第二章 调节器的特性及调节过程(2006.9)
2 调节器和调节系统的调节过程
图1-13 积分控制规律
比例控制规律使控 制器反应迅速，积分 控制规律能消除系统 静态偏差。在制冷空 调系统中，较少采用 纯积分控制器；在控 制质量要求较高的场 合，选用比例控制器 或比例积分控制器。
图1-14 比例积分控制规律
控制规律
微分控制
若流入量和流出量存在着不平衡，等到在被控参 数的偏差量上充分反映出来时，实际上已落后了一 段时间。当被调对象中一旦出现流入量与流出量不 平衡时，立即就有一个与此不平衡流量成正比的被 调量偏差的变化速度出现。由于控制对象总有一定 的容量，所以此时偏差变化量尚未形成(或十分小)， 因此，被调量偏差的变化速度信号在时间上快于偏 差变化信号。如果利用被控参数的变化速度(即被控 参数对时间的导数)作为控制器的输入信号，就可克 服偏差控制作用不及时的现象。这就引入了微分控 制器。理想微分控制器的输出信号与输入信号变化 速度成正比。即
（2）电动比例调节器
电动比例积分两通调节阀
优点：
①电源问题容易解决； ②作用距离长，一般情况下不受限制； ③调节精度高的电动调节器一般容易做到； ④可实现微机化。
缺点：
①电气装置、继电器和电子元件在动作频繁的工作条 件下，只能使用一定的期限； ②电动调节器的使用和调整比较复杂，对维护技术要 求亦高； ③电器接点有火花产生，电器元件带电，不利于防火 防爆。
Байду номын сангаас
3、调节器元件
调节器可分为直接作用式和间接作用式。 间接作用式调节器的优点是：调节器灵敏 度高，作用距离长，输出功率大，便于集中控 制及采用计算机控制等。其缺点是：常需要辅 助能源，结构较复杂，价格较贵等。 直接作用式调节器的优点是：结构简单、 紧凑、价格便宜，密封性好，因此被广泛用于 制冷、空调系统的一般控制中。但它灵敏度及 精度差，因此在调节质量要求高的场合不能适 用。
第二章 调节器和调节系统的调节过程0
调节器（ ② 调节器（δ）的影响
比例带δ愈大，则调节器放大倍数 愈小， 比例带δ愈大，则调节器放大倍数Kp愈小，灵敏 度愈低，调节过程易稳定 但调节过程的静态偏差 易稳定， 度愈低，调节过程易稳定，但调节过程的静态偏差 反之， 而灵敏度愈高， 大；反之，δ小， Kp大，而灵敏度愈高，调节过程 的静态偏差愈小，但调节过程容易不稳定。 的静态偏差愈小，但调节过程容易不稳定。
四、比例调节器的结构及其特点
按调节器作用原理分： 按调节器作用原理分： 直接作用式 气动式 电动式 （一）气动比例调节器 气动调节器由喷嘴挡板机构、放大器、 气动调节器由喷嘴挡板机构、放大器、反馈 机构和气容、气阻等元件所组成。 机构和气容、气阻等元件所组成。
气动调节.exe
（一）气动比例调节器
直接作用式调节器
优点:结构简单、紧凑、 优点:结构简单、紧凑、价格 便宜，密封性好， 便宜，密封性好，广泛用于 制冷、空调系统的一般控制。 制冷、空调系统的一般控制。 缺点：灵敏度及精度差， 缺点：灵敏度及精度差，不 适用于调节质量要求高的场 合。
第二节 双位调节器及其调节过程
一、双位调节器的工作原理 双位调节器：调节器的输入信号发生变化时， 双位调节器：调节器的输入信号发生变化时，其输 出信号只有两个值。常是“ 出信号只有两个值。常是“开”和“关”。
一、比例调节器的工作原理
以浮子式液面调节系统为例
浮子.exe
a b = ∆l (t ) ∆h(t )
a ∆l (t ) = ∆h(t ) = K p ∆h(t ) b
调节器的工作原理
调节器的工作原理
调节器是一种用来调控某种物理量的设备，常见的有温度调节器、电压调节器、流量调节器等。
其工作原理基本上可以分为反馈控制和前馈控制两种方式。
1. 反馈控制：反馈控制是指根据被控制量与设定值之间的差异来调节输出信号的大小，从而实现对物理量的控制。
具体步骤如下：
- 测量被控制量：通过传感器等装置对被控制物理量进行测量，比如温度传感器对温度进行测量。
- 与设定值进行比较：将测量得到的物理量与设定值进行比较，得到偏差值。
- 生成控制信号：根据偏差值，通过控制算法计算出控制信
号的大小。
- 调节输出信号：将控制信号送入执行器，调节输出物理量，使其接近设定值。
- 反馈校正：根据反馈信息对控制算法进行修正，提高控制
效果。
2. 前馈控制：前馈控制是指在无需反馈信息的情况下，根据预先确定的输入与输出关系来调节输出信号，从而实现对物理量的控制。
具体步骤如下：
- 建立输入与输出关系：通过分析被控制系统的特性，建立
输入与输出的数学关系，得到控制函数。
- 设定输入信号：确定输入信号的大小和时间变化规律。
- 计算控制信号：根据输入信号和控制函数，计算出控制信
号的大小。
- 调节输出信号：将控制信号送入执行器，调节输出物理量，使其满足要求。
总的来说，调节器的工作原理是通过测量和比较物理量的信息，然后根据控制算法生成相应的控制信号，将控制信号送入执行器，最终调节输出物理量，使其达到设定值或满足特定要求。
这样就实现了对物理量的有效控制。
调节器
调节器调节器是一种常见的设备，它在现代生活中发挥着重要的作用。
它可以控制和调整各类机械设备的运行状态和功能。
从家用电器到工业生产设备，无论在哪个领域，调节器都是必不可少的。
它们通过调整电流、电压、频率、气流或液体流量等参数，使机械设备的运行更加稳定和高效。
调节器的原理很简单，它通过改变输入信号的大小和形状，从而改变输出信号的特性。
常见的调节器有手动调节器和自动调节器两种。
手动调节器是最简单的一种调节器，也是最常见的。
它通常由旋钮、开关或杆等可操作的元件组成，用户可以通过手动调整这些元件来改变设备的参数。
例如，我们常见的电视遥控器就是一种手动调节器，我们可以通过按键来调节音量、亮度、频道等。
自动调节器则是一种更加智能化的调节器。
它内部嵌入了微控制器或控制芯片，可以根据设定的条件和算法，自动调整输出信号的特性。
这些条件和算法可以是预设的，也可以是通过学习和优化得到的。
自动调节器通常具有更高的精度和稳定性，适用于对精度要求较高的场合。
调节器在生活中的应用非常广泛。
例如，在家庭中，我们可以使用调节器来控制空调的温度和风速，调节热水器的出水温度，控制电视的音量和亮度等。
在工业生产中，调节器被广泛应用于控制机械设备的运行状态和参数。
比如，在一条生产流水线上，调节器可以控制传送带的速度，使产品能够按照预定的节奏顺利完成加工过程。
除了家电和工业设备，调节器还广泛应用于医疗、交通、通信等领域。
在医疗器械中，调节器可以精确控制药物的剂量和流量，确保患者得到准确的治疗。
在交通领域，调节器可以控制信号灯的转换，合理分配道路资源，优化交通流量。
在通信领域，调节器可以调整信号的频率和幅度，提高信号的质量和传输速率。
当然，调节器也有一些局限性和挑战。
例如，调节器的精度和灵活性的提高需要更复杂的设计和算法，对工程师的技术要求也更高。
此外，调节器在运行过程中可能会遇到故障和失效，需要进行维修和保养。
因此，使用者需要具备一定的技术知识和维修能力。
调节器的工作原理与调试方法
调节器的工作原理与调试方法一、结构组成1、采用标准嵌入式结构系统2、由自动通道与模拟通道构成3、自动通道由输入板、双CPU板、输出板组成4、模拟（手动）通道独立工作板二、作用1、调节输入板该板主要用于遥测、遥信输入，遥测信号主要采集定子电流、系统电压、机端电压、励磁电压、励磁电流，通过霍尔传感器变换后送到CPU进行处理；遥信主要采集开机令、停机令、灭磁开关位置、油开关位置、整流故障、停风等信号通过光电隔离后再送到CPU板。
2、CPU板两块电路板共享模拟信号，互相监视，互为热备用，即两套微机板都在线工作，当一台出现故障，则立即切换到另一台微机运行，切换无扰动。
由PT、CT、励磁电压、励磁电流等送来的模拟及数字信号，先进行隔离变换，再送到微机板，在双微机系统中，每块微机板都得到相同的输入信号，进行同样的运算处理。
其输出信号采取封门的方式由逻辑电路自动进行切换。
微机的输出信号经过隔离放大后去推动执行器件。
3、输出板主要功能是通过同步变压器实时跟踪励磁变压器副边的同步信号，根据调节器的控制信号输出六路脉冲，控制三相全控整流桥的输出，同时也具有完善的控制、逻辑、限制、保护和接口等功能。
4、手动模拟调节输出板此模拟通道作为后备用，它与主控通道独立，按励磁电流闭环控制方式调节。
该板能通过调节增、减磁按钮进行独立调节励磁电流，在一般情况下均由微机自动完成调节任务。
三、调试方法1、输入板：可调节P1（机端电压）、P2（系统电压）、P4（励磁电流）；以上调节均在并网前调节。
方法：（1）、起励后在恒流位置时调节P1即机端电压，使数码显示中的A0000与实际电压一致，如机端电压此时为6000V时数显应调节为A6000。
（2）、在恒压位置时调节P4即励磁电流，使数码显示的D0000与实际电流一致，如并网前的励磁电流为100A时数显应调节为D0100。
（3）、P2在恒压、恒流时均可调，即调节P2使数显C与当前的系统电压一致即可。
调节器工作原理
调节器工作原理
调节器是一种用来调整或控制某个系统或设备的工作状态、参数或性能的装置或设备。
它可以通过改变输入信号的特性、传递函数或其他参数来影响被控对象，并使其输出达到我们期望的值或范围。
调节器的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 传感器检测：调节器通常会配备传感器来监测被控对象的状态或性能参数。
传感器会将这些信息转化为电信号或其他形式的信号，然后传递给调节器。
2. 反馈信号产生：调节器会将传感器获取到的信息与我们预设的目标值进行比较，以确定被控对象当前的工作状态和误差（偏差）。
误差是当前测量值与期望值之间的差异。
3. 控制计算：基于误差和预设的控制算法，调节器会计算出一个控制信号，用来调整被控对象的工作状态或性能参数。
控制算法可以根据系统特点选择不同的模型，如比例-积分-微分控制器（PID）等。
4. 控制信号输出：调节器会将计算得到的控制信号传递给执行机构，通过执行机构来调整被控对象的工作状态。
执行机构可以是电动阀、电机、液压马达等，根据被控对象的不同而有所不同。
5. 反馈环路：通过执行机构的调整作用，被控对象的状态会发
生变化。
这些变化会通过传感器再次被检测并转化为反馈信号，然后反馈给调节器。
6. 循环调节：在接收到反馈信号后，调节器会不断调整控制信号，以减小误差，使得被控对象的输出逐渐接近预期值。
这个过程将一直持续地进行，直到误差足够小或达到稳定状态。
通过上述步骤，调节器能够实现对被控对象的精确控制，将系统稳定在预期的工作状态。
调节器的工作原理可以适用于各种系统，如温度调节、速度调节、压力控制等。
第2章 调节器讲解
比例度:
P = ( e / y ) 100% xmax x min ymax ymin
如果控制器输入、输出量程相等，则:
理想的双位控制器输出 y 与输入偏差 e 之间的 关系为：
ymax e > 0 （或e < 0）时 y=
ymin e < 0 （或e > 0）时
y
y
ymax
e ymin
ymax
e ymin
理想的双位控制特性
有中间区的双位控制特性
例1：温度双位控制系统： 温度低于给定值时，温控器输出高电平，继电 器吸合，加热器通电加热；温度高于给定值时，温 控器输出低电平，继电器断开，加热器断电。
y
P = e 100% = 1 100%
ymax
y
KC
比例度除了表
示控制器输入和输
出之间的增益外，
ymin
x 还表明比例作用的
xmin
xr
xmax
有效区间。
比例带P的物理意义：
使控制器输出变化100%时，所对应的偏差变
化相对量。如P=50%表明：
y
100%
50%
P=50% P=100%
控制器输入偏差 变化50% ，就可使控 制器输出变化100%， 若输入偏差变化超过 此量，则控制器输出
一般的设计原则是，满足振幅在允许的范围内后， 尽可能使周期最长。
要注意的是系统中有时存在纯滞后环节（即时 滞）。如果滞后时间为τ，那么，即使控制器的输 出已经切换，被控变量仍将继续上升或下降τ时间 然后才下降或上升，从而使等幅振荡的幅度加大。 系统的时滞越大，振荡的幅度也越大。
自动控制--第二章 调节器的调节规律
每 经 过 一 个 时 间 间 隔 Ti， 输出便增长一个KP vi（t），即 增长一个比例作用的效果。
（1）比例度（比例带，比例带宽度）
比例增益
C K I
的大小反映了比例调节作用
C P
M
的强弱，工程上习惯使用它的倒数作为整定参数，
称为比例度P。为输入量的相对变化值（相对于满量
程）与有比例作用产生的输出量的相对变化值之比
② 积分（I）调节器
Y(s) 1 G(s)
X (s) Ti s
（2-2 ）
只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随 时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消 除以后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的 位置而不回复原位，因而能保持静差为零。
单纯的积分调节的动作过于迟缓，因而在改善 静态准确度的同时，往往使调节的动态品质变坏， 过渡过程时间延长，甚至造成系统不稳定。
若A（s）为运放的传 函 ， Gi（s）、Gf（s） 为 其输入及反馈网络的传函 ，则闭环传函为
Y (s)
A( s )
G(s) X (s) 1 A(s)G f (s)Gi (s)
（2-6 ）
若IC的增益A足够大时，A（s）Gf（s）1，则
上式可近似为
G(s) Y (s) Gi (s) X(s) Gf (s)
V /V
CV
P i iM 100% M OM 100%
V /V
CV
O
OM
I
iM
（2-9 ）
在单元组合仪表中，输入量与输出量都是统一标准信
号，VOM = ViM
则
P CM 100% 1 100%
CI
KP
比例度的含义是，使调节器输出信号变化100%
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⑷、比例系数和比例带的概念及物理意义
①、在比例控制中，输出信号的变化量与输入信号的 u t 变化量之比，称为比例系数，即：
Kp
e t
②、通常用比例系数的倒数来表示调节器的输入与
输出之间的比例关系，即：
u t
1
e t
1 100% Kp
δ称为比例调节器的比例带（比例度）；
Δ Qf
θ + e －θz
g
1 2
ε
ε
1 2
P
θc
K4
电加热器
+
K1
τ 1 T1
θa
恒温室
对象
双位调节器
T2
敏感元件（传感器）
2.3、比例调节器特性及调节过程分析
⑴、比例调节器的定义： 能使输出变量与输入变量按比例关系调节的调节器称为比 例调节器（也称P调节器）； ⑵、调节器的输出信号u与偏差信号e有如下关系：
h H hman hmin
hman－液位标尺的最高刻度（mm） hmin－液位标尺的最低刻度（mm）
由于比例调节器的输入信号和输出信号成比例，即：L∝H
H h / hman hmin h lman lmin L l / lman lmin l hman hmin
H h / hman hmin h lman lmin 100% 100% L l / lman lmin l hman hmin
h lman lmin 250 300 10 0 100% 100% 50% l hman hmin 5.0 2.5 400 0
1 3
送风 调节器
2
冷水
4 5
回风
回水
空调房间
2.2、位式调节器特性及调节过程分析
2.2.1 位式调节器的特性 ⑴、什么是位式（双位）调节？
电磁阀
送风
冷冻水 回水
传感器
回风
恒温室
控 制 器
例2、采用电子线路组成的位式调节器
+5V
V
VB
VA
t
Rt VA C1
R2
5+
R4
7
D
J
VC
b
+5V
W VB R1 R3
δ－比例调节器的比例带
例1：一个电动比例调节器，它的量程是100～200℃， 输出信号是0～10mA，当输入从140℃～160℃时， 相应的调节器输出从3mA变化到8mA，则该调节器 的比例度为：
160 140 / 200 100 100% 80% 8 3 / 10 0
e uman umin 100% u eman emin
例2: 某一浮球比例控制系统中，调节阀在全闭位置Lmin=0mm， 调节阀在全开位置Lman=10mm，浮球液位标尺的最低位置 hmin=0mm，浮球液位标尺的最高位置hman=400mm。且浮球 与调节阀之间相对位置固定。已知调节阀位置L1在2.5mm处， 浮球位置h1在300mm处，当浮球移动后，调节阀位置L2在 5.0mm处，求其比例带δ。 解：
2.1.1、调节器的调节规律类型：
①、按位式（开关）方式调节规律的调节器称为 位式调节器； ②、实现比例调节规律调节的称为比例调节器； ③、具有积分调节规律的调节器称为积分调节器； ④、具有比例、积分调节规律的调节器称为PI调节器； ⑤、具有比例、积分、微分调节规律的调节器称为 PID调节器 2.1.2、调节器的主要特性 ⑴、调节范围： 调节对象中调节参数的最大值与最小值之间的范围 称为调节范围，即调节器在这一范围内工作。
⑤、调节过程是周期性的、不衰减的脉动过程，被 调参数在其波动范围内，按对象本身的飞升曲 线规律变化。 ⑥、调节对象的时间常数T愈小，迟延τ愈大，则特 性比，τ／T愈大，被调参数的波动范围也愈大。 一般，τ／T值小于0.3，才适于选用双位调节器。
4、双位调节装置的特性对调节品质的影响
★双位调节器本身存在呆滞区及敏感元件存在惯性 时，对调节系统的影响；
2.1、常用调节器（控制器）调节规律
1、调节器（控制器）的作用： 调节器的作用是将系统的被控量与给定值（设定值） 相比较后，得出被调量的偏差，再根据一定的调节规 律产生输出信号，从而推动执行器工作，对生产过程 进行自动调节，使被调量等于或接近给定值。 控制器输出信号的作用叫调节作用，控制器的输出 信号与输入信号（偏差）的关系称为调节（控制）规 律。 即：调节规律是指调节器的输出信号随输入信号 变化的规律。
0
0V
W VB R1 R3
Vd R4
c e
VC
6
开 停 停
开 停
-
+5V 0V
0
t
u u0
e 0
0
u
△
u0
e
u0
0
2△
u
e
-u 0
-u 0
△
-u 0
⑶、调节器的延迟
当调节对象中安装测量元件处的调节参数(如温度传感变送器 处的空气温度)开始变化时，一般需要经过一段时间后调节器才 开始相应的动作。需要经过的这段时间叫做调节器的延迟。
⑷、调节对象对调节过程的影响
①、对象的迟延影响： 对象迟延τ愈大，则被调参数波动愈大；迟延愈小，则被调 参数波动愈小。若迟延τ＝0，则被调参数的波动范围等于调 节器的差动范围；
但τ愈大，调节周期愈长，即在一定时间内，开关动作次数少； 反之，开关动作次数频繁。因此，由于迟延的存在，使得被调 参数波动增大，但却使得波动周期增长，对开关的使用寿命有 利。 ②、对象放大系数K愈大，时间常数T愈小，则对象飞升曲线 越陡，这时在同样差动值及迟延τ的情况下，被调参数波动也 愈大，同时波动周期也愈小。因此对于T很小，K很大的对象， 易引起被调参数产生大的波动，再加上迟延r的影响，将引起 被调参数波动特别大，甚至达不到调节精度的要求。因此系统 是否可用双位调节器进行调节，要根据调节系统的对象特性参 数来综合考虑。
⑶、比例调节器的特点： ①、调节速度快、稳定性好、不易产生过调现象。 由于是有差调节，因此调节结束后仍存在残余偏差。 ②、比例（控制）调节的优点：
★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，与输入成比例地变化。 ★比例控制的特性参数是比例放大系数K，它表示了 比例作用的强弱。
0
θa
Tn
θ f =0 θ ad t θ f＞0
Tn
1 p i max i min 2
③、波动周期Tn:
θa
t θ ad
双位温度控制波动曲线
θ f＜ 0
3、对象特性对品质指标的影响 ⑴、室温对象的特性参数： ①、滞后性（ τ ） ②、时间常数（ T ） ③、放大系数（K） ⑵、室温双位调节 系统方框图
Vc K P VA
例2：浮子式液面调节系统
①、此调节系统的被调参数为水槽的液位； ②、调节器的目的是使水槽中的液位保持在一定的 范围内；
假设Δh表示液位的变化量（即偏差）,也就是调节器的输入； Δl表示阀杆的位移量，也就是调节器的输出。
a b l t h t
a l t h t K ph t b
第二章 调节器的特性及对调节过程的影响 本章讲授的主要内容： 1、常用调节器（控制器）调节规律 2、位式调节器特性及调节过程分析 3、比例调节器特性及调节过程分析 4、积分调节器； 5、比例积分调节器 6、微分调节器； 7、比例积分微分调节器（PID调节器）；
1、常用调节器的类型与主要特性； 2、位式（开关）调节器的特性； 3、比例（P）调节器的特性； 4、积分（I）调节器的特性； 5、比例积分（PI）调节器的特性； 6、微分（D）调节器的特性； 7、比例、积分、微分（PID）调节器的特性；
l t KP h t
KP = 输出信号的变化量∕输入信号的变化量
现将调节器的输入信号和输出信号用相对值来表示； 调节阀的位移变化的相对值L（％）为：
l L lman lmin
Lman－调节阀的最大开度（mm） Lmin－调节阀的最小开度（mm）
液位变化的相对值H（％）为：
u0 y t { u0
e(t)
e t 0 e t 0
＋
＋ －
u0 -u 0
y(t)
e(t)
u0
δ
y(t)
－
-u 0
式中u0和-u0为两个常数，最小值通常是零或-u0。
2.2.2 位式调节器的调节过程分析
1、双位调节器控制冷库温度工作原理
⑴、通过进入冷库的热 量变化，来分析冷库的 温度变化； ①、热量变化： a)电磁阀开启时，制冷 剂所带走的热量Q出； b)外界进入冷库的热量 Q入；
u t K P e t
Δ u(t)
e(t)
A 0 B=KPA
W s KP
＋
e(t)
t
0
t
KP
u (t)
－
例1：采用运算放大器的比例调节器工作原理
R6 R4 W R1 VB R5 R3
5
+E VC
7
Rt VA C1
R2
+ 6 VB
0
VC VA t 0 t
R6 Vc V A R4
②、工作原理分析
τ＝0； τ≠0；
τ＝0；差动等 于波动 τ≠0；差动小于 波动；
2、双位调节的过程指标：
①、参数的波动范围θid :
id i max i min
②、被调参数的上、下 偏差的平均值θp:
Hale Waihona Puke θ amax0θa