控制器的基本控制规律
第九章 基本控制规律
第三节积分控制
二、比例积分控制
输出信号的变化速度与偏差e及KI成正比，而其控制作 用 随时间积累才逐渐增强，所以控制动作缓慢，控制不 及时，当对象惯性较大时，被控变量将出较大的超调量， 过渡时间也将延长，所以应比例的基础上加入积分作用 组成比例积分控制规律。
p
KC xmax xmin
pmax pmin
仪表量程：xmax xmin 控制器的输出范围: pmax pmin
第二节比例控制
可以从控制器表面指示看出比例度的具体意义。比例度就是使控制器的输出 变化满刻度时（也就是控制阀从全关到全开或相反），相应的仪表测量值变 化占仪表测量范围的百分数。或者说，使控制器输出变化满刻度时，输入偏 差变化对应于指示刻度的百分数。比例度越小则输入变化范围就越小。 若输出与输入都为标准， 则 1 100 %
160
140 /200 8 3/10
100
0
100 %
40%
第二节比例控制
说明
当温度变化全量程的40%时,控制器的输出从0mA变化到 10mA。在这个范围内,温度的变化和控制器的输出变化Δp 是成比例的。但是当温度变化超过全量程的40%时 (在上 例中即温度变化超过40℃时) ,控制器的输出就不能再跟着 变化了。
第二节比例控制
比例控制：具有比例控制规律的控制器称为比例控制器，
其输出信号变化量 △p 与输入信号（指偏差，当给定值不变
时，偏差就是被控变量测量值的变化量） e 之间成比率关
系。 p KCe（ KC为放大系数）
比例、积分、微分控制策略
比例、积分、微分控制策略尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。
这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。
如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。
比例(P)控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。
实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。
工业生产中比例控制规律使用较为普遍。
比例积分(PI)控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。
只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。
但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。
克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
这里的“积分”指的是“积累”的意思。
积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。
只要偏差存在，输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小)，一直到偏差为零，累积才会停止。
所以，积分控制可以消除余差。
积分控制规律又称无差控制规律。
积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。
积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。
积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。
因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。
第4章 控制器
8
20世纪80年代以来，又发展了数字调节器：可编程调节器、智 能调节器，基于集散控制系统或者现场总线的控制器等。以微处理 器为基础，功能完善，性能优越，能够解决模拟式仪表难以解决的 问题。近二十年来数字式控制仪表不断涌现新品种应用于过程控制 中，以提高控制质量，对整个控制系统产生革命性变革。 电动模拟式、数字式调节器，具有反应快,信号易远传,容易与 其他仪表相配套,功能丰富，符合当今仪表的发展趋势。基于集散控 制系统或者现场总线的控制器，它们除了控制功能外，还具有网络 通信等功能，适应信息社会大规模生产需要。
27
想一想，为什 么不从0开始？
特点——
1）采用统一信号标准：4~20mA DC和1～5V DC。 这种信号制的主要优点是电气零点不是从零开始， 容易识别断电、断线等故障。同样，因为最小信号 电流不为零，可以使现场变送器实现两线制。 2）广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、 可靠性提高、维修工作量减少。 3）可构成安全火花型防爆系统，用于危险现场。
手/自动双向切换 手动操作 无扰动切换 Kp/Ti/Td的设置 Kp/Ti/Td的设置
一般在刚刚开车时采用手动控制，待系统正常时切换到自动控制。 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即调节器的输出信号 不发生突变（即必须要求无扰动切换） 改变控制器的特性
DV
21
22
比例积分微分调节规律（PID）： 同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为比例积分 微分控制器。 微分控制器 1 dDv Mv Kp Dv Dvdt T D T dt I 对阶跃偏差：微分先起主导作用，使输出 大幅度变化，产生强烈的调节作用之后微 分作用消失，积分逐渐占主导地位，直到 余差完全消失，积分作用才停止。 若将TD=0，微分作用消失——PI调节器 TI=无穷大，积分作用消失——PD调节器 TD=0，TI=无穷大——P调节器。
过程控制系统与仪表习题答案---第三章
第3章习题(xítí)与思考题3-1 什么(shén me)是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？解答(jiědá)：1）控制(kòngzhì)规律：是指控制器的输出(shūchū)信号与输入偏差信号之间的关系。
2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。
3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？解答：1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。
2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。
这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。
3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。
3-3 比例控制为什么会产生余差？解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。
3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。
为什么积分控制能消除余差？解答：1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：2）当有偏差存在(c únz ài)时，输出信号将随时间增大（或减小）。
当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。
因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。
3-5 什么是积分(j īf ēn)时间？试述积分时间对控制过程的影响。
解答(ji ěd á)：1）⎰=edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。
只有(zh ǐy ǒu)当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。
控制器与控制规律例题
答:控制器是自动控制系统中的核心组成部分。
它的作用是将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制器根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。
答:所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号 P 与输入偏差信号 e 之间的关系，即：p=f(e)=f(z-x)式中 z:测定值信号；x:给定值信号；f:是指某种函数关系。
常用的控制规律有位式控制、比例控制 (P)、积分控制(I)、微分控制(D)以及它们的组合控制规律，例 PI、 PD、 PID 等。
答:比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的一个参数。
在数值上比例度等于输出偏差变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，用式子表示为 :式中δ:比例度e:输入(偏差)变化量；p:相应的输出变化量；x max -x min:输入的最大变化量，即仪表的量程；p max -p min:输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。
比例度也可以理解为使控制器的输出变化满刻度 (也就是使控制阀从全关到全开或相反)时，相应所需的输入偏差变化量占仪表测量范围的百分数。
比例度δ 越大，表示比例控制作用越弱。
减小比例度，会使系统的稳定性和动态性能变差，但可相应的减小余差，使系统的静态准确度提高。
答:QDZ 仪表的信号范围为 20--100kpa 气压信号； DDZ- Ⅱ型仪表的信号制采用0--10mA DC 作为现场传输信号，控制室内的联络信号为 0--2V DC ；DDZ- Ⅲ型仪表的信号制采用 4--20mA DC 作为现场传输信号，控制室内的联络信号为 1--5V DC。
解:根据比例度的定义，并代入有关数据，可得比例度为:=20%由于是单元组合式仪表，输入到温度控制器的信号是由温度变送器来的 4--20mA DC 信号，与输出信号一样，都是同一的标准信号，所以温度控制器的放大系数与其比例度成倒数关系，故有:K p =1/δ=1/20%=5该控制器当给定信号增加时，其输出信号也是增加的。
化工仪表及自动化题库
化工仪表及自动化一、填空题1. 方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的，并不代表方框之间的物料联系。
2. 自动控制系统是具有被控变量反馈的环系统。
1. 机理建模的优点是具有明确的，所得的模型具有很大的适应性，便于对进行调整。
2. 对象数学模型包括一阶对象，。
3. 描述对象特性的参数包括：。
4. 时间常数T的物理意义：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持速度变化，达到新的所需要的时间。
5. 从加入输入作用后，经过时间，被控变量已经变化了全部变化范围的，这时可以近似地认为动态过程基本结束。
6. 滞后时间按照滞后性质分可以分为：和。
7. 某台测温仪表的测温范围为200—700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为℃，则该表的相对百分误差是，该仪表的精确度等级是。
（精确度等级有： ,，，,,）8. 某台测温仪表的测量范围为0—1000℃，根据工艺要求温度只是指的误差不允许超过±6℃，则该仪表的允许误差为，应选择的仪表等级是。
（精确度等级有： ,，，,,）9. 是表征线性刻度仪表的输出与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。
10. 工业仪表按照仪表使用的能源分类可以分为：，，。
11. 表压等于绝对压力大气压力。
12. 真空度等于大气压力绝对压力。
13. 普通压力计的弹簧管多采用价格相对便宜的，但氨气用压力计弹簧管的材料却都要采用材料，这是因为氨气对的腐蚀性极强。
14. 氧气压力计与普通压力计在结构和材质上完全相同，只是氧用压力计要。
15. 测量稳压时，仪表上限约为工作压力最大值的倍。
16. 测量脉动压力时，仪表上限约为工作压力最大值的倍。
17. 测量高压压力时，仪表上限约为工作压力最大值的倍。
18. 测量液体压力时，取压点应在管道的，测量气体压力时取压点应在管道的。
19. 标准节流装置主要包括：，和。
20. 标准孔板主要采用的取压方法有和。
21. 标准孔板的优点是结构简单，安装方便；缺点是。
(完整版)PID控制规律及数字PID基本算法
积分 微分
u* (t )
离散化过程相当于脉冲序列调制过程
脉冲信号：
(t
T
)
kT ) k 0
e*(t) e(t) (t kT ) e(kT ) (t kT ) k 0,1,2,K
k 0
k 0
积分环节的离散化处理
PID控制规律及数字PID基本算法
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知识回顾
系统控制的目标
r(t) e(t)
u(t)
校正环节 Gc (s)
c(t)
执行机构
检测单元
c(t)
被控对象 G(s)
控制目标：系统准确性、稳定性、快速性要求 系统评价：稳态特性、动态特性 稳态特性：稳态误差（误差度），与系统型次及开环增益相关 动态特性：时域指标（超调量、调整时间等）；频域指标（稳定裕度、剪切频率、中频宽度、带宽等 经典系统分析方法：时域、频域法、根轨迹等（开环分析闭环） 系统校正：串联校正、反馈校正、复合校正、频率特性校正
2
2.5
3
time(s)
rin,yout
五、小结与数字PID应用中的核心问题
小结 1、理解并掌握PID控制器中比例、积分、微分在调节系统稳态
特性与动态特性中的作用 2、掌握数字PID位置式、增量式的基本算法与特点 3、能够利用基本程序语言实现位置式增量式的程序编写 后续学习内容 1、PID参数的整定问题（周三实验介绍关于PID工程整定方法及
系统校正单元由基本环节构成，包括比例环节、积分环节、惯性环节、一阶微分、 二阶微分等，其中由比例、积分、微分环节构成的PID控制在工业控制中占有非常重 要的地位，了解PID控制规律、掌握PID控制器设计方法是十分必要的。
化工仪表及自动化知识点
1、方框图四要素：控制器、执行器、检测变送器、被控对象。
2、自动控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统.3、控制系统的五个品质指标:最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率.4、建立对象的数学模型的两类方法：机理建模、实验建模。
5、操纵变量：具体实现控制作用的变量。
6、给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值。
7、被控变量：在生产过程中所要保持恒定的变量。
8、被控对象:承载被控变量的物理对象。
9、比例度：是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，即100%/min max min max ⨯--=）（p p p x x e δ。
10、精确度（精度)：数值上等于允许相对百分误差去掉“"号及“%"号。
允许相对误差100%-⨯±=测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允δ 11、变差：是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行得到的两条特性曲线之间的最大偏值。
12、灵敏度:在数值上等于单位被测参数变化量所引起的仪表指针移动的距离。
13、灵敏限：是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。
14、表压＝绝对压力－大气压力;真空度＝大气压力－绝对压力。
15、压力计的选用及安装：(1）压力计的选用：①仪表类型的选用:仪表类型的选用必须要满足工艺生产的要求;②仪表测量范围的确定:仪表的测量范围是根据操作中需要测量的参数的大小来确定的。
③仪表精度级的选取：仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的.（2）压力计的安装：①测压点的选择；②导压管的铺设;③压力计的安装.16、差压式流量计和转子流量计的区别：差压式流量计是在节流面积不变的条件下,以差压变化来反映流量的大小（恒节流面积，变压降）；而转子式流量计却是以压降不变,利用节流面积的变化来测量流量的大小（恒压降，变节流面积）。
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控制器的基本控制规律
控制器是现代工业自动化中不可或缺的一种设备，它可以根据预设规律，对各种设备和系统的运行进行控制和监控。
控制器在各种环境中广泛运用，包括工业制造、物流、农业等领域。
一个成功的控制器必须具备基本控制规律，这些规律是控制器能够正确控制操作的关键。
一、稳定性规律
稳定性规律是控制器运转的基本规律，它要求控制器对系统的控制应当能够保持系统的稳定性，避免系统发生不稳定或失控的情况。
稳定性规律体现在控制器对系统的控制参数的调整上，控制器需要及时调整、校准各控制参数，保证系统运行稳定性。
常见的稳定性规律控制器有PID控制器和自适应控制器等。
二、追踪规律
追踪规律要求控制器能够追踪所需要控制对象的参量，把系统控制到预期的工作状态，并且保持其稳定性。
控制器对于不同的控制对象需要制定对应的控制算法，来保证控制对象参量的准确和稳定。
常见的追踪规律控制器有模糊控制器和神经网络控制器等。
三、纠正规律
纠正规律要求控制器能够及时检测到系统中的误差，并能够针对误差采用正确的方式进行纠正。
在系统出现误差的时候，控
制器需要对系统进行反馈控制，及时调整控制参数来消除误差。
常见的纠正规律控制器有比例控制器、微分控制器和积分控制器等。
四、适应规律
适应规律要求控制器能够适应不同的工况和环境条件，依据不同的工况和环境条件来调节系统的控制参数，确保系统稳定性和优化。
控制器需要不断检测环境条件和工况变化，对控制参数进行动态调整和优化，以达到最佳的运行状态。
常见的适应规律控制器有根轨迹控制器和滑模控制器等。
五、安全规律
安全规律是所有控制器智能控制的重要规律。
安全规律要求控制器对工业生产过程中的危险设施或危险工作环境进行监控，以确保生产安全。
此外，在控制器操作过程中，对可能出现的危险情况需要进行相应的控制和预警。
常见的安全规律控制器有安全控制器和故障诊断控制器。
总之，通过这些基本控制规律，控制器能够更加稳定、高效地运行，减小系统出错的概率。
而这些规律的不断完善和丰富，也将会带来支撑更多应用场景、更加高效的控制器的出现。