《术语和指标》PPT课件.ppt
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1、第二章第二章 术语和指标术语和指标 第一节名词术语第一节名词术语一、调节与控制一、调节与控制 有有三三种种理理解解,本本书书以以第第一一种种理理解解为为准准,即即控控制制包包含含了了调调节节,凡凡是是用用到到“调调节节”的的字字眼一律改为控制。眼一律改为控制。二、变送器二、变送器变送器指通过检测元件变送器指通过检测元件(传感器传感器)接受被测变接受被测变量量(参数参数)信号并将它转换成通用的标准输出信号并将它转换成通用的标准输出信号的仪表。信号的仪表。变送器与传感器的主要区别是变送器输出变送器与传感器的主要区别是变送器输出的是标准信号,而传感器输出的信号则不的是标准信号,而传感器输出的信号则不
2、一定是标准的。一定是标准的。三、被调对象和被调参数三、被调对象和被调参数工业生产用到的各种设备,多半有物质或能量工业生产用到的各种设备,多半有物质或能量进出。例如,水箱就是有物质进出的设备,电进出。例如,水箱就是有物质进出的设备,电动机就是有能量进出的设备,热交换器就是既动机就是有能量进出的设备,热交换器就是既有物质又有能量进出的设备。有物质又有能量进出的设备。为了保证这些设备工作在安全经济状态,必须为了保证这些设备工作在安全经济状态,必须对其中的某个参数进行调节,如水箱里的液位、对其中的某个参数进行调节,如水箱里的液位、电动机的转速、热交换器的出口温度等。电动机的转速、热交换器的出口温度等。
3、这些参数就是这些参数就是“被调参数被调参数”,或称为,或称为“被调变被调变量量”、“被控变量被控变量”,有关的设备就是,有关的设备就是“被调被调对象对象”或或“被控对象被控对象”。四、设定值四、设定值设定值也叫给定值,是为了达到安全高效生设定值也叫给定值,是为了达到安全高效生产的目标,希望被调参数保持的数值。产的目标,希望被调参数保持的数值。如果实际被调参数偏离了这个值就需要进行如果实际被调参数偏离了这个值就需要进行调节,而调节的最终结果应该将它调回到这调节,而调节的最终结果应该将它调回到这个目标值上来。个目标值上来。如果设定值是恒定不变的,希望自动调节系如果设定值是恒定不变的,希望自动调节系
4、统把被调参数维持在恒定的数值上,这样的统把被调参数维持在恒定的数值上,这样的自动调节称为自动调节称为“定值调节定值调节”。如果设定值随时间连续变化,希望被调参数如果设定值随时间连续变化,希望被调参数靠自动调节系统跟着设定值一起改变,这样靠自动调节系统跟着设定值一起改变,这样的自动调节就称为的自动调节就称为“随动调节随动调节”。五、扰动五、扰动 如果被调对象和外界没有物质或能量的进出,如果被调对象和外界没有物质或能量的进出,或者虽有进出却处于稳定的平衡状态,就没必或者虽有进出却处于稳定的平衡状态,就没必要进行调节。要进行调节。例如:例如:当水箱没有液体进出时,其液位永远不会改变。当水箱没有液体进
5、出时,其液位永远不会改变。即使有进有出,但是进出平衡时,液位也不会即使有进有出,但是进出平衡时,液位也不会改变。改变。电动机的电源和负载都稳定时,其转速不会改电动机的电源和负载都稳定时,其转速不会改变。变。热交换器的进口流量、温度、出口流量都不变热交换器的进口流量、温度、出口流量都不变时,出口温度也不会变化。时,出口温度也不会变化。但实际运行中的生产设备总免不了受到各种各但实际运行中的生产设备总免不了受到各种各样的干扰。样的干扰。例如:负载的变化、电源电压的波动、原料质例如:负载的变化、电源电压的波动、原料质量或数量的变化,甚至环境条件的改变等,归量或数量的变化,甚至环境条件的改变等,归根到底
6、是物质流或能量流的波动,这些都会破根到底是物质流或能量流的波动,这些都会破坏被调参数的稳定。所有这一切对稳定不利的坏被调参数的稳定。所有这一切对稳定不利的消极因素统称为消极因素统称为“扰动扰动”。如果扰动产生在系统的内部,称为内部扰动;如果扰动产生在系统的内部,称为内部扰动;反之,当扰动产生在系统的外部时,则称为外反之,当扰动产生在系统的外部时,则称为外部扰动。外部扰动是系统的输入量。部扰动。外部扰动是系统的输入量。六、偏差六、偏差出现扰动的结果是使被调参数偏离设定值。出现扰动的结果是使被调参数偏离设定值。偏离的程度用偏离的程度用“偏差偏差”的大小来衡量,偏差的大小来衡量,偏差的方向用偏差的符
7、号来表示。例如,被调对的方向用偏差的符号来表示。例如,被调对象是过热器,被调参数是温度,设定值是象是过热器,被调参数是温度,设定值是540,实际温度是,实际温度是535,偏差就是,偏差就是5。反之为反之为+5。由此可见,偏差的定义是:。由此可见,偏差的定义是:偏差偏差=实际被调参数设定值实际被调参数设定值 (2-1)或或 偏差偏差=设定值实际被调参数设定值实际被调参数 (2-2)如如果果是是人人工工调调节节,首首先先应应该该判判断断被被调调参参数数是是否否合合适适,才才能能决决定定要要不不要要加加以以调调节节,往往哪哪个个方方向向调调节节,调调节节多多少少。实实际际上上就就是是根根据据偏偏差差
8、指指导导人人的的调调节节行行为为,从从而及时有效地抑制扰动,使被调参数恢复正常。而及时有效地抑制扰动,使被调参数恢复正常。自自动动调调节节也也是是如如此此,只只不不过过是是用用检检测测仪仪表表代代替替人人的的观观察察,用用自自动动调调节节器器里里的的运运算算代代替替人人的的判判断断和和决决策策,用用执执行行器器代代替替人人手手操操作作。总总之之,偏偏差差是是调调节节动动作作的的依依据据。偏偏差差的的有有无无决决定定要要不不要要调调节节,偏偏差差的的正正负负决决定往哪个方向调节,偏差的大小决定调节多少。定往哪个方向调节,偏差的大小决定调节多少。绝绝大大多多数数自自动动调调节节任任务务实实质质上上
9、就就是是要要使使偏偏差差自自动动减减少少甚甚至至消消除除。经经过过自自动动调调节节,如如果果仍仍没没有有把把偏偏差差完完全全消消除除,则则其其剩剩余余部部分分叫叫做做“残残余余偏偏差差”,也也叫叫“余差余差”或或“静差静差”。七、七、PID控制控制PID控制表示比例控制表示比例(P)-积分积分(I)-微分微分(D)控制,控制,理想理想PID控制的数学表示式为:控制的数学表示式为:(2-3)式中:为控制器输出;为控制器输入式中:为控制器输出;为控制器输入(测量测量值与设定值的差值,即偏差值与设定值的差值,即偏差);为控制器比;为控制器比例增益;例增益;TI为积分时间;为积分时间;TD为微分时间。
10、为微分时间。所谓增益,是指调节器的输出相对变化量所谓增益,是指调节器的输出相对变化量与相应输入的相对变化量之比。与相应输入的相对变化量之比。有时也用比例度或比例带或表示比例作用有时也用比例度或比例带或表示比例作用的强弱,比例带等于增益的倒数乘以的强弱,比例带等于增益的倒数乘以100 积分时间的定义:积分时间的定义:当当PI调节器的输入变量为阶跃变化时,自阶调节器的输入变量为阶跃变化时,自阶跃起始到输出变量达到施加阶跃时刻输出跃起始到输出变量达到施加阶跃时刻输出值的两倍时为止的时间。值的两倍时为止的时间。也可以理解为:在偏差阶跃输入作用下,也可以理解为:在偏差阶跃输入作用下,调节器的输出达到比例
11、输出两倍时所经历调节器的输出达到比例输出两倍时所经历的时间,即为积分时间。的时间,即为积分时间。微分控制依据偏差变化速度来动作,它的微分控制依据偏差变化速度来动作,它的输出与输入偏差变化的速度成比例,其作输出与输入偏差变化的速度成比例,其作用是阻止被控变量的一切变化,有超前调用是阻止被控变量的一切变化,有超前调节的作用,对滞后大的对象有很好的效果。节的作用,对滞后大的对象有很好的效果。八、操纵变量八、操纵变量操纵变量也称调节变量或操作量、控制变操纵变量也称调节变量或操作量、控制变量、控制量。决定被控变量的物理量称为量、控制量。决定被控变量的物理量称为操纵变量,或由控制操纵变量,或由控制(调节调
12、节)作用改变去控制作用改变去控制被控变量的物理量称为操纵变量。操纵变被控变量的物理量称为操纵变量。操纵变量是调节器对生产设备施加影响以抑制扰量是调节器对生产设备施加影响以抑制扰动的操纵信号。有相当多的调节器用于调动的操纵信号。有相当多的调节器用于调节管路里的流体,其操纵变量决定阀门的节管路里的流体,其操纵变量决定阀门的开度,这时的操纵变量也叫开度,这时的操纵变量也叫“阀位指令阀位指令”。九、前馈调节与反馈调节九、前馈调节与反馈调节反馈调节是根据被控变量的偏差进行调节的。反馈调节是根据被控变量的偏差进行调节的。当系统受到扰动后,只有等到被控变量变化当系统受到扰动后,只有等到被控变量变化并出现偏差
13、时调节器才起作用,而被调对象并出现偏差时调节器才起作用,而被调对象总是存在惯性和迟延的,所以从扰动出现到总是存在惯性和迟延的,所以从扰动出现到被控变量出现偏差要有一定的时间,故调节被控变量出现偏差要有一定的时间,故调节作用落后于扰动,调节过程中必然会产生动作用落后于扰动,调节过程中必然会产生动态偏差。态偏差。前馈调节不是根据偏差而是根据扰动进行调前馈调节不是根据偏差而是根据扰动进行调节的,因此,前馈调节就有可能及时地消除节的,因此,前馈调节就有可能及时地消除扰动的影响而使被控变量基本保持不变。直扰动的影响而使被控变量基本保持不变。直接根据造成被控变量偏差的原因进行的调节接根据造成被控变量偏差的
14、原因进行的调节称为前馈调节。称为前馈调节。十、正作用和反作用十、正作用和反作用如果调节器的输出变量随被控变量的增大如果调节器的输出变量随被控变量的增大而增大,就叫做正作用。反之,若调节器而增大,就叫做正作用。反之,若调节器的输出变量随被控变量的增大而减小,就的输出变量随被控变量的增大而减小,就叫做反作用。叫做反作用。设置调节器正反作用的目的是保证控制系设置调节器正反作用的目的是保证控制系统成为负反馈。负反馈准则要求控制系统统成为负反馈。负反馈准则要求控制系统开环总增益为正,因为系统已设计为负反开环总增益为正,因为系统已设计为负反馈,所以系统各环节放大倍数乘积(即开馈,所以系统各环节放大倍数乘积
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