过程控制的基本控制规律
时间:2015-03-16 13:11 来源:自动控制网
在反馈控制系统中控制器的作用就是接受由给定值和反馈信号之间形成的偏差信号,按一定的控制规律产生控制信号。图5.12表明了控制器的作用。
过程控制的基本规律有4种:位式控制、比例控制、积分控制和微分控制。 位式控制易于实现,控制器结构简单,在控制过程中,主要用于设备的启或停,不重要的设备控制等。位式控制不是连续控制,在控制品质要求较高的连续信号控制的场合不使用这种控制方式。从这个意义上讲,位式控制和下面介绍的 3种基本控制规律是有区别的。
2. 比例控制 (1) 传递函数为 (2)
式中称为比例放大系数。比例控制简称 P控制(Proportional).
比例控制的输出与输入是同步变化的,没有惯性和时间上的延迟。响应快,与输入成比例的变化,只是比例控制最突出的优点,正是由于这一特点,使比例控制成为一种最重要的基本控制规律。所有的工业控制器都包含有比例控制,比例控制也可以单独构成控制器。 式(1)中的 ,都是指控制量,偏差的变化量,即在原有稳态基础上的增量,当 =0时,控制器的输出实际上是 ,即工作点的值,而不是没有输出。 比例放大系数 是比例控制唯一的特性参数,他表示了比例作用的强弱。实际上工业控制器比不使用 ,而是采用另一个代表比例作用强弱的参数:比例带(或称比例度) 。对于标准化的控制器 (3) 比例控制规律为 (4)
比例带的意义是,若要变化是执行机构如流量调节开度改变 100%,被空变量变化的范围。实际中常用被控变量仪表的量程的百分数来表示比例带。例如,温度测量仪表的量程为 。若要使被控变量有 的控制范围,则比例带 。也就是说,若被控变量偏离工作点的范围在 之间,流量调节阀则可以从全关到全开按比例对温度进行控制,被控变量一旦超出 的范围,控制器的输入与输出就不再保持比例关系。
若获得相同的控制作用, 就必须大,因而余差也大。比例带小(即 大),余差就小。可以通过增大比例放大系数 的办法(即减小比例带)减小余差。但若一味的增大 ,就意味着加大执行机构的动作幅度,引起被控变量的较大波动。当比例放大系数增大到某一个值时,系统就会出现等幅震荡,我们这个值为临界比例放大系数或临界比例带。此时系统临界稳定。若继续加大 (减小),系统就不稳定了。如果比例放大系数太小(比例带太大),比例控制的作用就弱,被控变量较缓,且会造成较大的余差。图 5给出了比例带对动态过程的影响情况。从图中看出,只有选择适中的比例带(即比例放大系数),才能获得较满意的动态过程和稳态精度。
3. 积分控制 (5)
式中为积分时间常数。积分控制简称 I控制(Integral). (6) 在单位阶跃输入下,积分控制的输出为 (7)
图6是积分控制的阶跃响应曲 (8)
可以看出,积分控制输出的变化率与偏差成比例。只要偏差不为零,积分控制的输出就不会停止变化。只有当偏差为零时,积分控制的输出才会停止变化,所以,在控制系统达到稳定状态后,积分控制作用下的稳态误差总是等于零。积分控制有消除稳态误差的能力,这是积分控制最显著的优点。在控制系统中采用积分控制目的,就是为了消除稳态误差,提高系统的稳态精度。
4. 微分控制 微分控制规律的输出与输入的关系为 (9) 微分控制作用的传递函数为 (10)
式中称为微分时间常数,简称微分时间。微分时间又称为D控制(Derivative)。 (11) 式中称为微分放大系数。 |