅值和形式相同時：進入系統的位置越遠離被控變量活躍靠近操縱變量，擾動對控制系統被控變量的影響越小。因擾動進入位置越遠離被控變量，相當于等效時間常數越大或擾動通道的濾波環節越多，擾動對被控變量的影響越小。

第39頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四擾動進入系統的位置離輸出(被調量)越遠,對系統控制質量影響就越小。

第40頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四2.控制通道動態特性的影響（1）可控性指標決定系統控制特性的因素為系統增益和振蕩頻率；決定上述兩個因素的基本因素是系統的最大增益和臨界頻率。可控性指標。（2）控制通道的影響被控過程7.9423.1987.9422.5121.720.730.350.913.662.3342.782.26第41頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四的變動主要影響調節過程的快慢，越大則過渡過程越慢。的變動將同時影響系統的穩定性，越大，系統越易穩定，過程越是平穩。一般地說，太大則失之過慢，太小則變化過于急劇。控制通道的影響第42頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四（3）時間常數、遲延時間對控制質量的影響n階慣性對象對控制質量的影響

控制通道的時間常數T如果增大,系統的反應速度慢,工作頻率將下降,系統的過渡過程的時間將加長，減小控制通道的時間常數，能提高控制系統的控制質量。

慣性對象階次n越大對被調量的影響越慢，調節的也越慢，使控制系統的動態偏差、控制過程的時間增大，穩定性裕度減小。

第43頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四第44頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四有遲延對象對控制質量的影響當控制通道有遲延時,遲延時間對調節是不利的，控制質量主要取決于遲延和時間常數的比值τo/To,比值越大則控制質量越差。

（3）過程的時間常數匹配設廣義被控對象的傳遞函數為：第45頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四過程的時間常數匹配參數變化T1T2T3原始數據105212.60.415.2減小T15529.80.494.8減小T2102.5213.50.547.3減小T3105119.80.5711.2增大T1205219.20.377.1減小T2T3102.5119.30.7414.2結論如果有兩個以上的時間常數，則最大的時間常數決定過程的快慢，而T2/T1等因素只影響系統易控的程度，T2與T1拉得愈開，即T2/T1愈小，則愈接近一階環節，系統愈易穩定。設法減小T2/T1往往是提高系統調節品質的一條可行性途徑，這在選擇設備設計與檢測組件時是很值得考慮的。第46頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四結論選擇過程控制通道的放大系數要適當大。時間常數T0要小。純滯后愈小愈好。在有的情況下,應該小。選擇過程擾動通道的放大系數Kf應盡可能??；時間常數Tf要大；擾動引入系統的位置要遠離控制過程；容量滯后愈大愈有利于控制。廣義過程由幾個一階環節組成,在選擇控制參數時應盡量把幾個時間常數錯開。注意工藝操作的合理性和經濟性。第47頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四執行器執行器代替手動操作，是構成自動控制系統不可缺少的重要部分。執行器在系統中作用是接受控制器的輸出信號，直接控制被控介質的的輸送量，達到控制溫度、壓力、流量、液位等工藝參數的目的，從而將被控變量維持在工藝指標要求的數值上。（1）結構類型執行機構：把控制器的輸出信號轉換為位移信號。調節機構：把位移信號轉換成流通截面積的變化。執行機構有氣動、電動和液動之分。調節機構有單座、雙座、偏心旋轉、套筒、蝶閥等。執行器基本概念第48頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四執行器（2）材質閥芯：不銹鋼、特殊合金、表面涂層閥芯等。閥體：鑄鋼、鑄鐵、青銅、高分子材料、復合材料等。（3）口徑流通能力C：根據流量、閥兩端差壓和介質重度確定。流通能力計算方法。（4）氣開和氣關氣開：輸入氣壓增加，閥門開度增大。失氣時關閉。氣關：輸入氣壓增加，閥門開度減小。失氣時全開?？刂崎y氣開氣關特性的選擇。第49頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四執行器（5）電——氣轉換在自動化生產過程中為了適應不同環境的需要，往往采用電——氣復合控制系統，即可以通過電——氣轉換器或閥門定位器等進行電——氣信號的轉換。第50頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四執行器（6）執行器傳遞函數描述執行器由執行機構和調節機構兩部分組成。執行機構可分解為兩部分：控制器輸出信號轉換為控制閥的推力或力矩的部件稱為力或力矩轉換部件；推力或力矩轉換為直線或角位移的部件稱為轉換部件。調節機構將位移信號轉換為流通面積的變化，改變操縱變量的數值。第51頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四氣動執行機構活塞式執行機構第52頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四考慮控制閥（調節閥）的流量特性控制閥的流量特性是指被控介質流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）之間的關系，即：Q/Qmax：相對流量，即控制閥某一開度流量與全開時流量之比；l/L：相對開度，即控制閥某一開度行程與全開時行程之比。流過控制閥的流量主要取決于執行機構的行程。也就是說，取決于閥芯與閥座之間的節流面積。但是實際上，還要受多種因素的影響，比如在節流面積改變的同時，還會引起閥前后壓差變化，而壓差的變化又會引起流量的變化。所以在分析控制閥流量特性時，有理想特性與工作特性之分。第53頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四（1）控制閥的理想流量特性不考慮控制閥前后壓差的變化時得到的流量特性稱為理想流量特性?？刂崎y的理想流量特性取決于閥芯的形狀，主要有直線、等百分比（對數）、快開及拋物線等幾種。

第54頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四（2）控制閥的工作流量特性串聯管道的工作流量特性當控制閥串聯在管道系統時，△P1表示控制閥前后的壓差；△P2表示管道系統的壓差；△P表示系統的總壓差；△P＝△P1+△P2。第55頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四并聯管道的工作流量特性并聯管道時，顯然這時管路的總流量Q等于控制閥流量Q1與旁路閥流量Q2之和。即，Q＝Q1+Q2

打開旁路的控制方案是很不好的，一般情況下旁路流量最多只能是總流量的百分之十幾?？刂崎y的流量特性第56頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制閥的流量特性第57頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四串、并聯管道的情況有如下的結論：☆串、并聯管道都會使控制閥的理想流量特性發生畸變，串聯管道的影響尤為嚴重?！畲?、并聯管道都會使控制閥的可調范圍降低，并聯管道尤為嚴重。☆串聯管道使系統總流量減少；并聯管道使系統總流量增加。☆串、并聯管道會時控制閥的放大系數減小。串聯管道控制閥大開度時影響嚴重；并聯管道控制閥小開度時影響嚴重。控制閥的流量特性第58頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四從改善控制系統控制質量選擇彌補系統的非線性（3）控制閥（調節閥）流量特性的選擇第59頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四從改善控制質量考慮控制閥的工作特性第60頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四從配管狀況考慮控制閥的工作特性配管狀況S=1—0.6S=0.6—0.3S=0.3—0閥工作流量特性直線等百分比直線等百分比不適宜控制閥理想流量特性直線等百分比等百分比等百分比第61頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制系統及被控參數干擾選擇調節閥流量特性流量控制系統壓力P1P2等百分比給定值直線壓力控制系統P2等百分比P3直線給定值P1直線液位控制系統流量直線給定值等百分比從負荷變化情況考慮控制閥的工作特性第62頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制閥形式的選擇（1）氣動執行器有氣開與氣關兩種形式：氣開式：有壓力信號時閥開，無壓力信號時閥關；氣關式：有壓力信號時閥關，無壓力信號時閥開。由于氣動薄膜控制閥的執行機構和控制機構（具有雙導向閥芯的直通式雙座閥）都有正、反作用形式，因此氣動執行器的氣開與氣關即由此組合而成。第63頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四氣開、氣關的選擇主要從工藝生產的安全要求出發?？紤]的原則是：信號壓力中斷時，應保證操作人員和設備的安全。若信號壓力中斷，閥處于關閉位置時危害性小，則應選用氣開式，以使當氣源系統發生故障導致氣源中斷時，閥門能自動關閉，保證安全。反之，若信號壓力中斷，閥處于打開位置時危害性小，則應選用氣關式，以使當氣源系統發生故障導致氣源中斷時，閥門能自動打開，保證安全。第64頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四（2）執行器氣開、氣關的選擇原則

基本原則：根據安全生產的要求選擇控制閥的氣開氣關特性。

實際原則：

氣源或電源中斷時，

進入裝置的原料、熱源應切斷進料閥選氣開；

切斷裝置向外輸出產品———出料閥選氣開；

精餾塔回流應打開—————回流閥選氣關。

如系統為串級，氣開氣關均可選時：

為使主控和串級的切換方便—選KV與主控對象放大系數有相同

符號的閥（氣開為正，氣關為負）。第65頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四電動執行器電動執行器有角行程、直行程和多轉式等類型。電動執行器接收來自控制器（或轉換器）輸出的0—10mA或4—20mA標準電信號，并將器轉換成相應的角位移或直行程位移，去操作閥門、擋板、等控制機構，以實現自動控制。電動執行機構主要由伺服放大器、伺服電動機、減速器、位置發送器和操縱器組成，如圖所示。電動執行機構不僅可以與控制器配合實現自動控制，還可以通過操縱器實現控制系統的自動和手動控制的相互切換。第66頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四

執行電動機的特點

可控性：能夠將控制信號對應的轉變為機械運動。

快速性：能滿足控制系統快速信號變化要求，及時作出響應。

精確性：能精確將機械定位在所需位置，滿足控制系統要求。

適應性：能夠適應環境變化，克服溫度、濕度等變化影響。

執行電動機分類

按電動機原理可分為直流電動機，步進電動機，交流同步電動機，交流異步電動機，開關磁阻電動機等。

按控制方式可分為調壓調速、變頻調速和電磁調速等。電動執行器的選擇原則第67頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制系統傳感與變送典型的檢測變送器1.檢測變送器的一般結構

一般包含一個傳感器及一個激勵元件（轉換器）。2.檢測（傳感與變送）儀表分類（1）按儀表使用的能源分類：電動儀表、氣動儀表。（2）按信號的處理過程分類：檢測表、顯示表、控制表、執行器。（3）按儀表的組成形式分類：基地式儀表、單元組合儀表。（4）按被測量的參數分類：溫度表、流量表、壓力表、物位表。（5）按具體顯示形式分類：指針式儀表、數字式儀表、記錄打印型儀表。第68頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四3.檢測變送器的作用把工藝生產過程的變量（流量、壓力、溫度、液位和成分等）及檢測、轉換單元轉換成標準的電或氣信號。變送器輸出是被控變量的測量值，它被送到顯示和控制裝置，用于顯示和控制。4.檢測變送器的基本要求正確性：正確反映被控變量，誤差小?？焖傩裕杭皶r反映被控變量的變化?？煽啃裕洪L期穩定運行。第69頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四5.檢測變送器的選用原則在環境工況條件下應能長期穩定運行。儀表精度和量程的選擇：選用儀表的精度要合適：應符合工藝檢測要求。儀表測量誤差：儀表本身誤差、環境工況引入的誤差和動態誤差。量程選擇：量程的改變會引起最大讀書誤差變化和增益的變化。被測對象或介質的特性。如，氣、液、固，腐蝕性等。檢測采用的形式要求。如，侵入或非侵入被測信號的性質及頻率范圍。儀表的構造材料，安裝結構；對環境、安全的保證；成本等。第70頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四6.檢測變送器的基本問題檢測零點與量程工程單位轉換第71頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四非線性（用分段直線近似）標度誤差，死區，靈敏度閾值（斜率不能改變）重復性與滯環誤差第72頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四測量/傳送滯后如：溫度傳感器：具有大純滯后特性，應使盡可能得?。犭娕嫉奈恢煤筒牧希?/p>

氣動傳輸線：通常在實驗測量時有純時間滯后，（電信號沒有時間滯后）；在目前沒有電傳輸應用廣泛。第73頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四

對檢測滯后時間Tm的考慮：作為廣義對象的組成部分，考慮與被控過程時間Tp的匹配。一般情況下與Tp比較，Tm不大，因此，它的影響也不大。減小Tm的途徑：選用快速響應的檢測元件；正確使用微分環節；選用繼電器或放大器。

對m的考慮：m=l/w與Tm一起考慮，應使m/Tm??；通常在溫度、成分分析的被控過程中要考慮減小m的途徑：減小檢測點到變送器間距離l；加大信號傳送速度w。第74頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四測量信號的處理第75頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制規律指的是控制器本身的特性，即控制器的輸出信號與輸入信號之間的關系?？刂破饕步凶稣{節器，所以控制規律也叫做調節規律。在研究控制器的控制規律時，也像分析系統的過渡過程一樣，把輸入信號e視為階躍信號，研究控制器的輸出信號p隨時間變化的規律。控制器設計第76頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制器的基本控制規律包括：☆位式控制（常用的是雙位控制）；或稱位式調節。☆比例控制（P）；或稱比例調節。☆積分控制（I）；或稱積分調節?！钗⒎挚刂疲―）；或稱微分調節?！畋壤e分控制（PI）；或稱比例積分調節?！畋壤⒎挚刂疲≒D）；或稱比例微分調節?！畋壤e分微分控制（PID）。或稱比例積分微分調節。第77頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四常用控制器特性的概述1.開關控制：價格便宜；非常簡單。2.比例控制：設計簡單；適當地調節可以使系統達到穩定；容易調節； 在穩定狀態下有偏差。（適于液位控制）3.比例－積分控制：抑制偏差；與單一設置相比具有更好地動態性能； 由于引入延遲，所以有可能出現不穩定性。4.比例－微分控制： 穩定；減少了比例控制的穩定誤差；降低延遲。例如，具有快速性。5.比例－積分－微分控制：結構比較復雜；快速響應；消除穩定誤差；如果適當的調節，PID控制將具有非常好的控制性能。第78頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四開關（位式）控制☆開關控制的規律當測量值大于給定值時，控制器的輸出位最大（或最小）；當測量值小于給定值時，控制器的輸出位最?。ɑ蜃畲螅?。

理想的開關控制器的輸出信號P與輸入信號e（誤差信號=設定值-測量值）之間的關系為：P=Pmaxe＞0（或e＜0）時P=Pmine＜0（或e＞0）時即控制器只有“開”“關”兩個輸出狀態。也稱為：雙位（Two-Position）或“Bang-Bang”控制。第79頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四☆開關控制的實際應用死區問題！由于實際應用中的雙位控制具有一個中間區域（或稱不靈敏區域）。使得系統不能到達穩定狀態！δ=tolerance（公差）第80頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四可用于小區供熱和家用冰箱的控制中；由于被控變量連續地循環，容易已造成控制閥過度磨損，在過程控制中不經常運用。例如：分組過程控制(PLC=可編程邏輯控制器)；家庭加熱單元中的螺線管；自動噴水滅火系統；循環控制。第81頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四PID控制第82頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例控制按照誤差的比例修正。時域表示：傳遞函數：Kc=控制器增益第83頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例控制特性及其特點比例控制規律可用數學式表示為：ΔP＝Kpe式中：ΔP：控制器的輸出變化量；e：控制器的輸入，即偏差；Kp：比例控制器的放大倍數；放大倍數Kp是可調的，比例控制器可以視為一個放大倍數可調的放大器。第84頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四簡單的比例控制實例一個簡單的液位比例控制（調節）系統，杠桿的一端固定浮球，另一端與調節閥的閥桿連接。浮球隨液位的波動而升降。浮球的升降通過杠桿帶動閥芯。浮球升高，閥門關小，輸入流量減少；浮球下降，閥門開大，輸入流量增加。第85頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四由相似三角形的關系可得：a/e＝b/ΔP則ΔP＝（b/a）e令Kp＝b/a所以ΔP＝Kpe式中，e：杠桿左端的位移，即液位的變化量（控制器的輸入，即偏差）；ΔP：杠桿右端的位移，即閥桿的位移量（控制器的輸出變化量）；a、b：分別為杠桿支點與兩端的距離。Kp：比例控制器的放大倍數。（由Kp＝b/a可知，改變支點位置可改變Kp）。第86頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四1.比例度在實際的比例控制器中，習慣上用比例度δ來表示比例作用的強弱，而不用放大倍數Kp。式中e：控制器的輸入變化量；ΔP：相應的控制器的輸出變化量；xmax－xmin：輸入的最大變化量，即控制儀表的量程；Pmax－Pmin：輸出的最大變化量，即控制儀表輸出的工作范圍。比例度就是使控制器輸出變化滿刻度時，輸入偏差變化對應指示刻度的百分數。比例控制中的一些概念第87頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四例如，一只比例作用的DDZ-Ⅱ電動溫度控制器，其量程（刻度范圍）為400—800°C，控制器輸出為0—10mA。當儀表指針從600°C移到700°C，此時控制器相應的輸出從4mA變為9mA，這時的比例度應該是：這說明這臺溫度控制器，當溫度變化全量程的50%（相當于變化200°C），這臺控制器的輸出就可以從0mA變化到10mA。在此范圍內，溫度輸入的變化e和控制器的輸出ΔP是成比例的。第88頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例度的示意圖：分別說明了當比例度為50%、100%、200%時，控制器的輸出由最小Pmin變為最大Pmax的所需要的輸入變化區間。

比例度越小，使輸出變化全量程范圍所需的輸入變化區間就越小。

比例控制第89頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例控制比例作用的強弱的表示比例度δ與放大倍數Kp都可以用來表示比例調節作用的強弱。只不過放大倍數Kp越大，表示比例控制作用越強；而δ越大，表示控制作用越弱。在單元組合式儀表中，控制器和變送器的輸出信號都是統一的標準信號，則比例度δ與放大倍數Kp互為倒數關系，即第90頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四2.比例調節系統的過渡過程及余差設在t=t0時，系統受到一個階躍干擾，出水量Q2突然增加一個數值。這時，系統中的液位h、偏差e、控制器的輸出ΔP及進水量Q1都會產生變化。當t=t0時，出水量Q2有一階躍增加之后，被控變量h（液位）開始下降，浮球也隨之下降，通過杠桿使進水閥的閥桿上升，則作用在控制閥上的信號ΔP增加，使進水量Q1增加；Q1的增加就會使液位的下降速度逐漸變慢下來經過一段時間調整，進水量Q1又重新等于出水量Q2以后，系統建立新的平衡，液位穩定在一個新的數值。新的穩態值與給定值不再相等，而是低于給定值，它們之間的差稱為“余差”。第91頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四產生余差的原因

由于比例控制規律其偏差的大小與閥門的開度是一一對應的，有一個閥門開度就有一個對應的偏差值。由圖所示的簡單液位比例控制系統來看，在t0時刻之前，系統處于平衡狀態，進水量與出水量是相等的，此時控制閥有一個特定的開度，比如說對應與杠桿處于水平的位置。當t=t0時，出水量有一階躍增加后，于是液位下降，使得進水量增加；只有當進水量增加到與出水量相等時，才能重新建立平衡，液位也才會不再變化。但是要使進水量增加，控制閥開度必須增大，即要求閥桿必須上移，因為杠桿是一種剛性機構，所以閥桿上移時浮球必然下移；這就是說達到新的平衡時浮球位值一定下移，液位穩定在比原來穩態值（即給定值）要低的位置上，新穩態值與原來穩態值的差值就是余差。

產生余差的原因也可以用比例控制本身的特性來說明，由于ΔP＝Kpe，要使控制器有輸出，就必須是偏差e≠0。第92頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例控制的余差液位增高，流出量增大，是自衡過程。當偏差為零時，比例控制器輸出u0不變，流出量不變。液位設定值變化，為建立新的液位平衡，液位控制器有余差，才能使流出量增加。液位增高，流出量不變，是無自衡過程。流出量與液位高度無關。液位設定值變化，只需成比例地改變閥開度，液位因此無余差。第93頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四3.比例度對系統的影響如果干擾為階躍，幅值則第94頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例控制特征方程為：特征根為：當系統過渡過程沒有振蕩當系統過渡過程為臨界振蕩當系統過渡過程為阻尼振蕩第95頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四對于比例控制系統來說，由于對象特性的不同及比例控制器的比例度δ不同，得到的過渡過程形式也不同。

從圖可以看出：增大放大倍數Kc（即減小比例度δ），可以減小余差，但是會使系統的穩定性變差。比例度δ越大，過渡過程曲線越平穩，但余差就越大；比例度δ越小，過渡過程曲線越振蕩，比例度δ過小時，就會出現發散振蕩。

總之，比例控制特性比較簡單，控制比較及時；一旦有偏差出現，輸出立刻成比例的產生相應的控制作用。偏差越大，控制作用越強。所以說比例控制特性是最基本的調節特性，適用于干擾不大、被控對象滯后較小而時間常數并不太小、控制精度要求不高的場合。第96頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例控制比例增益對隨動系統的影響第97頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例控制ISO/ISA標準：壓力：3–15psi；電流：4–20mA；電壓：0–10VDC理想狀態的比例控制（直線的斜率=Kc）實際工作狀態的比例控制第98頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四積分控制一種持久的模型。時域表示：傳遞函數：TI=控制器積分時間（分母）當偏差E(t)=常數時的積分特性：第99頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四1.積分控制特性（積分調節規律）及其特點當控制器的輸出變化量ΔP與輸入偏差e的的積分成比例時，就是積分控制特性，用字母I表示。積分控制特性的數學表達式為：式中，KI：積分比例系數，稱為積分速度（積分斜率）由積分作用表達式可以看出：

積分控制作用I輸出信號ΔP的大小，不僅取決于偏差信號e的大小，而且主要取決于偏差e存在的時間長短；只要有偏差，即使很小，但它存在的時間越長，輸出信號就變化越大。（也就是說，只要偏差存在的時間足夠長，控制器的輸出也是很大的。）第100頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四積分控制作用的特性當輸入偏差為一常量A時，輸出為一條直線，其斜率與KI有關，則式可以寫成：

可以看出，只要偏差存在，積分控制器的輸出使隨時間增長（或減?。?；當偏差e為零時，輸出ΔP才停止變化而穩定在某一值上。對上式微分，可得從上微分方程看出，積分控制器的輸出變化率與偏差成正比。這就進一步說明了積分控制規律的特點是：只要偏差存在，控制器輸出就會變化，控制機構就要動作，系統就不會穩定；只有當偏差消除時（即e＝0），輸出信號才不再變化，調節機構停止動作，系統達到穩定狀態。這就是說，積分控制作用在系統達到穩定時，偏差必然為零。第101頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四2.比例積分控制（PI調節）特性與積分時間

由于積分控制器的輸出變化速度與偏差e及KI成正比，而其控制作用是隨著時間的積累才逐漸增強的，所以控制動作緩慢（響應慢），控制不及時，當被控對象慣性較大時，被控變量的超調量會較大，過渡過程時間也延長。考慮到比例控制的特點，即輸出信號與輸入偏差成比例、響應快、但有余差；而積分控制雖然作用慢，但可消除余差。因此，吸取兩者的優點，常常將比例和積分兩種控制特性組合起來，既做到控制及時，又能消除余差，已成為生產上常用的控制規律，用字母PI表示，也稱為PI調節特性。

比例積分控制特性可用下式表示：第102頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四當輸入偏差是一幅度為A的階躍變化時，（PI調節器）的輸出是比例和積分兩部分之和，其控制特性如圖：在比例積分控制器中，經常用積分時間TI來表示積分速度KI的大小，在數值上有：當偏差e為一幅度為A的階躍信號時，分部寫出比例積分控制器的特性如下：因為e＝A（常數），所以：當時間t＝TI時：第103頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四對PI控制作用的理解把Pl控制作用理解為P控制作用和I控制作用之和；；

把PI控制作用理解為比例度變化的P控制作用隨著積分的作用，KC’不斷增加。例如，e(t)是階躍信號，e(t)作用時間到TI時，KC’已增加為2KC

把Pl控制作用理解為初始值不斷增加的P控制作用把PI控制作用理解為及時的P作用和滯后的I作用的組合頻率越高，Pl的相位滯后越小，1/TI相當于-π/2。第104頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四積分時間對系統過渡過程的影響如果干擾為階躍，幅值A則第105頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四特征方程為：特征根為：當系統過渡過程沒有振蕩當系統過渡過程為臨界振蕩當系統過渡過程為阻尼振蕩第106頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四積分時間越短，積分速度越大，積分作用越強；反之，積分時間越長，積分速度越小，積分作用越弱。若積分時間為無窮大，則失去積分作用，就成為純比例的控制器了。積分時間對過渡過程的影響具有兩重性。當縮短積分時間，加強積分作用時：有利的一面是克服余差的能力增加，不利的一面是使過程振蕩加劇，穩定性降低。第107頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四隨動系統定值系統第108頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四積分飽和問題★積分飽和和積分過量(Windup)：實際積分作用與比例作用—樣，積分作用只在—定范國內起作用，輸出達到一定限值后就不繼續上升或下降，這是積分作用的飽和特性；習慣上把積分過量稱為積分飽和；當偏差存在時，由于有積分控制作用，控制器輸出可在任一位置，從而消除余差；當偏差存在時，由于有積分控制作用，控制器輸出可在任一位置，即可達某一限值，而在偏差反向時，不能使輸出及時反向，這是積分過量造成的。因積分過量造成執行機構不能及時改變方向的現象被稱為積分飽和現象。第109頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四★積分飽和的示例：安全放空系統當罐壓P高于設定值，應放空。但在P達設定值時(t2)，由于偏差反向，輸出因積分作用，未反向而一直上升到0.14MPa，但輸出下降到0.1MPa時(t3)，控制閥才開始打開，偏差反向后輸出不能及時反向造成動態偏差加大，控制品質差。第110頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四★積分飽和產生的原因外因：由于偏差長期存在，例如，閥關閉，控制器未選中等；內因：控制規律有積分作用，使積分輸出達到某一限值。

存在積分作用，而偏差長期存在時，u0‘(t)會不斷增加，并超過某一限值，這是產生積分飽和的原因?！锓乐狗e分飽和的策略：在偏差e(t)為零時，使u0'(t)不超過限值。采用輸出限幅器：它只對控制器的輸出限幅，即對u(t)限幅。第111頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四★積分外反饋積分項的輸入取自輸出U(s)。如果積分項輸入取自某一定值UB，則UB(s)=0，而積分項成為0，從而防止積分飽和。在選擇性控制、串級控制等系統中，常采用積分外反饋或第112頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四★積分外反饋控制的等效控制圖示控制器結構的傳遞函數是當，即控制器比例增益時，有控制器穩態增益K>>KC時，第113頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四微分控制一種預測的模型。時域表示：傳遞函數：TD=控制器微分時間微分控制（也稱為微分調節或D調節）第114頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四1.微分控制特性（微分調節規律）及其特點對于滯后大、慣性大的被控對象，常常希望能夠根據被控變量變化的快慢來控制。比如在人工控制溫度時，當看到溫度上升很快，雖然這時的偏差還很小，但是估計很快就會有很大的偏差。根據經驗，為了防止溫度迅速增加，就預先過分的改變冷卻閥門的開度降溫，這就是按照偏差的變化速度來進行控制。在自動控制系統中，控制器的輸出信號按照偏差的變化速度來進行控制的特性稱為微分控制特性（或位分調節規律）用字母D表示。也就是說，控制器的輸出信號與偏差信號的變化速度成正比。理想的微分控制器特性用下式表示為：式中TD：微分時間；

de/dt：偏差信號的變化速度。第115頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四理想的微分控制作用與近似的微分作用

由式可以看出，偏差變化的速度越大，控制器的輸出變化也越大；即微分作用的輸出大小與偏差變化的速度成正比。對于一個固定不變（常數）的偏差，不管這個偏差值多大，微分作用的輸出總是零。

若在t＝t0輸入一個階躍信號，則在t＝t0變化的瞬間控制器輸出趨于無窮大；在此之后由于輸入不再變化，輸出立即降到零，且其余時間均為零，如圖（b）所示。

實際工作中，要實現圖（b）所示的控制作用是不可能的，也沒有實用價值，這只是一種理想的微分控制作用。圖（c）是一種近似的微分作用，即在階躍輸入發生時刻，輸出ΔP突然上升到一個較大的有限值（一般為輸入幅值的5倍以上），然后呈指數規律衰減直到零。第116頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四2.實際的微分控制特性及其微分時間實際的微分控制器由兩部分組成：比例與近似微分作用，且比例度固定不變δ＝100%，即實際的微分控制器是一個比例度為100%的比例微分控制器。比例微分控制特性如圖所示，其表達式為：但是當比例和微分作用結合使用時，就構成了比例微分控制特性，用字母（PD）表示。此時比例作用必須能夠改變，因為它是控制作用中最基本最主要的作用比例度δ的大小對控制質量影響很大。

比例微分控制器的輸出ΔP等于比例與微分作用的輸出之和。改變比例度δ（或）和微分時間TD分別可以比例作用的強弱和微分作用的強弱。

第117頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四PD控制算祛★理想PD控制算法：或★微分時間TD：在斜坡外輸入信號作用下，迭到同樣輸出時，PD控制作用比單純P控制作用提前達到，提前的時間是徽分時間?！锢硐隤D控制的特點：對高頻信號的放大系數大，頻率越高，放大系數越大；對階躍輸入信號，理想PD輸出是脈沖信號，對生產控制無益，并且實施困難?！飳嶋HPD控制算法：；KD=5—10實際PD的階躍響應實際PD的斜坡響應第118頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四理想比例微分(PD)調節器階躍響應曲線:

(b)(a)斜坡響應曲線:

第119頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四實際比例微分(PD)調節器實際比例微分調節器的動態方程式為:

傳遞函數為:

慣性環節TD:PD調節器的微分慣性時間常數

第120頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四實際PD調節器的階躍響應曲線：

第121頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四

微分作用具有抑制振蕩的效果。所以在控制系統中，適當的加入微分作用，可以提高系統的穩定性，減少被控變量的波動幅度，并降低余差。但是微分作用不能加的過大，否則由于控制作用太強，使控制器的輸出劇烈變化，不僅沒有提高穩定性，反而使被控變量大幅振蕩。對于一些滯后較大、負荷變化較快的對象，當較大的干擾施加之后，由于對象的慣性大，偏差在開始一段時間內都是比較小的。如果僅采用比例控制，則對于小的偏差，其作用也小，調節就不夠及時。加入了微分作用后，就可以在偏差盡管不大，當偏差開始劇烈變化的時刻，立即產生一個較大的控制作用，及時抑制了偏差的繼續增加。所以，微分作用具有一種抓住“苗頭”預先調節的性質，這是一種“超前”性質。微分時間對系統過渡過程的影響第122頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例積分微分控制（PID）三種模型的疊加。比例積分微分控制規律的輸入輸出關系用下式表示為：

ΔP＝ΔPP

+ΔPI

+ΔPD可見，比例積分微分（PID）控制作用就是其三種控制作用的疊加。第123頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四PID調節器在階躍輸入下的輸出特性如圖：

開始時，微分作用的輸出變化最大，使總的輸出大幅度的變化，產生一個強烈的“超前”調節作用，可以將其看作“預調”。然后輸入偏差不再變化，則微分作用逐漸消失，積分作用逐漸占主導地位，只要偏差存在，積分作用就不斷增加，可以將其看作“細調”，一直到偏差完全消失，積分作用才有可能停止。而比例作用可以將其看作“粗調”，在PID調節器的輸出中，自始至終與偏差相對應，它一直是最基本的調節作用。第124頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例—積分—微分(PID)控制規定PID控制器是由比例、積分和微分組成的。PID控制有許多形式被應用在實際當中；三種最為常見的形式。PID控制的并聯形式PID控制并聯形式的運算法則(無微分過濾器)如下：其相應的傳遞函數:第125頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四PID控制PID控制的串聯形式過去,由于方便建造早期的控制器(其中包括電子控制和氣壓控制)，所以PI單元和PD單元常采用串聯形式。串聯形式的控制器有一個即適用于微分單元，又適用于PD單元的微分過濾器。PID控制的展開形式除了我們都知道的串聯和并聯形式以外,PID控制的展開形式也經常被用到。實際微分環節第126頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四實際PID控制算法理想PID控制算法：實際微分代替理想微分：用代替。氣動控制器常采用PI與PD串接：；；；。電動控制器采用更復雜的形式：，KI是積分增益；KD是微分增益。第127頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四反饋控制系統中的典型響應在連續擾動下被控系統的響應。例如，擾動變量的階躍變化；y>0isoff-spec。第128頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例控制：控制器增益的影響PID控制：微分時間的影響PI控制：控制器增益的影響PI控制：積分時間的影響第129頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四比例積分微分控制（PID）小結☆比例控制

依據“偏差e的大小”來進行控制。其輸出變化ΔP與輸入偏差e的大小成比例。控制及時，但有余差。用比例度δ表示其作用的強弱；比例度越小，控制作用越強。比例作用太強時，會引起系統振蕩甚至不穩定。☆積分控制

依據“偏差e是否存在”來進行控制。其輸出變化ΔP與輸入偏差e的積分成比例。只有當余差完全消失，積分作用才停止。所以積分作用能消除余差，但是積分作用遲緩，動態偏差大，調節時間長。用積分時間TI來表示其作用的強弱，積分時間越小，積分作用越強。積分作用太強時，也容易引起振蕩?！钗⒎挚刂?/p>

依據“偏差e的變化速度”來進行控制。其輸出變化ΔP與輸入偏差e的變化速度成比例。其實質和效果是阻止被調參數的一切變化，具有超前調節的作用。對滯后大的對象有很好的控制效果，使其調節過程動態偏差減小，時間縮短、余差減?。ǖ荒芟?。用微分時間TD來表示其作用的強弱。微分時間越大，微分作用越強。微分時間太大時，會引起振蕩。第130頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四PID控制作用對過渡過程的影響P作用是基本控制作用，增大KC使系統振蕩加?。籌作用能消除余差，系統穩定性變差，閉環響應變慢；D作用使整個開環頻率特性的幅值比增大，改善系統穩定性。第131頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四☆根據系統特性選擇當已知系統的數學模型為：當時選用比例或比例積分；當時選用比例積分或比例積分微分；當時，單回路或比例微分積分不能滿足要求?？刂破骺刂埔幝傻倪x擇第132頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制器變形

PID控制和I-PD控制PID控制方式中，ΔuI是偏差e(t)的函數；

Δup和ΔuD是偏差e(t)的函數；該控制系統的隨動跟蹤性能好，克服擾動影響的性能差。I-PD控制方式中，ΔuI是偏差e(t)的函數：Δup和ΔuD是測量y(t)的函數；該控制系統克服擾動影響的性能好，隨動跟蹤慢。PID控制方式I-PD控制方式第133頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四兩維PlD控制方式圖示控制系統稱為兩維PID控制系統。當α=β=0成為簡單PID控制系統；當α=β=1成為l-PD控制系統；α和β的值可在0—1間調整，使系統的隨動跟蹤性和抗擾性都能較好，適用于擾動頻繁、設定經常變化的應用場合。兩維PID控制方式第134頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四時間比例控制系統時間比例控制系統的輸出是開關量，開和總的時間比稱為占空比。根據占空比的不同，有不同的分類：（1）總運行時間固定，開或關的時間與控制器輸出成比倒；（2）開的時間固定，關的時間與控制器輸出成比例；（3）關的時間固定，開的時間與控制器輸出成比倒；時間比例控制方式第135頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四控制器正、反作用的確定☆對于測量元件及變送器，其作用一般都是“正作用”。因為當被控變量增加時，變送器的輸出量也是增加的。所以在分析整個系統的作用方向時，可以不考慮測量元件及變送器的作用方向（因為它總是“正作用”）。☆對于執行器，其作用方向取決于是氣開閥還是氣關閥。當控制器輸出信號（即執行器的輸入）增加時：氣開閥的開度增大為“正作用”；當控制器輸出信號（即執行器的輸入）增加時：氣關閥的開度減小為“反作用”。反之當控制器輸出信號（即執行器的輸入）減小時：氣開閥的開度增大為“反作用”；當控制器輸出信號（即執行器的輸入）減小時：氣關閥的開度減小為“正作用”?！顚τ诒豢貙ο?，隨具體對象的不同而各不相同。當操縱變量增加時，被控變量也增加，該對象為“正作用”；反之，當操縱變量增加時，被控變量反而減小，該對象為“反作用”?！顚τ诳刂破?，不論是“正作用”還是“反作用”，必須保證控制系統為負反饋閉環系統。第136頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四正作用與負作用控制器：KC可以取正值或負值正作用（KC<0）：“輸出隨著輸入的增大而增大” ；負作用（KC>0）：“輸出隨著輸入的減小而增大”。第137頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四例：加熱爐的簡單控制系統被控對象：加熱爐；被控變量：出口溫度；操縱變量：燃料氣流量。各環節作用方向為：執行器：正作用。從工藝安全條件出發，應選擇執行器為氣開閥，以防當氣源突然中斷時，控制閥反而大開燒毀爐子。被控對象：正作用。（因為當操縱變量燃料氣流量增加時，出口溫度也增加。）變送器：正作用。（因為當出口溫度增加時，變送器的輸出也增加。）控制器：反作用。（因為當出口溫度增加時，控制器的輸出減小，關小燃料氣的閥門。）第138頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四例液位的簡單控制系統被控對象：貯液罐；被控變量：液位；操縱變量：流出物料量。各環節作用方向為：執行器：正作用。從工藝安全條件出發，應選擇執行器為氣開閥，以防當氣源突然中斷時，控制閥關閉，以免物料流失。被控對象：反作用。（因為當流出物料量增加時，液位下降。）變送器：正作用。（因為當液位下降時，變送器的輸出也減小。）控制器：正作用。（因為當液位下降使變送器的輸出減小時，控制器的輸出也減小，才能關小出口閥門使液位升高。相反的，當液位升高使變送器的輸出增加時，控制器的輸出也增加，才能開大出口閥門使液位下降。）第139頁，共156頁，2023年，2月20日，星期四

基本控制規律及其對控制過程的影響

回憶：控制器作用

被控對象

測量變送控制器執行器被控變量設定值擾動第140頁，共156頁，2023年，2月20日，