第五章 单回路控制系统设计
5-1 概述
5-2 单回路反馈控制系统的组成
5-3 单回路控制系统的分析
5-4 单回路控制系统的设计
5－ 5 单回路控制系统的参数整定上一页 下一页 返回单回路控制系统又称为简单控制系统。虽然简单，但应用较广；过程控制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。
§ 5-1 概述
单回路反馈控制系统是所有反馈控制系统中最简单、最基本、应用最广泛的一种控制系统。
它能解决大量工业生产中的过程控制问题
其他各种常规复杂控制系统都是以单回路系统为基础发展起来的。
很多常规复杂系统的整定都利用了单回路系统的整定方法
。
近来发展起来的计算机控制系统也要用到单回路的知识。
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5－ 2 单回路控制系统的组成
3－ 2－ 1
液位变送器 液位控制器 执行器
1、典型例子,见下图单回路控制系统是由一个调节器、一个变送器、一个执行器和被控对象组成。
上一页 下一页 返回
2、系统方框图
3、工作原理上一页 下一页 返回
TC
TT
蒸汽冷流体凝流
T
换热器温度控制系统调节器温度测量并将其转换为
TC可接受信号的仪表上一页 下一页 返回被控对象：
被控变量：
调节变量：
输入信号：
输出信号：
换能器被加热介质出口温度 T
热载体的流量被控变量调节变量调节器
TC
执行器
（气动调节阀）
对象
（ 换能器）
测量元件及变送器
（ TT）
R
Z
E P Q T
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5-3 单回路控制系统的调节过程分析
5－ 3－ 1 平衡状态分析
5－ 3－ 2 干扰分析
5－ 3－ 3 调节过程分析上一页 下一页 返回
5－ 3－ 1 平衡状态分析
TC
TT
蒸汽冷流体凝流
T
换热器温度控制系统当流入系统的蒸汽传递给冷流体的热量，使被加热物料出口温度维持在所要求温度上时，设蒸汽的量和品质不变，冷流体的量和品质也保持不便，则控制系统处于平衡状态，并净保持该动态平衡，直至有信的扰动量发生，或人们对被加热物料出口温度
T有信的要求。
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5－ 3－ 2 干扰分析TC
TT
蒸汽冷流体凝流
T
换热器温度控制系统该系统主要干扰来自：
冷流体流量的变化冷流体温度的变化蒸汽源不够稳定蒸汽温度的变化换能器环境温度的变化冷流体流量的变化：流量上升，出口温度 T下降冷流体温度的变化：冷流体温度上升，出口温度 T上升蒸汽源不够稳定：蒸汽压力上升导致流量的上升，出口温度 T上升这些干扰一般是随机性质的，无法预知，但当他们最终影响到出口温度 T时，控制系统都能够加以克服 上一页 下一页 返回
5－ 3－ 3 调节过程分析干扰?T?热电阻阻值 温度变送器?电流
Z反馈测量值?E?P?Q?T
调节器
TC
执行器
（气动调节阀）
对象
（ 换能器）
测量元件及变送器
（ TT）
R
Z
E P Q T
无论是由于何种原因，何种干扰，只要它的作用使出口温度 T有了变化，控制系统就能通过调节器来克服，使出口温度 T回到原来的平衡状态。
上一页 下一页 返回干扰?T?热电阻阻值 温度变送器?电流
Z反馈测量值?E?P?Q?T
调节器
TC
执行器
（气动调节阀）
对象
（ 换能器）
测量元件及变送器
（ TT）
R
Z
E P Q T
5－ 3－ 3调节过程分析上一页 下一页 返回
5－ 3－ 3 调节过程分析如果是正反馈如果调节器和执行器的作用方向选择错了系统将不能克服干扰。
上一页 下一页 返回
5-4 单回路控制系统的设计
5－ 4－ 4 控制器的选择
5－ 4－ 1 概述
5－ 4－ 2被控参数和控制参数的选择
5－ 4－ 3 执行器的选择上一页 下一页 返回
5－ 4－ 1 概述
过程控制系统设计的要求过程控制系统的设计步骤
控制系统的工程考虑上一页 下一页 返回一,过程控制系统设计的要求
1、安全性
2、稳定性
3、经济性二,过程控制系统的设计步骤
4、实验（与仿真）
1、建立被控过程的数学模型
2、选择控制方案
3、选择控制设备型号规格控制结构：
控制算法：
上一页 下一页 返回
2、选择控制方案
（ 1）控制结构：反馈控制、前馈控制反馈控制：利用被控变量的直接测量值调节控制变量，使被控变量保持在预期值。具有结构简单，适应性强，被控对象可以很好得到控制的特点。
上一页 下一页 返回前馈控制：利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，
使被控变量保持在预期值。与反馈系统不同，前馈控制本质上是在系统存在比较显著、出现频繁扰动时对系统干扰的一种补偿控制，可有效抑制扰动对被控量的测量。
2、选择控制方案
（ 1）控制结构：反馈控制、前馈控制
+
-
R ( s ) E ( s ) C ( s )
)(1 sG
)( sG r
+
-
-
+R ( s ) E ( s )
N ( s )
C ( s )
图 3 - 2 6 按 扰 动 补 偿 的 复 合 控 制 系 统
)(
2
sG)(
1
sG
)( sG n
上一页 下一页 返回
2、选择控制方案
（ 2）控制算法
PID控制串级控制比值控制前馈控制均匀控制
SMITH预估控制解耦控制推断控制预测控制模糊控制自适应控制人工神经网络控制上一页 下一页 返回三、控制系统的工程考虑包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。
(2)、对象信息的获取和变送
(3)、执行器的选择
(4)、控制器的选择
3、工程安装
4、仪表调试
5、参数整定
2、工程设计
1、方案设计是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意：
(1)、合理选择被控量 (被控参数 )和操纵量 (控制参数 )
上一页 下一页 返回
是控制系统方案设计的一个至关重要的问题。
恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、改善劳动条件有很大的作用。
若选择不当，则不论组成什么样的控制系统，选择多么先进的过程检测控制仪表，都不能达到良好的控制效果。
一、被控参数 (即被控量 )的选择
1.选择的意义
5-4－ 2 被控参数和控制参数的选择影响正常操作的因素很多，但并非都需加以控制。
只有根据工艺要求，深入分析工艺过程，才能选择出合适、可测的工艺参数。 上一页 下一页 返回
2,选择方法
(2).选间接参数当选直接参数有困难时采用。 (如用反应釜的温度控制间接实现化学反应的质量控制。 )
(1).选直接参数即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全运行的参数。 (如锅炉锅筒的水位控制。 )
上一页 下一页 返回
3,选间接参数的原则
必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状 。
间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。
间接参数要有足够的灵敏度。
上一页 下一页 返回二、控制参数 (即控制量 )的选择当生产过程中有多个因素能影响被控参数 (量 )变化时，应分析过程扰动通道特性与控制通道特性对控制质量的影响，正确地选择可控性良好的变量作为操纵 (控制
)量。
一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应应比扰动通道快。
上一页 下一页 返回选择控制参数的一般原则如下：
1)选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为控制变量
2） 在以上条件下，选择变化范围较大的输入变量作为控制变量，以便易于控制
3）在条件 1）的基础山，选择对被控变量作用效应较快的输入变量作为控制变量，使控制的动态响应较快。
4）在复杂控制系统中，所选择的控制变量对响应的被控变量有直接的影响，而对其他输出变量的影响应该尽可能的小，以便使不同回路之间的关联比较小。
上一页 下一页 返回
5-4－ 3 对象特性对控制质量的影响系统对象的特性：放大倍数 K,时间常数 T,滞后时间
sesTsT KsU sYsG )1)(1()( )()(
21
控制质量：衰减比、最大偏差、静态偏差、调节时间等系统对象的特性对控制质量有什么样的影响？
在控制系统的设计中应该选择多大的 K,T和？
(一 )、过程静态参数对控制质量的影响
(1).基本形式,如图 3-3所示
1.系统的简化方框图
)(sGc )(sG
)(sGd
)(sR )(sC
)(sD
-
上一页 下一页 返回
(2).突出干扰作用,框图如下图所示
)(sGc )(sG
)(sGd
)(sR )(sC
)(sD
-
上一页 下一页 返回
)(sGd
)(sG)(sG
c
－
)(sC)(sD
2.传递函数
cc KsG?)(
1)( sT
KsG
o
o
则在定值控制下输出对干扰的闭环传递函数为设传递函数分别为 1
)( sT KsG
d
d
d
)1()1)(1(
)1(
)()(1
)(
)(
)(
sTKKsTsT
sTK
sGsG
sG
sD
sC
docdo
od
c
d
)(sGd
)(sG)(sG
c
－
)(sC)(sD
上一页 下一页 返回
3.稳态余差系统本质是稳定的,
)1()1)(1(
)1(
)()(1
)(
)(
)(
sTKKsTsT
sTK
sGsG
sG
sD
sC
docdo
od
c
d
二阶系统，只要系数是正的，则系统是稳定的上一页 下一页 返回
3.稳态余差
)(lim)( tcc t
由于系统本质是稳定的，则在单位阶跃扰动下的余差为
)]1()1)(1[(
)1(lim
0
sTKKsTsTs
sTKs
docdo
od
s
K
K
KK
K d
oc
d
11
上一页 下一页 返回
过程稳态特性对控制质量有很大影响，这是选择操纵参数的一个重要依据。
应使 Kd越小越好，以减弱扰动对控制参数的影响。
4,讨论
最佳控制过程中,KcK0应为一常数,K0大小可通过 Kc来调节。
在控制系统设计时，控制通道的 K0拟适当选大一些。
K
K
KK
Kc d
oc
d
11)(
上一页 下一页 返回
(二 ).干扰通道动态特性对控制质量的影响
1.时间常数 Td的影响
)]()(1)[1(
1
)()(1
)(
)(
)(
sGsGsT
sGsG
sG
sD
sC
cd
c
d
1
1)(
sTsG dd
0)]()(1)[1( sGsGsT cd
干扰通道增加一个惯性环节特征方程增加了一个极点上一页 下一页 返回
)(sGd
)(sG)(sG
c
－
)(sC)(sD
dT
a 1
0)]()(1)[1( sGsGsT cd
特征方程增加了一个极点
dT
a 1
aTd 附加极点延实轴向虚轴靠近过渡时间减小，过渡过程的幅值缩小了 Td
控制过程的最大偏差减小，超调量减小控制质量得到提高。
结论：干扰通道时间常数的增加，控制过程的最大偏差减小，
超调量减小
1.时间常数 Td的影响上一页 下一页 返回
)1)(1(
1)(
21
sTsTsG
dd
d
干扰通道增加 2个惯性环节
0)]()(1)[1)(1( 21 sGsGsTsT cdd
特征方程增加了 2个极点
21
1,1
dd T
bTa
过渡过程的幅值缩小了 Td1 Td2 控制质量得到进一步的改善
Td变大或个数增多，均对干扰起到了一种滤波作用。
上一页 下一页 返回
2,滞后时间?的影响
干扰通道的纯滞后时间仅使被控参数对其反应在时间上平移了一段 时间,理论上无影响。
干扰通道的容量滞后会使干扰信号变得缓和一些
，对克服干扰有利。
)()(1
)(
)(
)(
sGsG
esG
sD
sC
c
s
d
)()()(1 )()( sDsGsG esGsC
c
s
d
)()( tctc )()( tc tc
无滞后被控参数值有滞后被控参数值上一页 下一页 返回
3.干扰作用位臵的影响
(1).分析,如以下两图。
在系统设计时，应使扰动作用点位置远离被控量。
(2).结论上一页 下一页 返回
)(sGc )(sGv )(1 sGo )(2 sGo )(3 sGo
)(sGc )(sGv )(1 sGo )(2 sGo )(3 sGo
)(1 sGo )(2 sGo )(3 sGo
)(2 sGo )(3 sGo
)(3 sGo
上一页 下一页 返回在系统设计时，应使扰动作用点位置远离被控量。
(2).结论结论：干扰通道时间常数的增加，控制过程的最大偏差减小，
超调量减小
Td变大或个数增多，均对干扰起到了一种滤波作用。
上一页 下一页 返回
(三 ).控制通道动态特性对控制质量的影响
(1).T太大
特点：使控制作用变弱，控制质量变坏。
措施：合理选择执行器位置；采用前馈或复杂控制,
1.时间常数 T的影响
(2).T过小
特点：控制作用增强，但系统容易振荡。
措施：选择快速监测、控制、执行器件；设法降低控制通道的灵敏度；改革工艺以使 T增大。
上一页 下一页 返回
(1).纯滞后?0的影响较大,如图所示。 应从工艺着手改善。
(2).容量滞后?c比较缓和，引入微分作用可有效克服。
2.滞后时间的影响上一页 下一页 返回
(四 ).选择控制参数的 一般 原则
1.控制通道 的放大系数 K0要适当选大一些；时间常数 T0要适当小一些；纯滞后时间?0越小越好,?0与 T0之比应小于 1.
2.扰动通道 的放大系数 Kd应尽可能小；时间常数 Td要大；扰动引入系统的位置要远离控制过程 (即靠近调节阀 )；容量滞后愈大，愈有利于控制。
3.注意 工艺操作的合理性、经济性。
上一页 下一页 返回
(五 ).实例讨论例 1：喷雾式乳粉干燥设备的控制（ P171) 。
1.工艺流程：
2.控制要求：
干燥后的产品含水量波动要小。
3.被控参数选择,
产品质量（水分含量）
干燥器里的温度上一页 下一页 返回选择乳液流量为控制参数时系统的框图方案 1：乳液流量为控制参数
4.控制 参数 的选择乳液直接进入干燥管，滞后最小，
对干燥温度的校正作用最灵敏，
而且干扰进入的位臵最接近调节阀，控制方案最佳。但乳液是生产负荷，选择其为控制参数，工艺上不合理。
上一页 下一页 返回方案 2：风量作为控制参数旁路空气量与热风量混合，
经风管进入干燥器。与方案
1比，控制通道时延较大，
对干燥温度校正作用灵敏度要差一些。
风量作为控制参数时系统的框图上一页 下一页 返回方案 3：蒸汽量作为控制参数蒸汽量经过换热器的热交换，
以改变空气的温度，由于换热器的时间常数大，所以此方案，控制通道时延最大，
对干燥温度校正作用灵敏度最差。
蒸汽量作为控制参数时系统的框图上一页 下一页 返回讨论后知，以风量作控制参数为最佳选择。
上一页 下一页 返回例 2 储槽液位控制上一页 下一页 返回
在自动控制系统中，接受调节器的指令；
经执行机构将其转换为相应的角位移或直线位移；
去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或物料。
调节机构执行机构一、概述
1,作用
2,组成
5－ 4－ 3 执 行 器 选 择上一页 下一页 返回
3,类型
液动执行器电动执行器滚动膜片机构
长行程机构活塞机构薄膜机构－－应用最广气动执行器上一页 下一页 返回气动执行器：以压缩空气为能源，结构简单，输出推力大，动作可靠，性能稳定，价格便宜，本质安全防爆型号,ZMAP-16.64
名称：气动薄膜单座调节阀公称压力,MPa1.6,4.0,6.4
公称通径,DN25～ DN300
温度,-40℃ ～ 450℃
二,执行器的结构与工作原理上一页 下一页 返回气动执行器：气动调节阀，由气动之行机构和气动调节机构组成，其外形图如图所示气动执行机构气动调节机构使用弹性膜片将输入气压转换为对推杆的推力，通过推杆使阀芯产生相应的位移，改变阀的开度输入：标准压力信号 p
输出：位移 L
pKALKLpA
1、结构上一页 下一页 返回
pKALKLpA
弹簧的刚度膜片的有效面积执行机构的推杆位移通入气室的信号压力当执行机构的规格确定,A和 K是常数，因此执行机构的位移与信号压力成比例关系当信号压力通入气室时，推杆产生位移，弹簧受压，直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力相平衡为止。推杆的位移范围就是执行机构的行程，推杆从零到全行程，
阀门就从全开（全关）到全关（全开）。
上一页 下一页 返回当信号压力通入气室时，推杆产生位移，弹簧受压，直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力相平衡为止。推杆的位移范围就是执行机构的行程，推杆从零到全行程，阀门就从全开（全关）
到全关（全开）。
2、工作原理上一页 下一页 返回气动执行机构气动调节机构调节机构：
控制阀：调节阀阀芯在阀体内上下移动时，
阀芯与阀座间的流通面积，
控制通过的流量。
从流体力学的观点，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件上一页 下一页 返回对不可压缩的流体，由能量守恒原理可导出调节阀的流量方程式
)27(
2
4
)(2 221
pgDppA
Q流量进口压力 出口压力阀连接管道的截面积流体密度阀的阻力系数
3、流量方程上一页 下一页 返回可见当 A为一定，（ p1-p2） 不变时，则流量仅随阻力系数变化。
阻力系数主要与流通面积（即阀的开度）有关，也与流体的性质和流动状态有关。调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现，也即改变阀门开度，就改变了阻力系数 ζ,从而达到调节 Q的目的。阀开得越大,ζ 将越小，则通过的流量将越大。
根据不同的使用要求，调节阀有多种机构形式。如：直通单座阀、直通双座阀、角型阀、三通阀、高压阀、碟阀、隔离阀等。
这些阀可与气动执行机构构成气动执行器，也可与电动执行机构配合构成电动执行器。
)27(
2
4
)(2 221
pgDppA
Q
上一页 下一页 返回三、执行机构的正反作用反作用 --控制气压增加时，
其开度减小正作用 — 控制气压增加时，其开度增加。
上一页 下一页 返回四,控制阀的流量特性
1、概念
m a xQL,Ql
)33()Ll(fQ Q
m a x
理想 (固有 )流量特性 --假定阀前后差压不变。
工作 (实际 )流量特性,
2、类型介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的相对关系上一页 下一页 返回
(一 )、理想流量特性
取决于阀芯曲面的形状。
1、直线流量特性
(1)、定义：控制阀的相对流量预相对开度成直线关系，即
).43(KLldQ Qd
m a x
)
QQ
Ll
.,,,,,,,,(CK1
)
QQ
0l
.(C
R
1
Q
Q
C
L
l
KCLl
m a x
m i nm a x
m i n
ｄ＝Ｋ
Ｑ
Ｑ
由上式，
ｍａｘ
(2)、特性方程 调节阀的可调比
2、其他流量特性
)53(Ll)1R(1R1Q Q
m a x
(3)、特点：适于在较大开度下使用。 (注：国产阀，可控比 R=30)
对数特性：小流量时，控制作用平缓；大流量时，
控制作用灵敏有效，克服了直流特性的不足。
快开特性：适于要求快速开、闭的控制系统。
抛物线特性：介于直线特性与对数特性之间，弥补了直线特性小开度时控制性能差的缺点。
上一页 下一页 返回
(二 )、工作流量特性
(1)、阀上的差压：如图 3-10所示。
1、串联管道中的特性上一页 下一页 返回
(2)、流量特性
(1)、并联的目的：冗余措施；增大产量 (流量 )
(2)、可调比：在下图中，设
Q1--调节阀流量； Q2--旁路阀流量 ;
Q---总管流量 ;
1
L
l
f)1s(
1
L
l
f
Q
Q
21m ax
2、并联管道的流量特性上一页 下一页 返回可控比
2m i n.1
m a x
r QQ
QR
2
m a x
r Q
Q
x1
11R
x)1R(R
RR?
通常并联管道的工作流量图上一页 下一页 返回
(3)、流量特性
选择原则是广义对象具有线性特性，即总放大系数为常数。
选择方法可分为理论计算法和经验法两大类。
由对象特性?选工作特性?推理想特性?查厂家手册。
)x1(
L
lxf
Q
Q
m a x
上一页 下一页 返回五、控制阀作用方式的选择
选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。
1、从生产的安全出发
2、从保证产品质量考虑
3、从降低原料和动力的损耗考虑
4、从介质特点考
(一 )、气开气关方式的选择
执行机构与阀体部件的配用有表可查。
先选气开、气关方式，再选执行机构。
(二 )、执行机构正、反作用方式的选择上一页 下一页 返回
§ 3-4 控制器的选型
积分控制作用能消除余差，但降低了系统的稳定性。
TI愈小，稳定性愈差。
信号通道在被控参数和控制参数确定之后就定下来了。
根据对象特性和控制质量要求 选择控制器的控制作用 确定控制器的类型。
随着控制器放大系数 Kc的增大，控制系统的稳定性降低。 (与自控理论的分析一致。 )
随着 Kc的增大，余差将减少，但不能消除。
二、积分控制作用对控制质量的影响一、比例控制作用对控制质量的影响三、微分控制作用对控制质量的影响
引入微分控制作用后，控制质量将全面提高。
微分作用太强，会引起控制阀时而全开、时而全关。
（一）比例调节器比例调节器的微分方程为
eKp p?
传递函数为
pKsW?)(
频率特性为
pKjW?)(?
t0
e
t0
p
peK
0
)(?L
pKlg20
lg
阶跃响应特性对数幅频特性
eKp
上页 下页输出 p与输入 e成正比，偏差一出现，就能及时的产生与之成比例的调节作用，因此具有调节及时的特点，它是最基本的一种调节规律。
若用仅具有比例调节作用的调节器构成系统时，则会产生静态偏差（简称静差）。
比例调节器的优点比例调节器的缺点上一页 下一页 返回在阶跃输入下，积分作用的响应曲线示于图 4-4。 Ti是一常数，它表示积分速度的大小。 Ti越大，积分速度越慢，积分作用越弱；反之,Ti越小，积分作用越强。
e dtTp
i
1
（ 二）比例积分调节器积分作用是指调节器的输出与输入的积分成比例的作用，其微分方程为阶跃响应特性
t0
e
t0
p
上页 下页积分作用的优点是,调节器的输出与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会随时间不断增长，直到偏差消除，调节器的输出才不再变化。因此，积分作用能消除静差，这是它的重要优点。
积分作用的缺点,积分作用动作缓慢，在偏差刚出现时，
调节器作用很弱不能及时克服扰动的影响，指使被调节参数的动态偏差增大，调节过程拖长。 因此很少单独使用积分调节器，绝大多数都是将积分作用与比例作用合在一个调节器中形成比例积分调节器。
上一页 下一页 返回
dt
deTp
d?
微分作用的传递函数微分方程式为式中 Td—— 微分常数
sTsW d?)(
在阶跃输入下，微分作用的输出如图 4-7所示。在 t=t0瞬间加入阶跃信号，此时输入变化的速度很大，理论上为无限大；在 t＞ t0时，输入速度为零。若为理想的微分作用,则在 t=t0时输出应为无限大，在 t＞ t0十输出立即变为零。
e
0 tt0
e
0 tt0
图 4-7微分作用阶跃响应曲线上页 下页
（三）比例微分微分作用的特点是：输出只能反应偏差输入的变化速度，
对于一个固定不变的偏差，不管它的数值多大，根本不会有微分作用输出，因此它不能克服静差。当偏差变化很慢，
但经长时间积累达到相当大的数值时，微分作用也无能为力。所以在系统中不能使用单纯的微分作用，它需要与比例 作用配合构成比例微分调节器。
上一页 下一页 返回
(1)、特点：抗干扰能力强，过渡过程时间短，但有余差。
(2)、适用：控制通道滞后较小，负荷变化不大，
允许被控量在一定范围内变化的系统。
四、控制器的选型
应由对象的特性和工艺要求确定
1,P控制器的选择
2,PI控制器的选择
(1)、特点：对克服对象的容量滞后有显著的效果。
(2)、适用：负荷变化大，容量滞后大，控制质量要求很高的系统。
(1)、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的稳定性降低。
(2)、适用：滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统 。
负荷变化大，纯滞后大，采用 PID达不到要求时采用。
4、复杂控制系统
3,PID控制器的选择五、控制器正、反作用的选择
原则,使整个单回路构成负反馈系统 ---乘积为负。
1、控制阀：气开式为,＋,,气关式为,-” ；
2、控制器：正作用为,＋,,反作用为,-” ；
3、被控对象：物料或能量增加时，被控参数随之增加为,＋,,随之减少为,-” ；
4、变送器：一般为,＋,；
控制器正、反作用选择的判别式：
(控制器,±,)(控制阀,±,)(对象
,±,)=,-”
调节器 对象+
-
＋
－
xR x
Mp
q
一、方块的正负作用方向在控制系统方块图中，每一个方块都有一个作用方向问题。如作用方向为正，可在方块上标“＋”，
如作用方向为负，可在方块上标“－”
方块的正作用：该方块的输入信号增加，输出信号增加，输入信号减小，输出信号减小方块的负作用：该方块的输入信号增加，输出信号减小，输入信号减小，输出信号增加上一页 下一页 返回
iQ
oQ
测量仪表方块：由于测量值 Z总是随着被控变量而增加或减少，它们的变化是同方向的。因此，测量仪表方块的作用方向通常总是正作用方向的，可标“＋”。
被控对象模块：可能为正作用方向，也可能为负作用方向。
上一页 下一页 返回
1-1典型单回路控制系统
iQ
oQ
1-1典型单回路控制系统
LC
LC 液位槽液位槽oQ
iQ
oQ H
iQ H
－
＋
调节变量为 oQ
调节变量为 iQ
上一页 下一页 返回执行器：由于执行器中有改变方向的装臵，可为正作用，也可为负作用，其正负作用的选择取决于系统安全性的考虑因此在一个控制系统中，只剩下调节器的正反作用可以改变，以保证控制系统是负反馈控制系统上一页 下一页 返回例,DTL－ 121型电动调节器处于正作用状态
0,30%,1 0 0 di TsT?
若调节器的起始工作点为 6mA,试画出调节器在如图输入下的输出波形图。
t/s
mAe/?
0 20 40
3
解：该输入可看成如下两个输入的叠加在第一个输入下调节器的输出表达式为：
t t
i
tdte d t
T
eP
20 20
1
10
11)3
30
13()1(1
0
在第二个输入下调节器的输出表达式为：
t t
i
tdte d t
T
eP
40 40
2
10
11)3
30
13()1(1
0
stt
st
P 20
10
11
200
1
stt
st
P 40
10
11
400
2＋
sttt
stst
st
ppP
402
10
1
1
10
1
1
4020
10
1
1
200
21
t/s
mAp/?
0 20 40
3
2
5
t/s
mAp/
0 20 40
9
8
11
作业,DDZ－ III?型电动调节器,微分增益 Kd=10,假定初始输出值为 4mA，
m i n2m i n,2.0%,50 di TT?
在 t=0时加 0.5mA的阶跃信号，试依次画出 P,PI,PD作用下的响应曲线。
一、概述
§ 3-5 控制器的参数整定
如果控制方案已经确定，则过程各通道的静态和动态特性就已确定，系统的控制质量就取决于控制器各个参数值的设臵。
控制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程中控制器的比例度 δ,积分时间 TI、微分时间 TD的具体数值。
所谓最佳过渡过程，就是在某种质量指标下，系统达到最佳调整状态。
4,1递减比为最佳参数整定的常用依据。 4:1
二,PID参数整定的基本原则简单控制系统：广义对象和调节器，起控制质量的决定因素是被控对象的动态特性，其他因素是次要的。
当系统安装好后，系统能否在最佳状态下工作，
主要取决于调节器各参数的设臵是否得当调节器参数整定的问题已确定值得注意的问题：
控制系统的整定只能在一定的范围内起作用，
决不能误认为调节器参数的整定是万能的。
Why?
设计方案的不合理、
仪表选择不当、安装质量不高、被控对象特性不好通过调节器参数整定来满足工艺生产要求是不可能的。
衡量调节器参数最佳的标准：反映控制系统质量的性能指标性能指标最大动态偏差尽可能小调节时间最短系统输出误差的积分值最小问题：在改变调节器参数使某些性能指标得到改善的同时，又会使其他的指标恶化。
解决方法：灵活选择系统整定的性能指标。作为系统整定的性能指标，它必须能综合反应系统的控制质量，而同时又要便于分析和计算。
二,PID参数整定的基本原则单项性能指标和综合性能指标
（ 1）单项性能指标
（ 2）综合性能指标建立在系统闭环响应的某些特性上，，
衰减率、最大动态偏差、调节时间、振荡周期常用的有：
应用最广,4,1衰减比或 0.75衰减率是对偏差和调节时间的一个合理的折中。应根据生产过程的具体特点确定衰减比的数值。
IEIAE ITAEISE
单项性能指标优点,简单、直观、意义明确单项性能指标缺点,难以准确衡量，整定参数越多，难度越大。
三、系统整定的性能指标衡量控制系统性能的优良程度，希望它愈小愈好
1）误差积分
0 )( dtteIE
2）绝对误差积分
0 )( dtteIA E
3）平方误差积分
0
2 )( dtteIS E
4）时间与绝对误差乘积积分
0 )( dttetIT A E
（ 2）综合性能指标（误差积分性能指标）
系统输出误差的积分值最小三、系统整定的性能指标四、系统整定的方法
1：理论计算整定法
2：工程整定法基于被控对象的数学模型，通过计算方法直接求得调整器整定参数缺点：数学模型是近似的，实际调节器的动态特性和理想调节器动作规律也有差别，因此整定的参数只能是一个参考结果，而且整定方法很复杂繁琐，使用十分不便工程实际中较流行，一些方法基于对象的阶跃响应曲线，
另外一些是直接在闭环系统中进行的，方法简单，易于掌握。
经验凑试法、衰减曲线法、临界比例度法、响应曲线法等。
对数频率特性法、根轨迹法等。
1：理论计算整定法对简单的被控对象和控制规律，采用理论计算进行整定是可行的，但对复杂的被控对象和控制规律，采用理论计算进行整定则比较麻烦。
例 3－ 1 某单回路控制系统，其对象的传递函数为
)120)(14(
25)(
sssG
对比例控制规律的调节器进行整定。
设比例调节器的传递函数为
1)(?sG
c 试求比例度?
应整定为何值？
解,以 4,1衰减
2
0?t
0t
1y
2y
根据衰减率的定义
)c o s ()( tAety t
2
2)
2(
1
21 11
0
0
0
ee
e
ee
y
yy
t
tt
衰减系数
75.01 2e
221.0
系统的特征方程为
)120)(14(
25)(
sssG
1)(?sG
c
0)251(2480 2ss
系统的特征根
1 6 0
)251(3 2 024
1 6 0
24
1 6 0
)251(3 2 02424 22
2,1
s
j
160
24 224)251(320
160
1
221.0 160
24
224)251(320
160
1
%5.66
衰减系数
%100)x xe e(
m a xm a x
.x;x;e;e
m a x
m a x
输出变化量围控制器输出的变化全范输入变化量控制器输入的测量范围式中
对于单元组合仪表，
%.100K1
c
比例度 的概念：对于比例作用大小，工业控制器常用 δ 表示，其义为：
2、现场经验凑试法
2、现场经验凑试法
1）、常用的参数经验范围,如表 3-1所示
2）、整定步骤
(2)、引入积分作用 (此时应将上述?加大 1.2倍 )
若曲线偏离给定值后长时间回不来，则需减少 TI，
以求得较好的过渡过程曲线。
积分作用的引入系统稳定性降低，用? 增加 10％－ 20
％来补偿
(1),在纯比例作用下 (TI=?,TD=0)
在比例度?按表 3-1的取值下，将系统投入运行；
若曲线振荡频繁，则加大比例度?；
若超调量大，且趋于非周期，则减少?，求得满意的 4,1过渡过程曲线。
将积分时间 TI由大到小进行整定；
若曲线波动较大，则应增大 TI；
(3)、若需引入微分作用
将 TD按经验值或按 TD=(1/3～ 1/4)TI设置，并由小到大加入；
若曲线超调量大而衰减慢，则需增大 TD；
若曲线振荡厉害，则应减小 TD；
观察曲线，再适当调节?和 TI，反复调试直到获得满意的过渡过程曲线。
(1)、在纯比例作用下投入 (TI=?,TD=0),比例度?适当；平稳操作一段时间，把系统投入自动运行。
3、稳定边界法 （临界比例度法 ）
(2)、将?逐渐减小,得到图 3-12所示等幅振荡过程记下临界比例度?K和临界振荡周期 TK值
1）、特点,是目前工程上应用较广泛的一种控制器参数的整定方法。
2）、整定步骤图 3-12 kT
(3)、根据?K和 TK值，采用表 3-2中的经验公式，计算?,TI,TD的值。
(2)、将?逐渐减小,得到图 3-12所示等幅振荡过程记下临界比例度?K和临界振荡周期 TK值
(4)、按,先 P后 I最后 D”的操作程序，将控制器整定参数调整到计算值上。
观察其运行曲线，若不够满意,再 做进一步调整。
(3)、根据?K和 TK值，采用表 3-2中的经验公式，计算?,TI,TD的值。
例 3－ 1 用临界比例度法整定某过程控制系统所得的比例度?K=20%,临界振荡周期 TK=1min，当控制器分别采用比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，求其最佳整定参数值 。
解：应用表 3-2经验公式,可得
(1).比例 控制器?=2?K=2× 20%=40%
(2).比例积分 控制器
TI=TK/1.2=1/1.2=0.83min
(3).比例积分微分 控制器
=2.2?K=2.2× 20%=44%
=1.6?K=1.6?20%=32%
TI=0.5TK=0.5?1=0.5min
TD=0.25TI=0.25?0.5=0.125min
应用临界比例度法的几点注意事项见 P95－ P96
4,阻尼振荡法 （衰减曲线法）
此时的 4,1衰减比例度为?S,4,1
衰减振荡周期为 TS。 运行效果如下图。
整定步骤,对于要求系统过渡过程达到 4,1衰减的步骤如下。
返回特点,是在总结 稳定边界法 的基础上，经过反复实验提出来的。
(1)、实现 4,1衰减比
先把参数臵成纯比例作用
(TI=?,TD=0),使系统投入运行；
再把?从大逐渐调小，直到出现右图所示的 4,1衰减过程曲线 ；
按,先 P后 I最后 D”的操作程序，将求得的参数设置在控制器上；
(2)、计算参数
再观察运行曲线，若不太理想，可做适当调整。
根据?S和 TS，使用表 3-8计算出控制器的各个整定参数值。
(3)、进一步调整某温度控制系统，采用 4,1衰减曲线法整定控制器参数，得?S=20%,TS=10分，当控制器分别为比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，试求其整定参数值。
例 3-2
=0.8?S=0.8?20%=16%
TI=0.3TS=0.3?10=3min
TD=0.1TS=0.1?10=1min
解 应用表 4.4中的经验公式，可得
(1),比例 控制器?=?S=20%
(2),比例积分 控制器?=1.2?S =1.2?20%=24%
TI=0.5TS=0.5?10=5min
(3),比例积分微分 控制器
P97
5、响应曲线法 （动态特性参数法）
(1)、用,实验法建模,中所介绍的方法获取对象的响应曲线，如下图所示。
特点,依据对象的响应曲线 ---飞升特性整定参数，精度更高。
整定步骤
(2)、求取广义对象的放大系数 Ko
m i nm a xm i nm a x
o XX
X
yy
yK
式中 Δy ---被控参数测量值的变化量；
ΔX ---控制器输出的变化量；
ymax-ymin---测量仪表的刻度范围；
Xmax-Xmin---控制器输出变化范围。
(3),根据 对象的 K0,T0,?0,按下表 4－ 1所给公式求出 4,1衰减过程控制器的参数?,TI和 TD 。
(3)、根据对象的 K0,T0,?0,按下表 4－ 1所给公式求出 4,1衰减过程控制器的参数?,TI和 TD 。
P94表中的在某一蒸汽加热器的控制系统中，当电动单元组合控制器的输出从 6mA改变到 7mA时，温度记录仪的指针从 85℃ 升到 87.8℃,从原来的稳定状态达到新的稳定状态。仪表的刻度为 50?100℃,并测出
O=1.2min,TO=2.5min。如采用 PI和 PID控制规律，试确定出整定参数。
例 3-3
解,?X=7-6=1mA
Xmax-Xmin=10-0=10mA
y=87.8-85.0=2.8℃
ymax-ymin=100-50=50℃
27.0
5.2
2.1
56.0
T
K
56.0
101
508.2
K
o
oo
o
X=7-6=1mA
Xmax-Xmin=10-0=10mA
y=87.8-85.0=2.8℃
ymax-ymin=100-50=50℃
根据
m i nm a xm i nm a x
o XX
X
yy
yK
因此，在 PI控制器时：
=1.1?27%=30%
TI=3.3?1.2=4min
=0.85?27%=23%
TI=2?1.2=2.4min
TD=0.5?1.2=0.6min
在 PID控制器时：
5-1 概述
5-2 单回路反馈控制系统的组成
5-3 单回路控制系统的分析
5-4 单回路控制系统的设计
5－ 5 单回路控制系统的参数整定上一页 下一页 返回单回路控制系统又称为简单控制系统。虽然简单，但应用较广；过程控制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。
§ 5-1 概述
单回路反馈控制系统是所有反馈控制系统中最简单、最基本、应用最广泛的一种控制系统。
它能解决大量工业生产中的过程控制问题
其他各种常规复杂控制系统都是以单回路系统为基础发展起来的。
很多常规复杂系统的整定都利用了单回路系统的整定方法
。
近来发展起来的计算机控制系统也要用到单回路的知识。
上一页 下一页 返回
5－ 2 单回路控制系统的组成
3－ 2－ 1
液位变送器 液位控制器 执行器
1、典型例子,见下图单回路控制系统是由一个调节器、一个变送器、一个执行器和被控对象组成。
上一页 下一页 返回
2、系统方框图
3、工作原理上一页 下一页 返回
TC
TT
蒸汽冷流体凝流
T
换热器温度控制系统调节器温度测量并将其转换为
TC可接受信号的仪表上一页 下一页 返回被控对象：
被控变量：
调节变量：
输入信号：
输出信号：
换能器被加热介质出口温度 T
热载体的流量被控变量调节变量调节器
TC
执行器
（气动调节阀）
对象
（ 换能器）
测量元件及变送器
（ TT）
R
Z
E P Q T
上一页 下一页 返回
5-3 单回路控制系统的调节过程分析
5－ 3－ 1 平衡状态分析
5－ 3－ 2 干扰分析
5－ 3－ 3 调节过程分析上一页 下一页 返回
5－ 3－ 1 平衡状态分析
TC
TT
蒸汽冷流体凝流
T
换热器温度控制系统当流入系统的蒸汽传递给冷流体的热量，使被加热物料出口温度维持在所要求温度上时，设蒸汽的量和品质不变，冷流体的量和品质也保持不便，则控制系统处于平衡状态，并净保持该动态平衡，直至有信的扰动量发生，或人们对被加热物料出口温度
T有信的要求。
上一页 下一页 返回
5－ 3－ 2 干扰分析TC
TT
蒸汽冷流体凝流
T
换热器温度控制系统该系统主要干扰来自：
冷流体流量的变化冷流体温度的变化蒸汽源不够稳定蒸汽温度的变化换能器环境温度的变化冷流体流量的变化：流量上升，出口温度 T下降冷流体温度的变化：冷流体温度上升，出口温度 T上升蒸汽源不够稳定：蒸汽压力上升导致流量的上升，出口温度 T上升这些干扰一般是随机性质的，无法预知，但当他们最终影响到出口温度 T时，控制系统都能够加以克服 上一页 下一页 返回
5－ 3－ 3 调节过程分析干扰?T?热电阻阻值 温度变送器?电流
Z反馈测量值?E?P?Q?T
调节器
TC
执行器
（气动调节阀）
对象
（ 换能器）
测量元件及变送器
（ TT）
R
Z
E P Q T
无论是由于何种原因，何种干扰，只要它的作用使出口温度 T有了变化，控制系统就能通过调节器来克服，使出口温度 T回到原来的平衡状态。
上一页 下一页 返回干扰?T?热电阻阻值 温度变送器?电流
Z反馈测量值?E?P?Q?T
调节器
TC
执行器
（气动调节阀）
对象
（ 换能器）
测量元件及变送器
（ TT）
R
Z
E P Q T
5－ 3－ 3调节过程分析上一页 下一页 返回
5－ 3－ 3 调节过程分析如果是正反馈如果调节器和执行器的作用方向选择错了系统将不能克服干扰。
上一页 下一页 返回
5-4 单回路控制系统的设计
5－ 4－ 4 控制器的选择
5－ 4－ 1 概述
5－ 4－ 2被控参数和控制参数的选择
5－ 4－ 3 执行器的选择上一页 下一页 返回
5－ 4－ 1 概述
过程控制系统设计的要求过程控制系统的设计步骤
控制系统的工程考虑上一页 下一页 返回一,过程控制系统设计的要求
1、安全性
2、稳定性
3、经济性二,过程控制系统的设计步骤
4、实验（与仿真）
1、建立被控过程的数学模型
2、选择控制方案
3、选择控制设备型号规格控制结构：
控制算法：
上一页 下一页 返回
2、选择控制方案
（ 1）控制结构：反馈控制、前馈控制反馈控制：利用被控变量的直接测量值调节控制变量，使被控变量保持在预期值。具有结构简单，适应性强，被控对象可以很好得到控制的特点。
上一页 下一页 返回前馈控制：利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，
使被控变量保持在预期值。与反馈系统不同，前馈控制本质上是在系统存在比较显著、出现频繁扰动时对系统干扰的一种补偿控制，可有效抑制扰动对被控量的测量。
2、选择控制方案
（ 1）控制结构：反馈控制、前馈控制
+
-
R ( s ) E ( s ) C ( s )
)(1 sG
)( sG r
+
-
-
+R ( s ) E ( s )
N ( s )
C ( s )
图 3 - 2 6 按 扰 动 补 偿 的 复 合 控 制 系 统
)(
2
sG)(
1
sG
)( sG n
上一页 下一页 返回
2、选择控制方案
（ 2）控制算法
PID控制串级控制比值控制前馈控制均匀控制
SMITH预估控制解耦控制推断控制预测控制模糊控制自适应控制人工神经网络控制上一页 下一页 返回三、控制系统的工程考虑包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。
(2)、对象信息的获取和变送
(3)、执行器的选择
(4)、控制器的选择
3、工程安装
4、仪表调试
5、参数整定
2、工程设计
1、方案设计是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意：
(1)、合理选择被控量 (被控参数 )和操纵量 (控制参数 )
上一页 下一页 返回
是控制系统方案设计的一个至关重要的问题。
恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、改善劳动条件有很大的作用。
若选择不当，则不论组成什么样的控制系统，选择多么先进的过程检测控制仪表，都不能达到良好的控制效果。
一、被控参数 (即被控量 )的选择
1.选择的意义
5-4－ 2 被控参数和控制参数的选择影响正常操作的因素很多，但并非都需加以控制。
只有根据工艺要求，深入分析工艺过程，才能选择出合适、可测的工艺参数。 上一页 下一页 返回
2,选择方法
(2).选间接参数当选直接参数有困难时采用。 (如用反应釜的温度控制间接实现化学反应的质量控制。 )
(1).选直接参数即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全运行的参数。 (如锅炉锅筒的水位控制。 )
上一页 下一页 返回
3,选间接参数的原则
必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状 。
间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。
间接参数要有足够的灵敏度。
上一页 下一页 返回二、控制参数 (即控制量 )的选择当生产过程中有多个因素能影响被控参数 (量 )变化时，应分析过程扰动通道特性与控制通道特性对控制质量的影响，正确地选择可控性良好的变量作为操纵 (控制
)量。
一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应应比扰动通道快。
上一页 下一页 返回选择控制参数的一般原则如下：
1)选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为控制变量
2） 在以上条件下，选择变化范围较大的输入变量作为控制变量，以便易于控制
3）在条件 1）的基础山，选择对被控变量作用效应较快的输入变量作为控制变量，使控制的动态响应较快。
4）在复杂控制系统中，所选择的控制变量对响应的被控变量有直接的影响，而对其他输出变量的影响应该尽可能的小，以便使不同回路之间的关联比较小。
上一页 下一页 返回
5-4－ 3 对象特性对控制质量的影响系统对象的特性：放大倍数 K,时间常数 T,滞后时间
sesTsT KsU sYsG )1)(1()( )()(
21
控制质量：衰减比、最大偏差、静态偏差、调节时间等系统对象的特性对控制质量有什么样的影响？
在控制系统的设计中应该选择多大的 K,T和？
(一 )、过程静态参数对控制质量的影响
(1).基本形式,如图 3-3所示
1.系统的简化方框图
)(sGc )(sG
)(sGd
)(sR )(sC
)(sD
-
上一页 下一页 返回
(2).突出干扰作用,框图如下图所示
)(sGc )(sG
)(sGd
)(sR )(sC
)(sD
-
上一页 下一页 返回
)(sGd
)(sG)(sG
c
－
)(sC)(sD
2.传递函数
cc KsG?)(
1)( sT
KsG
o
o
则在定值控制下输出对干扰的闭环传递函数为设传递函数分别为 1
)( sT KsG
d
d
d
)1()1)(1(
)1(
)()(1
)(
)(
)(
sTKKsTsT
sTK
sGsG
sG
sD
sC
docdo
od
c
d
)(sGd
)(sG)(sG
c
－
)(sC)(sD
上一页 下一页 返回
3.稳态余差系统本质是稳定的,
)1()1)(1(
)1(
)()(1
)(
)(
)(
sTKKsTsT
sTK
sGsG
sG
sD
sC
docdo
od
c
d
二阶系统，只要系数是正的，则系统是稳定的上一页 下一页 返回
3.稳态余差
)(lim)( tcc t
由于系统本质是稳定的，则在单位阶跃扰动下的余差为
)]1()1)(1[(
)1(lim
0
sTKKsTsTs
sTKs
docdo
od
s
K
K
KK
K d
oc
d
11
上一页 下一页 返回
过程稳态特性对控制质量有很大影响，这是选择操纵参数的一个重要依据。
应使 Kd越小越好，以减弱扰动对控制参数的影响。
4,讨论
最佳控制过程中,KcK0应为一常数,K0大小可通过 Kc来调节。
在控制系统设计时，控制通道的 K0拟适当选大一些。
K
K
KK
Kc d
oc
d
11)(
上一页 下一页 返回
(二 ).干扰通道动态特性对控制质量的影响
1.时间常数 Td的影响
)]()(1)[1(
1
)()(1
)(
)(
)(
sGsGsT
sGsG
sG
sD
sC
cd
c
d
1
1)(
sTsG dd
0)]()(1)[1( sGsGsT cd
干扰通道增加一个惯性环节特征方程增加了一个极点上一页 下一页 返回
)(sGd
)(sG)(sG
c
－
)(sC)(sD
dT
a 1
0)]()(1)[1( sGsGsT cd
特征方程增加了一个极点
dT
a 1
aTd 附加极点延实轴向虚轴靠近过渡时间减小，过渡过程的幅值缩小了 Td
控制过程的最大偏差减小，超调量减小控制质量得到提高。
结论：干扰通道时间常数的增加，控制过程的最大偏差减小，
超调量减小
1.时间常数 Td的影响上一页 下一页 返回
)1)(1(
1)(
21
sTsTsG
dd
d
干扰通道增加 2个惯性环节
0)]()(1)[1)(1( 21 sGsGsTsT cdd
特征方程增加了 2个极点
21
1,1
dd T
bTa
过渡过程的幅值缩小了 Td1 Td2 控制质量得到进一步的改善
Td变大或个数增多，均对干扰起到了一种滤波作用。
上一页 下一页 返回
2,滞后时间?的影响
干扰通道的纯滞后时间仅使被控参数对其反应在时间上平移了一段 时间,理论上无影响。
干扰通道的容量滞后会使干扰信号变得缓和一些
，对克服干扰有利。
)()(1
)(
)(
)(
sGsG
esG
sD
sC
c
s
d
)()()(1 )()( sDsGsG esGsC
c
s
d
)()( tctc )()( tc tc
无滞后被控参数值有滞后被控参数值上一页 下一页 返回
3.干扰作用位臵的影响
(1).分析,如以下两图。
在系统设计时，应使扰动作用点位置远离被控量。
(2).结论上一页 下一页 返回
)(sGc )(sGv )(1 sGo )(2 sGo )(3 sGo
)(sGc )(sGv )(1 sGo )(2 sGo )(3 sGo
)(1 sGo )(2 sGo )(3 sGo
)(2 sGo )(3 sGo
)(3 sGo
上一页 下一页 返回在系统设计时，应使扰动作用点位置远离被控量。
(2).结论结论：干扰通道时间常数的增加，控制过程的最大偏差减小，
超调量减小
Td变大或个数增多，均对干扰起到了一种滤波作用。
上一页 下一页 返回
(三 ).控制通道动态特性对控制质量的影响
(1).T太大
特点：使控制作用变弱，控制质量变坏。
措施：合理选择执行器位置；采用前馈或复杂控制,
1.时间常数 T的影响
(2).T过小
特点：控制作用增强，但系统容易振荡。
措施：选择快速监测、控制、执行器件；设法降低控制通道的灵敏度；改革工艺以使 T增大。
上一页 下一页 返回
(1).纯滞后?0的影响较大,如图所示。 应从工艺着手改善。
(2).容量滞后?c比较缓和，引入微分作用可有效克服。
2.滞后时间的影响上一页 下一页 返回
(四 ).选择控制参数的 一般 原则
1.控制通道 的放大系数 K0要适当选大一些；时间常数 T0要适当小一些；纯滞后时间?0越小越好,?0与 T0之比应小于 1.
2.扰动通道 的放大系数 Kd应尽可能小；时间常数 Td要大；扰动引入系统的位置要远离控制过程 (即靠近调节阀 )；容量滞后愈大，愈有利于控制。
3.注意 工艺操作的合理性、经济性。
上一页 下一页 返回
(五 ).实例讨论例 1：喷雾式乳粉干燥设备的控制（ P171) 。
1.工艺流程：
2.控制要求：
干燥后的产品含水量波动要小。
3.被控参数选择,
产品质量（水分含量）
干燥器里的温度上一页 下一页 返回选择乳液流量为控制参数时系统的框图方案 1：乳液流量为控制参数
4.控制 参数 的选择乳液直接进入干燥管，滞后最小，
对干燥温度的校正作用最灵敏，
而且干扰进入的位臵最接近调节阀，控制方案最佳。但乳液是生产负荷，选择其为控制参数，工艺上不合理。
上一页 下一页 返回方案 2：风量作为控制参数旁路空气量与热风量混合，
经风管进入干燥器。与方案
1比，控制通道时延较大，
对干燥温度校正作用灵敏度要差一些。
风量作为控制参数时系统的框图上一页 下一页 返回方案 3：蒸汽量作为控制参数蒸汽量经过换热器的热交换，
以改变空气的温度，由于换热器的时间常数大，所以此方案，控制通道时延最大，
对干燥温度校正作用灵敏度最差。
蒸汽量作为控制参数时系统的框图上一页 下一页 返回讨论后知，以风量作控制参数为最佳选择。
上一页 下一页 返回例 2 储槽液位控制上一页 下一页 返回
在自动控制系统中，接受调节器的指令；
经执行机构将其转换为相应的角位移或直线位移；
去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或物料。
调节机构执行机构一、概述
1,作用
2,组成
5－ 4－ 3 执 行 器 选 择上一页 下一页 返回
3,类型
液动执行器电动执行器滚动膜片机构
长行程机构活塞机构薄膜机构－－应用最广气动执行器上一页 下一页 返回气动执行器：以压缩空气为能源，结构简单，输出推力大，动作可靠，性能稳定，价格便宜，本质安全防爆型号,ZMAP-16.64
名称：气动薄膜单座调节阀公称压力,MPa1.6,4.0,6.4
公称通径,DN25～ DN300
温度,-40℃ ～ 450℃
二,执行器的结构与工作原理上一页 下一页 返回气动执行器：气动调节阀，由气动之行机构和气动调节机构组成，其外形图如图所示气动执行机构气动调节机构使用弹性膜片将输入气压转换为对推杆的推力，通过推杆使阀芯产生相应的位移，改变阀的开度输入：标准压力信号 p
输出：位移 L
pKALKLpA
1、结构上一页 下一页 返回
pKALKLpA
弹簧的刚度膜片的有效面积执行机构的推杆位移通入气室的信号压力当执行机构的规格确定,A和 K是常数，因此执行机构的位移与信号压力成比例关系当信号压力通入气室时，推杆产生位移，弹簧受压，直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力相平衡为止。推杆的位移范围就是执行机构的行程，推杆从零到全行程，
阀门就从全开（全关）到全关（全开）。
上一页 下一页 返回当信号压力通入气室时，推杆产生位移，弹簧受压，直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力相平衡为止。推杆的位移范围就是执行机构的行程，推杆从零到全行程，阀门就从全开（全关）
到全关（全开）。
2、工作原理上一页 下一页 返回气动执行机构气动调节机构调节机构：
控制阀：调节阀阀芯在阀体内上下移动时，
阀芯与阀座间的流通面积，
控制通过的流量。
从流体力学的观点，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件上一页 下一页 返回对不可压缩的流体，由能量守恒原理可导出调节阀的流量方程式
)27(
2
4
)(2 221
pgDppA
Q流量进口压力 出口压力阀连接管道的截面积流体密度阀的阻力系数
3、流量方程上一页 下一页 返回可见当 A为一定，（ p1-p2） 不变时，则流量仅随阻力系数变化。
阻力系数主要与流通面积（即阀的开度）有关，也与流体的性质和流动状态有关。调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现，也即改变阀门开度，就改变了阻力系数 ζ,从而达到调节 Q的目的。阀开得越大,ζ 将越小，则通过的流量将越大。
根据不同的使用要求，调节阀有多种机构形式。如：直通单座阀、直通双座阀、角型阀、三通阀、高压阀、碟阀、隔离阀等。
这些阀可与气动执行机构构成气动执行器，也可与电动执行机构配合构成电动执行器。
)27(
2
4
)(2 221
pgDppA
Q
上一页 下一页 返回三、执行机构的正反作用反作用 --控制气压增加时，
其开度减小正作用 — 控制气压增加时，其开度增加。
上一页 下一页 返回四,控制阀的流量特性
1、概念
m a xQL,Ql
)33()Ll(fQ Q
m a x
理想 (固有 )流量特性 --假定阀前后差压不变。
工作 (实际 )流量特性,
2、类型介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的相对关系上一页 下一页 返回
(一 )、理想流量特性
取决于阀芯曲面的形状。
1、直线流量特性
(1)、定义：控制阀的相对流量预相对开度成直线关系，即
).43(KLldQ Qd
m a x
)
Ll
.,,,,,,,,(CK1
)
0l
.(C
R
1
Q
Q
C
L
l
KCLl
m a x
m i nm a x
m i n
ｄ＝Ｋ
Ｑ
Ｑ
由上式，
ｍａｘ
(2)、特性方程 调节阀的可调比
2、其他流量特性
)53(Ll)1R(1R1Q Q
m a x
(3)、特点：适于在较大开度下使用。 (注：国产阀，可控比 R=30)
对数特性：小流量时，控制作用平缓；大流量时，
控制作用灵敏有效，克服了直流特性的不足。
快开特性：适于要求快速开、闭的控制系统。
抛物线特性：介于直线特性与对数特性之间，弥补了直线特性小开度时控制性能差的缺点。
上一页 下一页 返回
(二 )、工作流量特性
(1)、阀上的差压：如图 3-10所示。
1、串联管道中的特性上一页 下一页 返回
(2)、流量特性
(1)、并联的目的：冗余措施；增大产量 (流量 )
(2)、可调比：在下图中，设
Q1--调节阀流量； Q2--旁路阀流量 ;
Q---总管流量 ;
1
L
l
f)1s(
1
L
l
f
Q
Q
21m ax
2、并联管道的流量特性上一页 下一页 返回可控比
2m i n.1
m a x
r QQ
QR
2
m a x
r Q
Q
x1
11R
x)1R(R
RR?
通常并联管道的工作流量图上一页 下一页 返回
(3)、流量特性
选择原则是广义对象具有线性特性，即总放大系数为常数。
选择方法可分为理论计算法和经验法两大类。
由对象特性?选工作特性?推理想特性?查厂家手册。
)x1(
L
lxf
Q
Q
m a x
上一页 下一页 返回五、控制阀作用方式的选择
选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。
1、从生产的安全出发
2、从保证产品质量考虑
3、从降低原料和动力的损耗考虑
4、从介质特点考
(一 )、气开气关方式的选择
执行机构与阀体部件的配用有表可查。
先选气开、气关方式，再选执行机构。
(二 )、执行机构正、反作用方式的选择上一页 下一页 返回
§ 3-4 控制器的选型
积分控制作用能消除余差，但降低了系统的稳定性。
TI愈小，稳定性愈差。
信号通道在被控参数和控制参数确定之后就定下来了。
根据对象特性和控制质量要求 选择控制器的控制作用 确定控制器的类型。
随着控制器放大系数 Kc的增大，控制系统的稳定性降低。 (与自控理论的分析一致。 )
随着 Kc的增大，余差将减少，但不能消除。
二、积分控制作用对控制质量的影响一、比例控制作用对控制质量的影响三、微分控制作用对控制质量的影响
引入微分控制作用后，控制质量将全面提高。
微分作用太强，会引起控制阀时而全开、时而全关。
（一）比例调节器比例调节器的微分方程为
eKp p?
传递函数为
pKsW?)(
频率特性为
pKjW?)(?
t0
e
t0
p
peK
0
)(?L
pKlg20
lg
阶跃响应特性对数幅频特性
eKp
上页 下页输出 p与输入 e成正比，偏差一出现，就能及时的产生与之成比例的调节作用，因此具有调节及时的特点，它是最基本的一种调节规律。
若用仅具有比例调节作用的调节器构成系统时，则会产生静态偏差（简称静差）。
比例调节器的优点比例调节器的缺点上一页 下一页 返回在阶跃输入下，积分作用的响应曲线示于图 4-4。 Ti是一常数，它表示积分速度的大小。 Ti越大，积分速度越慢，积分作用越弱；反之,Ti越小，积分作用越强。
e dtTp
i
1
（ 二）比例积分调节器积分作用是指调节器的输出与输入的积分成比例的作用，其微分方程为阶跃响应特性
t0
e
t0
p
上页 下页积分作用的优点是,调节器的输出与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会随时间不断增长，直到偏差消除，调节器的输出才不再变化。因此，积分作用能消除静差，这是它的重要优点。
积分作用的缺点,积分作用动作缓慢，在偏差刚出现时，
调节器作用很弱不能及时克服扰动的影响，指使被调节参数的动态偏差增大，调节过程拖长。 因此很少单独使用积分调节器，绝大多数都是将积分作用与比例作用合在一个调节器中形成比例积分调节器。
上一页 下一页 返回
dt
deTp
d?
微分作用的传递函数微分方程式为式中 Td—— 微分常数
sTsW d?)(
在阶跃输入下，微分作用的输出如图 4-7所示。在 t=t0瞬间加入阶跃信号，此时输入变化的速度很大，理论上为无限大；在 t＞ t0时，输入速度为零。若为理想的微分作用,则在 t=t0时输出应为无限大，在 t＞ t0十输出立即变为零。
e
0 tt0
e
0 tt0
图 4-7微分作用阶跃响应曲线上页 下页
（三）比例微分微分作用的特点是：输出只能反应偏差输入的变化速度，
对于一个固定不变的偏差，不管它的数值多大，根本不会有微分作用输出，因此它不能克服静差。当偏差变化很慢，
但经长时间积累达到相当大的数值时，微分作用也无能为力。所以在系统中不能使用单纯的微分作用，它需要与比例 作用配合构成比例微分调节器。
上一页 下一页 返回
(1)、特点：抗干扰能力强，过渡过程时间短，但有余差。
(2)、适用：控制通道滞后较小，负荷变化不大，
允许被控量在一定范围内变化的系统。
四、控制器的选型
应由对象的特性和工艺要求确定
1,P控制器的选择
2,PI控制器的选择
(1)、特点：对克服对象的容量滞后有显著的效果。
(2)、适用：负荷变化大，容量滞后大，控制质量要求很高的系统。
(1)、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的稳定性降低。
(2)、适用：滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统 。
负荷变化大，纯滞后大，采用 PID达不到要求时采用。
4、复杂控制系统
3,PID控制器的选择五、控制器正、反作用的选择
原则,使整个单回路构成负反馈系统 ---乘积为负。
1、控制阀：气开式为,＋,,气关式为,-” ；
2、控制器：正作用为,＋,,反作用为,-” ；
3、被控对象：物料或能量增加时，被控参数随之增加为,＋,,随之减少为,-” ；
4、变送器：一般为,＋,；
控制器正、反作用选择的判别式：
(控制器,±,)(控制阀,±,)(对象
,±,)=,-”
调节器 对象+
-
＋
－
xR x
Mp
q
一、方块的正负作用方向在控制系统方块图中，每一个方块都有一个作用方向问题。如作用方向为正，可在方块上标“＋”，
如作用方向为负，可在方块上标“－”
方块的正作用：该方块的输入信号增加，输出信号增加，输入信号减小，输出信号减小方块的负作用：该方块的输入信号增加，输出信号减小，输入信号减小，输出信号增加上一页 下一页 返回
iQ
oQ
测量仪表方块：由于测量值 Z总是随着被控变量而增加或减少，它们的变化是同方向的。因此，测量仪表方块的作用方向通常总是正作用方向的，可标“＋”。
被控对象模块：可能为正作用方向，也可能为负作用方向。
上一页 下一页 返回
1-1典型单回路控制系统
iQ
oQ
1-1典型单回路控制系统
LC
LC 液位槽液位槽oQ
iQ
oQ H
iQ H
－
＋
调节变量为 oQ
调节变量为 iQ
上一页 下一页 返回执行器：由于执行器中有改变方向的装臵，可为正作用，也可为负作用，其正负作用的选择取决于系统安全性的考虑因此在一个控制系统中，只剩下调节器的正反作用可以改变，以保证控制系统是负反馈控制系统上一页 下一页 返回例,DTL－ 121型电动调节器处于正作用状态
0,30%,1 0 0 di TsT?
若调节器的起始工作点为 6mA,试画出调节器在如图输入下的输出波形图。
t/s
mAe/?
0 20 40
3
解：该输入可看成如下两个输入的叠加在第一个输入下调节器的输出表达式为：
t t
i
tdte d t
T
eP
20 20
1
10
11)3
30
13()1(1
0
在第二个输入下调节器的输出表达式为：
t t
i
tdte d t
T
eP
40 40
2
10
11)3
30
13()1(1
0
stt
st
P 20
10
11
200
1
stt
st
P 40
10
11
400
2＋
sttt
stst
st
ppP
402
10
1
1
10
1
1
4020
10
1
1
200
21
t/s
mAp/?
0 20 40
3
2
5
t/s
mAp/
0 20 40
9
8
11
作业,DDZ－ III?型电动调节器,微分增益 Kd=10,假定初始输出值为 4mA，
m i n2m i n,2.0%,50 di TT?
在 t=0时加 0.5mA的阶跃信号，试依次画出 P,PI,PD作用下的响应曲线。
一、概述
§ 3-5 控制器的参数整定
如果控制方案已经确定，则过程各通道的静态和动态特性就已确定，系统的控制质量就取决于控制器各个参数值的设臵。
控制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程中控制器的比例度 δ,积分时间 TI、微分时间 TD的具体数值。
所谓最佳过渡过程，就是在某种质量指标下，系统达到最佳调整状态。
4,1递减比为最佳参数整定的常用依据。 4:1
二,PID参数整定的基本原则简单控制系统：广义对象和调节器，起控制质量的决定因素是被控对象的动态特性，其他因素是次要的。
当系统安装好后，系统能否在最佳状态下工作，
主要取决于调节器各参数的设臵是否得当调节器参数整定的问题已确定值得注意的问题：
控制系统的整定只能在一定的范围内起作用，
决不能误认为调节器参数的整定是万能的。
Why?
设计方案的不合理、
仪表选择不当、安装质量不高、被控对象特性不好通过调节器参数整定来满足工艺生产要求是不可能的。
衡量调节器参数最佳的标准：反映控制系统质量的性能指标性能指标最大动态偏差尽可能小调节时间最短系统输出误差的积分值最小问题：在改变调节器参数使某些性能指标得到改善的同时，又会使其他的指标恶化。
解决方法：灵活选择系统整定的性能指标。作为系统整定的性能指标，它必须能综合反应系统的控制质量，而同时又要便于分析和计算。
二,PID参数整定的基本原则单项性能指标和综合性能指标
（ 1）单项性能指标
（ 2）综合性能指标建立在系统闭环响应的某些特性上，，
衰减率、最大动态偏差、调节时间、振荡周期常用的有：
应用最广,4,1衰减比或 0.75衰减率是对偏差和调节时间的一个合理的折中。应根据生产过程的具体特点确定衰减比的数值。
IEIAE ITAEISE
单项性能指标优点,简单、直观、意义明确单项性能指标缺点,难以准确衡量，整定参数越多，难度越大。
三、系统整定的性能指标衡量控制系统性能的优良程度，希望它愈小愈好
1）误差积分
0 )( dtteIE
2）绝对误差积分
0 )( dtteIA E
3）平方误差积分
0
2 )( dtteIS E
4）时间与绝对误差乘积积分
0 )( dttetIT A E
（ 2）综合性能指标（误差积分性能指标）
系统输出误差的积分值最小三、系统整定的性能指标四、系统整定的方法
1：理论计算整定法
2：工程整定法基于被控对象的数学模型，通过计算方法直接求得调整器整定参数缺点：数学模型是近似的，实际调节器的动态特性和理想调节器动作规律也有差别，因此整定的参数只能是一个参考结果，而且整定方法很复杂繁琐，使用十分不便工程实际中较流行，一些方法基于对象的阶跃响应曲线，
另外一些是直接在闭环系统中进行的，方法简单，易于掌握。
经验凑试法、衰减曲线法、临界比例度法、响应曲线法等。
对数频率特性法、根轨迹法等。
1：理论计算整定法对简单的被控对象和控制规律，采用理论计算进行整定是可行的，但对复杂的被控对象和控制规律，采用理论计算进行整定则比较麻烦。
例 3－ 1 某单回路控制系统，其对象的传递函数为
)120)(14(
25)(
sssG
对比例控制规律的调节器进行整定。
设比例调节器的传递函数为
1)(?sG
c 试求比例度?
应整定为何值？
解,以 4,1衰减
2
0?t
0t
1y
2y
根据衰减率的定义
)c o s ()( tAety t
2
2)
2(
1
21 11
0
0
0
ee
e
ee
y
yy
t
tt
衰减系数
75.01 2e
221.0
系统的特征方程为
)120)(14(
25)(
sssG
1)(?sG
c
0)251(2480 2ss
系统的特征根
1 6 0
)251(3 2 024
1 6 0
24
1 6 0
)251(3 2 02424 22
2,1
s
j
160
24 224)251(320
160
1
221.0 160
24
224)251(320
160
1
%5.66
衰减系数
%100)x xe e(
m a xm a x
.x;x;e;e
m a x
m a x
输出变化量围控制器输出的变化全范输入变化量控制器输入的测量范围式中
对于单元组合仪表，
%.100K1
c
比例度 的概念：对于比例作用大小，工业控制器常用 δ 表示，其义为：
2、现场经验凑试法
2、现场经验凑试法
1）、常用的参数经验范围,如表 3-1所示
2）、整定步骤
(2)、引入积分作用 (此时应将上述?加大 1.2倍 )
若曲线偏离给定值后长时间回不来，则需减少 TI，
以求得较好的过渡过程曲线。
积分作用的引入系统稳定性降低，用? 增加 10％－ 20
％来补偿
(1),在纯比例作用下 (TI=?,TD=0)
在比例度?按表 3-1的取值下，将系统投入运行；
若曲线振荡频繁，则加大比例度?；
若超调量大，且趋于非周期，则减少?，求得满意的 4,1过渡过程曲线。
将积分时间 TI由大到小进行整定；
若曲线波动较大，则应增大 TI；
(3)、若需引入微分作用
将 TD按经验值或按 TD=(1/3～ 1/4)TI设置，并由小到大加入；
若曲线超调量大而衰减慢，则需增大 TD；
若曲线振荡厉害，则应减小 TD；
观察曲线，再适当调节?和 TI，反复调试直到获得满意的过渡过程曲线。
(1)、在纯比例作用下投入 (TI=?,TD=0),比例度?适当；平稳操作一段时间，把系统投入自动运行。
3、稳定边界法 （临界比例度法 ）
(2)、将?逐渐减小,得到图 3-12所示等幅振荡过程记下临界比例度?K和临界振荡周期 TK值
1）、特点,是目前工程上应用较广泛的一种控制器参数的整定方法。
2）、整定步骤图 3-12 kT
(3)、根据?K和 TK值，采用表 3-2中的经验公式，计算?,TI,TD的值。
(2)、将?逐渐减小,得到图 3-12所示等幅振荡过程记下临界比例度?K和临界振荡周期 TK值
(4)、按,先 P后 I最后 D”的操作程序，将控制器整定参数调整到计算值上。
观察其运行曲线，若不够满意,再 做进一步调整。
(3)、根据?K和 TK值，采用表 3-2中的经验公式，计算?,TI,TD的值。
例 3－ 1 用临界比例度法整定某过程控制系统所得的比例度?K=20%,临界振荡周期 TK=1min，当控制器分别采用比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，求其最佳整定参数值 。
解：应用表 3-2经验公式,可得
(1).比例 控制器?=2?K=2× 20%=40%
(2).比例积分 控制器
TI=TK/1.2=1/1.2=0.83min
(3).比例积分微分 控制器
=2.2?K=2.2× 20%=44%
=1.6?K=1.6?20%=32%
TI=0.5TK=0.5?1=0.5min
TD=0.25TI=0.25?0.5=0.125min
应用临界比例度法的几点注意事项见 P95－ P96
4,阻尼振荡法 （衰减曲线法）
此时的 4,1衰减比例度为?S,4,1
衰减振荡周期为 TS。 运行效果如下图。
整定步骤,对于要求系统过渡过程达到 4,1衰减的步骤如下。
返回特点,是在总结 稳定边界法 的基础上，经过反复实验提出来的。
(1)、实现 4,1衰减比
先把参数臵成纯比例作用
(TI=?,TD=0),使系统投入运行；
再把?从大逐渐调小，直到出现右图所示的 4,1衰减过程曲线 ；
按,先 P后 I最后 D”的操作程序，将求得的参数设置在控制器上；
(2)、计算参数
再观察运行曲线，若不太理想，可做适当调整。
根据?S和 TS，使用表 3-8计算出控制器的各个整定参数值。
(3)、进一步调整某温度控制系统，采用 4,1衰减曲线法整定控制器参数，得?S=20%,TS=10分，当控制器分别为比例作用、比例积分作用、比例积分微分作用时，试求其整定参数值。
例 3-2
=0.8?S=0.8?20%=16%
TI=0.3TS=0.3?10=3min
TD=0.1TS=0.1?10=1min
解 应用表 4.4中的经验公式，可得
(1),比例 控制器?=?S=20%
(2),比例积分 控制器?=1.2?S =1.2?20%=24%
TI=0.5TS=0.5?10=5min
(3),比例积分微分 控制器
P97
5、响应曲线法 （动态特性参数法）
(1)、用,实验法建模,中所介绍的方法获取对象的响应曲线，如下图所示。
特点,依据对象的响应曲线 ---飞升特性整定参数，精度更高。
整定步骤
(2)、求取广义对象的放大系数 Ko
m i nm a xm i nm a x
o XX
X
yy
yK
式中 Δy ---被控参数测量值的变化量；
ΔX ---控制器输出的变化量；
ymax-ymin---测量仪表的刻度范围；
Xmax-Xmin---控制器输出变化范围。
(3),根据 对象的 K0,T0,?0,按下表 4－ 1所给公式求出 4,1衰减过程控制器的参数?,TI和 TD 。
(3)、根据对象的 K0,T0,?0,按下表 4－ 1所给公式求出 4,1衰减过程控制器的参数?,TI和 TD 。
P94表中的在某一蒸汽加热器的控制系统中，当电动单元组合控制器的输出从 6mA改变到 7mA时，温度记录仪的指针从 85℃ 升到 87.8℃,从原来的稳定状态达到新的稳定状态。仪表的刻度为 50?100℃,并测出
O=1.2min,TO=2.5min。如采用 PI和 PID控制规律，试确定出整定参数。
例 3-3
解,?X=7-6=1mA
Xmax-Xmin=10-0=10mA
y=87.8-85.0=2.8℃
ymax-ymin=100-50=50℃
27.0
5.2
2.1
56.0
T
K
56.0
101
508.2
K
o
oo
o
X=7-6=1mA
Xmax-Xmin=10-0=10mA
y=87.8-85.0=2.8℃
ymax-ymin=100-50=50℃
根据
m i nm a xm i nm a x
o XX
X
yy
yK
因此，在 PI控制器时：
=1.1?27%=30%
TI=3.3?1.2=4min
=0.85?27%=23%
TI=2?1.2=2.4min
TD=0.5?1.2=0.6min
在 PID控制器时：
