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第3章 调节器的控制规律和单回路控制系统

归档日期:07-21       文本归类:多回路调节      文章编辑:爱尚语录

  第3章 调节器的控制规律和单回路控制系统_物理_自然科学_专业资料。能源与动力工程学院 单回路控制系统分析及其参数整定 能源与动力工程学院 一、 单回路控制系统的组成 f (内扰) r + e WT (s) 调节器 λ (外扰) Wμ (s) 调节机构 V

  能源与动力工程学院 单回路控制系统分析及其参数整定 能源与动力工程学院 一、 单回路控制系统的组成 f (内扰) r + e WT (s) 调节器 λ (外扰) Wμ (s) 调节机构 VT WZ (s) 执行器 μ W0 (s) 被控对象 y Vm Wm (s) 测量变送器 单回路控制系统原理方框图 为了便于系统分析,将测量变送器、执行器、阀门、被控对 象作为一个整体看待,该整体称为“广义对象”。这样上图所示 的单回路控制系统就由调节器和广义对象两部分组成,其等效原 理方框图如下图所示: 能源与动力工程学院 λ(扰动) r + e WT (s) 调节器 VT W0* (s) 广义对象 Vm 单回路控制系统等效方框图 若试验得到的被控对象动态特性包括了测量变送器的动态特 性,则广义对象的传递函数为: W ? 0 ? s ? ? W0 ? s ?Wm ? s ? 此时等效调节器的传递函数为: W ? T ? s ? ? WT ? s ?WZ ? s ?W? ? s ? 能源与动力工程学院 则,单回路等效图为 λ(扰动) r + e WT * (s) W0 * (s) Vm 等效调节器 广义对象 确定广义对象与等效调节器的原则:阶跃输入与响应 输出之间的所有环节的串联视为广义对象。剩下所有环节 的串联称为等效调节器。 能源与动力工程学院 ? 调节器的正反作用 调节器有正作用和反作用,单回路控制系统中调节器的正 反作用方式选择的目的是使闭环系统在信号关系上形成负反馈。 ?正作用调节器:当系统的测量值减小给定值增加时,其输出 增加; ?反作用调节器:当系统的测量值减小给定值增加时,其输出 减小。 确定调节器正、反作用的次序一般为:首先根据生产过程 安全等原则确定调节阀的形式、测量变送单元的正反特性,然 后确定被控对象的正反特性,最后确定调节器的正反作用。 确定调节器正、反作用的原则:组成系统的各环节静态放 大系数极性相乘必须为负值(构成负反馈的条件)。 能源与动力工程学院 单回路系统注意事项: 1、被调量的选择 2、控制量(调节量)的选择 3、控制通道和扰动通道 4、影响控制系统控制质量的主要因素:控制器和对象特性。 能源与动力工程学院 控制系统组成: 调节单元 给定单元 显示单元 执行单元 调节量 变送单元 被调量 被控对象 能源与动力工程学院 1、变送器 变送器将各种被测参数如温度、压力、流量、液位等物 理量转换为0~10mA或4~20mA的直流标准信号,并传送 到各指示、调节装置,以实现对生产过程的自动检测和控制。 输入信号 T、p、h 输入转换 Ui + Uc Uf - 放大器 输出信号 0~10mA 反馈 变送器原理方框图 能源与动力工程学院 2、执行器 执行器接受调节器的输出信号或手动操作信号,并将其转换 成调节机构(阀门、风门或挡板)动作的位移信号,从而改变被调 量的大小。执行器(气动、电动、液动均可视为比例型。)电动 执行器通常由伺服放大器和执行机构两部分构成,如下图所示: 操作转换器 手动 自动 Ii If 伺服放大器 伺服 电动机 位置变送器 电流表 机 械 减 速 器 伺服放大器 执行机构 能源与动力工程学院 伺服放大器作用:综合输入信号和反馈信号,并将该结果 信号加以放大,使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。 根据综合后结果信号的极性,放大器应输出相应极性的信 号,以控制电动机的正、反运转。 伺服电机:是执行机构的动力部分 减速器 :将高转速、低转矩变成低转速、高转矩 位置变送器:根据差动变压器的工作原理,利用输出轴 的位移来改变铁芯在差动线圈中的位置,以产生反馈信号和 位置信号。 能源与动力工程学院 三种执行器的特点比较 比较项目 气动执行器 电动执行器 液动执行器 结构 体积 推力 配管配线 动作滞后 频率响应 维护检修 使用场合 温度影响 成本 简单 中 中 较复杂 大 狭 简单 防火防爆 较小 低 复杂 小 小 简单 小 宽 复杂 隔爆型才防火防爆 较大 高 简单 大 大 复杂 小 狭 简单 要注意火花 较大 高 能源与动力工程学院 二、调节器的控制规律 调节器根据被调量y与给定值r之间的偏差e(输入量), 输出调节机构控制信号(输出量),从而引起调节机构位置μ 的变化,使被调量最终等于给定值。调节器的输出量与输入 量之间的动态关系, 称作调节器的控制规律。调节器和被控 对象组成的一个闭合控制回路如下图所示: λ - + r e 调节器 μ 被控对象 y 能源与动力工程学院 2.1 基本调节作用 调节器的控制规律中最基本的调节作用是比例、积分和微分 作用 , 它们各有其独特的作用,下面分别讨论。 (1)比例作用(简称P作用) 比例作用的动态方程为: ? ? KPe ? KP ? r ? y ? 式中:e ——被调量偏差,调节器的输入信号; μ——调节机构的位置,调节器的输出信号; KP ——比例作用的比例系数。 传递函数为: WP ? s ? ? ? ?s? e?s? ? KP 能源与动力工程学院 e Δe0 o μ ?? ? 1 t ?e0 ? o t 特点:(1)比例作用无惯性、无迟延、动作快,而且 调节动作方向正确。因此,比例作用在控制系统中是促使 控制过程稳定的因素。 (2)输出量μ与输入量e之间有一一对应的关系,调 节结果被调量最终有稳定(静态)偏差,称为有差调节。 能源与动力工程学院 (2)积分作用(简称I作用) 积分作用的动态方程为: 1 ? ? K I ?0 edt ?K I ?0 ? r ? y ? dt = Ti t t ?0 edt KI —积分增益 Ti—积分时间 t du 1 ? K I e= e ? K I ? r ? y ? dt Ti 传递函数为: WI ? s ? ? ? ?s? e?s? KI 1 ? = s Ti s 能源与动力工程学院 e Δe0 o μ t o Ti t 特点:(1)无差调节; (2) 控制不及时,动作慢,容易引起调节过程振荡, 降低系统稳定性; (3)控制作用体现在控制过程后期。 能源与动力工程学院 (3)微分作用(简称D作用) 微分作用的动态方程为: d ?r ? y? de ? ? Kd ? Kd dt dt 传递函数为: Kd —微分增益。 Wd ? s ? ? ? ?s? e?s? ? Kd s 能源与动力工程学院 e e de ? a dt Δe0 o μ t o μ Td a t o (a) t o (b) t 特点:(1)超前调节,补偿延时和惯性; (2)微分作用体现在控制过程的前期,限制偏差的进 一步增大。可以有效地减少被调量的动态偏差,增强稳定性; (3)偏差存在但不改变时,微分不起作用。 能源与动力工程学院 2.2 调节器的控制规律 (1)比例(P)调节器 比例调节器的动态方程与比例作用的动态方程相同,即: ? ? KPe ? KP ? r ? y ? ? 1 ? ?r ? y? 式中:KP —调节器的比例系数,即偏差改变一个单位时,调节机 构的位移变化量; δ—比例系数KP的倒数,称为比例带,即当调节机关的 位置改变100% 时,偏差产生的改变量。 比例调节器的传递函数为: WP ? s ? ? ? ?s? e?s? ? Kp ? 1 ? 能源与动力工程学院 能源与动力工程学院 1)比例带增大, 比例增益减小,稳 定性增强,控制作 用减弱,动差增大, 静差增大。 比例带减小,比例 增益增大,稳定性 下降,控制作用增 强,动差减小,静 差减小。 2)比例调节为有 差调节 能源与动力工程学院 (2)比例积分(PI)调节器 比例积分调节器是比例作用和积分作用的叠加,其动态方程 为: ? KI ? ? K P e ? K I ?0 edt ? K P ? e ? KP ? t ? ?0 edt ? ? t 或写成 1? 1 ? ? ?e ? ?? Ti ? ?0 edt ? ? t KP 其中:Ti ? KI 比例积分(PI)调节器的传递函数为: KI 1? 1 ? WPI ? s ? ? K P ? ? ?1 ? ? s ?? Ti s ? 能源与动力工程学院 特点:(1)两个可调参数,即KP 和KI 或δ和Ti。 当Ti →∞时,PI→P; 当Ti →0时,即KP →0. (Ti=KP/KI ,而 KI→∞是不可 能的)时,PI→I。 (2)积分时间Ti 影响积分作用的强弱,比例带δ 不但影响 比例作用的强弱,而且也会影响积分作用的强弱。 (3) 无差调节。 e Δe0 PI调节器 阶跃响应曲 线 o Ti ? t 能源与动力工程学院 阶跃扰动为Δe 0时 1 ? ? ?e0 ? ?e0 t ? ? Ti 1 把 t = Ti 代入可得: ?e0 1 ? ? ?e0 ? ?e0Ti ? 2 ? ? Ti ? 1 当总的输出等于比例作用输出的2倍时,其时间就是积分 时间Ti 。应用这个关系我们就可以通过PI 调节器的阶跃 响应曲线确定积分时间Ti。 能源与动力工程学院 对下图所示单回路系统,保持控制对象不变化,当调节器 分别采用P、PI控制时,若保证稳定性相同(ψp= ψ PI=0.75) r + e WT (s) 调节器 VT W0 (s) Vm 试分析比例带δp 、δ PI ,静态偏差eP(∞)、 ePI(∞),动态偏差 eP(m)、 ePI(m)的大小。 若保持相同比例带,试分析在调节器分别为P、PI时系统稳 定性、静差的大小。 能源与动力工程学院 (3)比例微分(PD)调节器 比例微分调节器由比例作用和微分作用组合而成,理想的 比例微分调节器动态方程为: ? K d de ? de ? ? K P e ? Kd ? KP ? e ? ? dt K P dt ? ? 或写成 1? de ? ? ? ? e ? Td ? ?? dt ? Kd 其中:Td ? Kp 式中:Kd ——微分作用的比例系数; Td ——微分时间。 能源与动力工程学院 理想的比例微分(PD)调节器的传递函数为: ? ?s? 1 WPd ? s ? ? ? ?1 ? Td s ? e?s? ? 比例微分(PD)调节器有两个可供调整的参数,即KP 和Kd 或δ和Td。微分时间Td 影响调节器微分作用的强弱;比例带δ 不但影响调节器比例作用的强弱,而且也影响微分作用的强弱。 能源与动力工程学院 e Δe0 o μ t o μ 2 ? e0 ? e de ?a dt e Δe0 t a T d KD ?1 ?e0 ? ? a Td ? o μ KD ?1 0.632 ?e0 ? ? e0 ? t 1 o (a) t o Td (b) t o TD t (c) 比例微分(PD)调节器响应曲线 能源与动力工程学院 上图中(c)所示为实际比例微分(PD)调节器的阶跃响应 曲线,其动态方程为: d? 1? de ? TD ? ? ? ? e ? Td ? dt ?? dt ? 式中:TD ——微分惯性时间常数。 实际比例微分(PD)调节器的传递函数为: 1 1 WPD ? s ? ? ? ?1 ? Td s ? e ? s ? TD s ? 1 ? 上式说明实际比例微分调节器比理想的比例微分调节器增 加了一个惯性环节。 ? ?s? 能源与动力工程学院 实际比例微分(PD)调节器的单位阶跃响应曲线方程为: ? (t ) ? 1 ? [1 ? ( K D ? 1)e K ? Dt Td ]? 1 ? [1 ? ( K D ? 1)e ? t TD ] KD Td ? TD Td TD ? KD 式中:KD ——微分放大系数或微分增益。 TD ——微分惯性时间常数。 能源与动力工程学院 微分惯性时间常数TD可以表征微分作用强弱:当TD大 时,微分输出部分衰减得慢,说明微分作用强;反之TD 小, 表示微分作用弱。而比例带δ不但影响调节器比例作用的 强弱,而且也影响微分作用的强弱。 在比例微分调节器中,微分作用可以在扰动出现时立 刻产生一加强的阶跃输出,从而有效降低偏差的变化速度。 之后微分作用逐渐减弱,在t →∞时,只有比例作用依然存 在。因此比例微分调节器不能消除被调量的稳态偏差,是 一种有差调节器。 能源与动力工程学院 对下图所示单回路系统,保持控制对象不变化,当调节器 分别采用P、PD控制时,若保证稳定性相同(ψp= ψ PD=0.75) r + e WT (s) 调节器 VT W0 (s) * Vm 试分析比例带δp 、δ PD ,静态偏差eP(∞)、 ePD(∞),动态偏 差eP(m)、 ePD(m)的大小。 若保持相同比例带,试分析在调节器分别为P、PD时系统稳 定性、静差、动差的大小。 能源与动力工程学院 (4)比例积分微分(PID)调节器 理想的比例积分微分(PID)调节器由比例、积分和微分三 种调节作用叠加而成,其动态方程为: 1 ? ? (e ? ? Ti 1 de ?0 edt ? Td dt ) t 理想的比例积分微分(PID)调节器的传递函数为: 1 WPID ( s) ? ? (1 ? ? Td s) E ?s? ? Ti s P作用:保证稳定性; I作用:无差调节; D作用:超前调节,补偿延时和惯性。 ? ?s? 1 能源与动力工程学院 实际比例积分微分(PID)调节器的动态方程为: d? 1 1 TD ? ? ? (e ? dt ? Ti 其传递函数为: de ?0 edt ?Td dt ) t 1 1 1 WPID (s) ? ? (1 ? ? Td s) E ? s ? TD s ? 1 ? Ti s 式中: 积分时间: T i = 微分时间: T d = 比 例 带: δ = KP KI Kd KP ? ?s? 1 KP 微分惯性时间常数: Td TD ? KD 能源与动力工程学院 实际PID调节器的阶跃响应曲线如下图所示: e Δe0 o μ KD ?1 t PID I ? ?e0 D ? e0 P o ? t 特点:D预调;I细调,P是一种基本的调节作用,一直调。 能源与动力工程学院 三、 对象特性对控制质量的影响 控制系统的控制质量主要用衰减率? 、动态偏差ym、静态偏 差e(?)、控制时间ts 等表示, 以下主要讨论对象的特征参数对 控制系统控制质量的影响。 3.1 干扰通道特征参数对控制质量的影响 (1)放大系数Kλ对控制质量的影响 λ (外扰) Wλ (s) r + e WT (s) VT 调节器 K? W? (s) ? n? (1 ? T? s) W0 (s) 被控对象 y W0 ( s) ? K0 (1 ? T0 s) n0 能源与动力工程学院 Simulink作业 调节器参数变化对控制系统控制性能的影响 P、PI、PD、PID 能源与动力工程学院 在单回路控制系统方框图中,设调节器为比例控制规律,则 被调量Y(s)的闭环传递函数为: Y ?s? ? ?s? ? 1 ? WT ? s ?W0 ? s ? W? ? s ? 在单位阶跃扰动下,系统稳态值为: 1 y ? ? ? ? lim s ? ? s ?0 1 ? WT ? s ?W0 ? s ? s K? ? 1 ? K P K0 KP—调节器放大系数; K? —干扰通道放大系数; K0 —控制通道放大系数。 W? ? s ? 能源与动力工程学院 上式说明,干扰通道的放大系数K? 越大,在扰动作用下控制 系统的动态偏差、稳态误差(静态偏差)越大。因此干扰通道放大 系数越小越好,这样可使动态偏差、稳态误差减小,控制精度提 高。当干扰通道放大系数K? 分别为1、2、3时的仿真曲线如下图 所示: 干扰通道放大系数对控制质量的影响 能源与动力工程学院 (2)时间常数Tλ和阶次n对控制质量的影响 设单回路控制系统中干扰通道放大系数 K? =1,且干扰通道 Wλ(s)为一阶惯性环节,则被调量对扰动的传递函数为: 1 Y ?s? W? ? s ? 1 ? T? s ? ? ? ? s ? 1 ? WT ? s ?W0 ? s ? 1 ? WT ? s ?W0 ? s ? 1 1 1 ? ? ? T? 1 ? WT ? s ?W0 ? s ? s ? 1 T? 能源与动力工程学院 干扰通道时间常数对控制质量的影响 干扰通道时间常数T? 的变化将影响系统稳定性 裕度和动态偏差,当干扰 通道的时间常数T? 增大时, 干扰作用减弱,系统稳定 性裕度增大;反之则系统 稳定性裕度减小。因此干 扰通道的时间常数越大越 好,这样可使系统的稳定 性裕度提高。干扰通道时 间常数T? 分别为20、30、 40时的仿真曲线如图所示: 能源与动力工程学院 若干扰通道为高阶惯性环 ? n? ? ? ? s ? T? 1 ? WT ? s ?W0 ? s ? s ? 1 ? n 节,即 W?(s)=1/(1+ ? ? n T?s) 时,则: T? 由上式可见,当干扰通 道为n 阶惯性环节时,干扰 通道的放大系数减少了Tλn 倍,所以随着阶次n的增加, 闭环系统的动态偏差减小。 从物理意义上讲,具有惯性 环节特性的干扰通道,相当 于一个低通滤波器,可以减 小动态偏差,削弱扰动对系 统工作的影响。 Y ?s? 1 1 1 干扰通道阶次对控制质量的影响 能源与动力工程学院 (3)迟延时间τ对控制质量的影响 当干扰通道存在迟延τ时,相当于一阶惯性环节串联了一个 迟延环节,此时系统的传递函数为: Y ?s? ? ?s? ? 1 ? WT ? s ?W0 ? s ? W? ? s ? ? e?? s 根据迟延定理: y ? t ? ? y1 ? t ? ? ? 因此,干扰通道迟延时间τ的存在仅使被调量在时间轴上平 移了一个τ值,即过渡过程增加了一个τ时间,并不影响系统的 控制质量。干扰通道存在迟延时间τ时的仿真曲线如下图所示: 能源与动力工程学院 干扰通道迟延时间对控制质量的影响 (4)多个扰动对控制质量的影响 控制系统有时同时受到多个扰动的影响,此时控制系统方框 图如下图所示: x1 r + WT (s) Wm (s) WZ (s) x2 Wμ (s) x3 W0μ (s) y 能源与动力工程学院 进入控制系统的扰动有三个,将扰动均变换到系统出口处, 则等效变换后控制系统方框图如下图所示: x3 x2 x1 r + WT (s) Wm (s) WZ (s) WZ (s) Wμ (s) Wμ (s) Wμ (s) W0μ (s) W0μ (s) W0μ (s) W0μ (s) y 利用前面的讨论结果,并假设各扰动通道的放大系数相同,可 以看出x1对系统控制质量影响最小,而扰动x3对系统控制质量影响 最大,也就是说扰动进入系统的位置离输出(被调量)越远,对系统 控制质量的影响就越小。 能源与动力工程学院 3.2控制通道特征参数对控制质量的影响 (1)放大系数Ko对控制质量的影响 控制通道的放大系数KPKo 为互补关系,可以通过调 整调节器的比例系数KP 保证两者乘积满足设计要 求。 KPK0=Cons.稳定性不变 K01K02K03 左图中Kp保持不变, 说明了? 被控对象放大系数Ko对控制质量的影响 能源与动力工程学院 (2)时间常数T 对控制质量的影响 控制通道的时间常数T 如果增大,系统的反应速度慢,工作频 率下降,过渡过程时间加长。因此减小控制通道的时间常数,能 提高控制系统的控制质量。控制通道的时间常数T 分别为20、30、 40时的仿真曲线如下图所示: 时间常数T 对控制质量的影响 能源与动力工程学院 (3)惯性对象阶次n 对控制质量的影响 控制通道的惯性对象阶次n 越小越好,这样可使系统的动态 偏差、过渡过程时间减小,稳定性裕度增大。控制通道的惯性对 象阶次n 分别等于2、3、4时的仿真曲线如下图所示: 惯性对象阶次n 对控制质量的影响 (4)有迟延对象时间常数Tc 对控制质量的影响 能源与动力工程学院 控制通道存在迟延时,将对控制质量产生不利的影响。控制 通道的迟延时间τ越大, 系统的动态偏差、过渡过程时间越大。 有迟延对象时间常数Tc增加, 系统的动态偏差、过渡过程时间增 大,稳定性裕度减小,说明时间常数Tc减小能提高系统的控制质 量。有迟延对象时间常数Tc分别为25、110、150时的仿真曲线如 下图所示: 被控对象阶跃响应 关键: τ/ Tc 被控量输出 有迟延对象时间常数Tc 对控制质量的影响 能源与动力工程学院 Simulink作业 对象参数(控制对象与干扰对象)变化时 对系统控制质量的影响 能源与动力工程学院 四、单回路控制系统的整定 控制系统的整定是指在控制系统的结构已经确定、控制仪表 与控制对象等都处在正常状态的情况下,通过选择调节器的参数 (δ、Ti 、Td) 使控制系统的运行达到最佳状态,取得最佳的控制 效果。控制系统的整定有理论计算方法(略)和工程整定方法。 4.1动态参数法(阶跃响应曲线法、图表法) 在生产过程中对于典型的热工被控对象,可以根据其阶跃响应 特性曲线,通过作图和查表的方法对调节器参数进行整定,其典型 特征为开环特性实验。 下面以过热蒸汽温度控制系统的调节器参数整定过程为例进行 介绍,通过试验可得过热蒸汽温度在减温水扰动下的阶跃响应曲线: 能源与动力工程学院 x x0 t y ? 0 Tc y(∞) t 根据响应曲线可计算被控对象的相应特征参数: 自平衡率或放大系数,时间常数Tc,及τ/ Tc。查表 能源与动力工程学院 动态参数法计算公式(有自平衡能力对象,φ=0.75) 控制器 ? Tc ? 0.2 Kp 1/ετ 0.2 ? Tc ? 1.5 Td / Ti / Kp Ti / Td / P ? Tc ? 0.7 2.6 K (? Tc ? 0.08) PI 0.83/ετ 3.3τ PID 1.25/ετ 2τ 0.5τ ? Tc ? 0.6 0.8Tc / 2.6 K (? Tc ? 0.08) ? Tc ? 0.88 0.81Tc 2.6 K (? Tc ? 0.15) +0.19τ 0.25Ti 能源与动力工程学院 动态参数法计算公式(无自平衡能力对象,φ=0.75) 控制器 P PI PID Kp 1/ετ 0.83/ετ 1.25/ετ Ti / 3.3τ 2τ Td / / 0.5τ 动态参数法计算调节器参数需注意: 1、适用由等效调节器与广义对象组成的单回路系统方框图。 2、分为两种情形获得调节器参数(1)已知阶跃响应曲线)已知对象高阶传递函数。 能源与动力工程学院 x x0 注意:若单回路系统中除调节 器、被控对象外其他各环节不 t 为1,则需由阶跃响应曲线首 先确定(广义)对象与(等效) y ? 0 Tc y(∞) 调节器。然后再确定最终需整 定参数与查表所得的(等效) t 调节器参数之间的关系。) 已知对某单回路系统对象进行阶跃响应试验曲线,试整定调节器(PID)参数 (假设执行器、变送器、阀门系数均为1)。 步骤:1)求 τ/ Tc , 2)查表计算Kp、Ti、Td。 能源与动力工程学院 r + e WT (s) 调节器 VT WZ (s) 执行器 μ x Wμ (s) W0 (s) 被控对象 y Vm Wm (s) 测量变送器 若已知x为阶跃输入,y为响应输出的阶跃响应曲线,Kz=1.5, Kμ=2, Km=0.1试整定调节器 (PI)参数 步骤: 1)确定等效调节器与(广义)对象。将上述单回路系 统等效为只有一个调节器一个对象的单回路简图。确定等效调 节器WT*(s)各参数与实际待整定调节器WT(s)参数之间的关系。 2)求 τ/ Tc , 3)查表计算Kp*、Ti* ,进而求调节器参数Kp、Ti 。 能源与动力工程学院 r + e WT (s) 调节器 VT W0 (s) Vm 某单回路系统如上图所示,已知对象高阶传递函数: W0 ( s) ? 1.6 (1 ? 10s)6 ,试整定调节器WT(s)(PI型)参数。 步骤:1)由n=6,查表 得τ/ Tc 及Tc /T,计算得 Tc 。 2)查动态参数表右侧 计算调节器参数。 能源与动力工程学院 4.2 临界比例带法 直接通过闭环系统的试运行来确定调节器的参数。 ? 将调节器的积分时间Ti调至无穷大,微 分时间Td调至零; ? 将比例带δ调至较大值,然后使系统投 入闭环运行; ? 逐渐减小比例带δ,直至调节过程出现 等幅振荡为止; ? 根据此时的比例增益KpK(比例带δK)和 振荡周期TK 通过查表确定调节器参数。 ? 在系统中微调,直到满意为止。 能源与动力工程学院 临界比例带法计算公式(φ=0.75) 控制器 P Kp KpK/2 Ti / Td / KpK/2.4 KpK/2.2 KpK/3.0 KpK/1.67 KpK/2.1 / 0.85TK 0.6TK 0.5TK 0.6TK / / / 0.25Ti PI PID 注:表中各控制器中上栏数据用于无自平衡能力对象,下栏适用于有自平衡能力 对象。 能源与动力工程学院 4.3 衰减曲线法 ? 将调节器的积分时间Ti调至无穷大, 微分时间Td调至零; ? 将比例带δ调至较大值,然后使系 统投入闭环运行; ? 根据调节过程曲线时比例增益Kps及衰减周期Ts; ? 根据衰减周期Ts通过查表确定调节 器参数。 ? 在系统中微调,直到满意为止。 能源与动力工程学院 衰减曲线) 控制器 P PI PID Kp Kps Kps/1.2 Kps/0.8 Ti / 0.5Ts 0.3Ts Td / / 0.1Ts 衰减曲线) 控制器 P PI PID Kp Kps Kps/1.2 Kps/0.8 Ti / 2tr 1.2tr Td / / 0.4tr 能源与动力工程学院 4.4 经验法 参数整定找最佳,从小到大顺序查 先是比例后积分,最后再把微分加 曲线振荡很频繁,比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢,积分时间往下降 曲线波动周期长,积分时间再加长 曲线振荡频率快,先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线 一看二调多分析,调节质量不会低 能源与动力工程学院 Simulink作业 调节器参数整定(对象阶次不低于3阶) 响应曲线法、临界比例带法、衰减曲线法 能源与动力工程学院 五、 自动控制系统的实现 自动控制系统中除需要掌握调 节器和调节对象的特性外,在实际 中还需了解调节机构(如阀门)和 测量变送器的特性,其中调节机构 特性需要引起重视。它是否满足要 求可以影响自动控制系统的控制品 质。 5.1 阀门特性 注意:漏流量、阀门阻力与管路阻 力的比值。 能源与动力工程学院 5.2 自动调节系统的手动/ 自动切换与自动跟踪 (1)调节系统的手动/ 自动切换 (2)调节系统中的自 动跟踪 能源与动力工程学院 5.3 单回路控制系统实例 MRE:强制手动manual reject PLW:优先关 priority lower PRA:优先开 priority raise 超驰控制(override control): 又叫取代控制也称选择性控制系 统,它的特点是:在正常工况下, 该参数不会超限,所以也不考虑 对它进行直接控制;而在非常工 况下,该参数会达到极限值,这 时又要求采取强有力的控制手段, 避免超限。选择性控制属于极限 控制一类。 泵跳闸 泵准备启动

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