【正文】 微處理器為基元的控制裝置功能豐富，靈敏可靠，操作方便，可構(gòu)成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。主要有單回路數(shù)字控制器、可編程序數(shù)字控制器（PLC）和各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等?？刂埔?guī)律是指控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間隨時(shí)間變化的規(guī)律。在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最基本的控制規(guī)律有：位式控制、比例控制（P）、積分控制(I)、微分控制(D)及其組合(PI、PID)一. 位式控制（一） 雙位控制（開(kāi)關(guān)控制）1．雙位控制器的理想特性 （1）動(dòng)作過(guò)程： p= pmax e ＞0（或e ＜0） 開(kāi) Pmin e ＜0（或e ＞0） 關(guān) 控制器有兩個(gè)輸出值雙位控制系統(tǒng)的規(guī)律是當(dāng)測(cè)量值大于給定值時(shí)，控制器輸出為最?。ɑ蜃畲螅?dāng)測(cè)量值小于給定值時(shí)，則輸出為最大（或最小），即控制器只有兩個(gè)數(shù)出值，相應(yīng)的執(zhí)行器只有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)極限位置，因此又稱(chēng)開(kāi)關(guān)控制。 即當(dāng)被控變量有偏差存在時(shí)控制器的輸出非關(guān)即開(kāi)，操縱變量不是出于最大就是處在最小。（2）特點(diǎn)：作用是斷續(xù)的，控制器只有兩個(gè)輸出值，執(zhí)行器只有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)，而且從一個(gè)位置到另一個(gè)位置是極其迅速的。這種特性又稱(chēng)繼電特性，控制作用過(guò)頭，致使被控變量不能穩(wěn)定下來(lái)，而在給定值上下波動(dòng)。（１）規(guī)律具有比例控制規(guī)律的控制器稱(chēng)為比例控制器，其輸出信號(hào)變化量△P 與偏差信號(hào) e 之間成比率關(guān)系。即： （ 為放大系數(shù)）△ｐ——輸出變化量（２）特點(diǎn)①放大倍數(shù)Kc可調(diào)，且Kp≥１（或≤１），使控制器的輸出變化對(duì)e有足夠的靈敏度。ｅ相同時(shí)，Kc越大，輸出越大，控制越強(qiáng)。相同的Kc，ｅ越大，輸出大。Kc的符號(hào)可以選擇，當(dāng)e↑時(shí)，p↑或p↓②控制及時(shí)（只要有偏差存在，馬上控制，只要出水流量有波動(dòng)，必有ｅ，控制輸出ｐ就變化。③有余差。２．比例度Kc越大，控制作用越強(qiáng)，實(shí)際上并不直接使用Ｋｐ是用比例度來(lái)衡量控制作用強(qiáng)弱。工業(yè)上常用比例度δ代替 （１）定義：控制器輸入的相對(duì)變化量與相應(yīng)的輸出相對(duì)變化量之比的百分?jǐn)?shù)。 儀表量程 調(diào)節(jié)器的輸出范圍若P作，則（２）比例控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及余差①比例度對(duì)余差大小的影響△P ＝Kc e　　△P一定，δ越小，Kp越大，e越小些，余差越小　　　　　　　　　δ越大，余差越大被控變量在受到一階躍干擾，經(jīng)控制后，新的穩(wěn)定態(tài)值與給定值不再相等，它們之間的差值就是余差。②比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響（I）1． 規(guī)律及特點(diǎn)（1）規(guī)律：控制器輸出的變化量△p與輸入的偏差e的積分成比例 KＩ——積分速度，輸出信號(hào)隨時(shí)間增長(zhǎng)（或減?。ヾ△p/dt= KＩe 液位上升就慢慢關(guān)小閥門(mén)；液位下降就開(kāi)大閥門(mén)，e越大，閥門(mén)動(dòng)作越快，只要有e存在，就連續(xù)不斷地改變閥門(mén)開(kāi)度，直到e消失為止，控制器輸出變化速度與e成正比。積分控制作用輸出信號(hào)的大小，不僅取決于偏差信號(hào)的大小，且主要取決于e存在的時(shí)間長(zhǎng)短，只要有e，盡管e可能很小，但它存在的時(shí)間越長(zhǎng)，輸出信號(hào)變化越大?！遜△p/dt= KＩe 只要有e，d△p/dt≠0，有輸出變化只有e=0時(shí)，△p才不變化，系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)（2） 特點(diǎn)① 可以消除余差。② 不及時(shí)，△p的變化跟不上e的變化（控制作用隨時(shí)間積累逐漸增強(qiáng)，控制作用緩慢，會(huì)出現(xiàn)控制不及時(shí)）。③ △P與e不是一一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)e是常數(shù)A時(shí) e 2． 比例積分控制規(guī)律與積分時(shí)間積分控制作用是隨著時(shí)間積累才逐漸增強(qiáng)的，控制動(dòng)作緩慢，控制不及時(shí)，因此積分作用一般不單獨(dú)使用，常常把比例與積分組合使用。比例控制：輸出信號(hào)與輸入e成比例，作用迅速，但有余差積分作用：能消除余差，但作用緩慢 PI比例作用是即時(shí)的、迅速的 在粗調(diào)的基礎(chǔ)上又加上細(xì)調(diào)積分作用是緩慢的、漸進(jìn)的這樣控制既及時(shí)，又能消除余差。（1）規(guī)律 △p=△pp+△pＩ由于比例作用，控制器的輸出立即躍變至Kce，而后積分起作用，使輸出隨時(shí)間等速變化。(2) 積分時(shí)間 因?yàn)? ，上式可表示為 積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響為了消除余差，提高控制精度，必須引入積分作用。為了彌補(bǔ)因積分作用而引起的不穩(wěn)定，則應(yīng)適當(dāng)加大比例度，削弱比例作用。但結(jié)果會(huì)使過(guò)渡過(guò)程的最大偏差和過(guò)度時(shí)間都增大。因此在實(shí)際使用中應(yīng)合理選擇控制器的參數(shù)Tl和比例度，以保證既能較快地消除余差，又不過(guò)分降低其他品質(zhì)指標(biāo)。比例積分控制器兼有兩種控制作用的特點(diǎn)，并有比例度和積分時(shí)間兩個(gè)參數(shù)可供調(diào)整，從而活的較高的控制質(zhì)量，故在工業(yè)上應(yīng)用很廣。比例積分控制：控制較慢，被控對(duì)象滯后特別大，或負(fù)荷變化特別劇烈時(shí)，不及時(shí)，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生微分控制。 1． 微分控制規(guī)律及特點(diǎn)這種按被控變量變化的速度來(lái)操縱閥門(mén)的開(kāi)度的控制稱(chēng)為微分控制。（1）規(guī)律控制器輸出信號(hào)的變化與e變化速度成正比的控制規(guī)律稱(chēng)微分控制。TD——微分時(shí)間 ——（e對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)）偏差的變化速度偏差變化速度越大，則控制器的輸出變化也越大，即為分作用的輸出大小與偏差變化的速度成正比， 對(duì)于一個(gè)固定不變的偏差，不管這個(gè)偏差有多大，微分作用的輸出總是0，這是微分作用的特點(diǎn)。（2）特點(diǎn)①控制具有超前性質(zhì)（只要有e變化還不大，馬上就控制）②對(duì)于固定的e，控制器不輸出△p=0（也不能單獨(dú)使用） 在實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)這種控制作用是很難的，也沒(méi)有使用價(jià)值。近似微分控制器：在階躍輸入發(fā)生時(shí)刻，輸出△p突然上升到一個(gè)較大的優(yōu)先數(shù)值，然后呈指數(shù)規(guī)律衰減直至0。2． 比例積分微分控制PID 優(yōu)點(diǎn)：及時(shí)、消除余差 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴 t 位式控制——控制斷續(xù)，容易過(guò)頭，被控變量在給定值上下振蕩，不穩(wěn)定比例控制——p=Kpe控制及時(shí)，有余差，δ大，余差大；δ越小，控制作用越強(qiáng)，太強(qiáng)會(huì)引起振蕩。對(duì)象滯后大，δ應(yīng)大；對(duì)象滯后小，δ應(yīng)小。積分控制——p=KI∫edt 控制緩慢，動(dòng)態(tài)偏差大，控制時(shí)間長(zhǎng)，消除余差，TI越小，積分作用越強(qiáng)，太強(qiáng)時(shí)，易引起振蕩。微分控制——p=KDde/dt 超前控制，動(dòng)態(tài)偏差減小，時(shí)間縮短，余差減小，但不能消除，TD太大，會(huì)引起振蕩。比例積分控制——控制及時(shí)，消除余差，控制比較緩慢比例微分控制——超前控制，控制及時(shí)，減小余差比例積分微分控制——及時(shí)，消除余差167。 模擬式（PID）控制器調(diào)節(jié)儀表或稱(chēng)控制器，它將被控參數(shù)測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、 積分、微分運(yùn)算、并將運(yùn)算結(jié)果以一定信號(hào)形式送去執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于被控參數(shù)的自動(dòng)控制 。將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較（電流、電壓、氣壓相減），產(chǎn)生偏差信號(hào)。在電動(dòng)控制器中，給定信號(hào)與測(cè)量信號(hào)都是以電信號(hào)出現(xiàn)的，因此比較環(huán)節(jié)都是在輸入電路中進(jìn)行電壓或電流信號(hào)的比較。將偏差信號(hào)、反饋信號(hào)、載波信號(hào)疊加后進(jìn)行放大。將輸出信號(hào)通過(guò)一定的運(yùn)算關(guān)系反饋到放大器的輸入端，以實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律。在電動(dòng)控制器中，輸出的電信號(hào)通過(guò)由電阻和電容構(gòu)成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端。這里介紹DDZ—Ⅲ型控制器。二、 DDZ—Ⅲ電動(dòng)控制器1. 儀表的特點(diǎn)（1）采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：4~20mA DC 或 1~5V DC，信號(hào)電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250W。（2）高度集成化（廣泛采用集成電路），儀表的電路簡(jiǎn)化、精度提高、可靠性高，維修量少。（3）全系統(tǒng)統(tǒng)一采用24V DC電源供電，單元儀表無(wú)須單獨(dú)設(shè)置電源。（4）功能齊全，結(jié)構(gòu)合理。（5）整套系統(tǒng)可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，具有本安（本質(zhì)安全）性能。2. DDZ—Ⅲ電動(dòng)控制器的組成與操作有兩個(gè)基型品種：全刻度指示和偏差指示。為了滿(mǎn)足各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求，還有各種特殊控制器，例如斷續(xù)控制器、自整定控制器、前饋控制器、非線性控制器等。特殊控制器是在基型控制器中附加各種單元而構(gòu)成的變型控制器。（1）組成主要有輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、自動(dòng)與手動(dòng)切換電路、輸出電路、指示電路等組成。（2）基本功能①控制功能? 自動(dòng)控制：針對(duì)偏差，按PID規(guī)律自動(dòng)調(diào)整輸出。? 手動(dòng)控制：由人工直接設(shè)定輸出值——遙控執(zhí)行器。v 軟手動(dòng)：在軟手動(dòng)狀態(tài)，并按下軟手動(dòng)操作板鍵，控制器的輸出隨時(shí)間按一定的速度增加或減小，若手離開(kāi)操作板鍵則輸出保持當(dāng)時(shí)的信號(hào)值，這種“保持”狀態(tài)特別適宜于處理緊急事故。v 硬手動(dòng)：瞬間直接改變輸出值?？刂破鞯妮敵鲋涤捎彩謩?dòng)操作桿的位置。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)—軟手動(dòng)—硬手動(dòng)無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)切換。在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行過(guò)程中，一般先手動(dòng)遙控，待工況正常后，在切向自動(dòng)。當(dāng)工況出現(xiàn)異常時(shí)，又需要從自動(dòng)切向手動(dòng)。在切換的瞬間，應(yīng)當(dāng)保證控制器的輸出信號(hào)不變，這樣才能使執(zhí)行器的位置在切換過(guò)程中不至于突變，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程引起附加的擾動(dòng)。稱(chēng)為無(wú)擾動(dòng)切換。自動(dòng)——軟手動(dòng)之間的切換是雙向無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)切換，由硬手動(dòng)切換為軟手動(dòng)或自動(dòng)也是無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)的，但由軟手動(dòng)或自動(dòng)切換為硬手動(dòng)時(shí)，在切換之前，必須先調(diào)整硬手動(dòng)操作桿，使硬手動(dòng)輸出值與自動(dòng)輸出值保持一致。② 顯示功能? 輸入顯示、設(shè)定值顯示、手動(dòng)給定顯示、輸出顯示、（輸出）限位報(bào)警。③ 調(diào)整功能? 給定輸入調(diào)整： 內(nèi)給定：給定電壓由控制器內(nèi)部的高精度穩(wěn)壓電源取得。 外給定：由計(jì)算機(jī)或另外的控制器供給給定信號(hào)，由外來(lái)的4～20mA電流流過(guò)250Ω精密電阻產(chǎn)生1～5V的給定電壓。 內(nèi)、外給定信號(hào)的選擇是由控制系統(tǒng)的不同類(lèi)型及要求來(lái)確定的。167。一．可編程調(diào)節(jié)器主要特點(diǎn)：（1）功能豐富。（2）通用性強(qiáng)。容。（3）可靠性好這種利用標(biāo)準(zhǔn)功能模塊組成系統(tǒng)的工作，在數(shù)字控制系統(tǒng)中稱(chēng)為“組態(tài)”。第六章 執(zhí)行器執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，它的作用是接收控制器送來(lái)的控制信號(hào)，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。執(zhí)行器按其能源形式可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類(lèi)氣動(dòng)執(zhí)行器(習(xí)慣稱(chēng)為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥)是用壓縮空氣為能源,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推動(dòng)力大、維修方便、防火防爆（能在易燃易爆環(huán)境中工作）、價(jià)格較低、廣泛應(yīng)用于化工、制藥、煉油生產(chǎn)?？煞奖愕嘏c氣動(dòng)儀表配套使用；當(dāng)采用電動(dòng)儀表或計(jì)算機(jī)控制時(shí)，只要經(jīng)過(guò)電——?dú)廪D(zhuǎn)換器或電——～，仍可使用氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行動(dòng)作。薄膜氣動(dòng)執(zhí)行器時(shí)化工廠中最常用的執(zhí)行單元。電動(dòng)執(zhí)行器能源取用方便，信號(hào)傳遞迅速，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、防爆性能差（難以在易燃易爆環(huán)境中工作），故在化工、煉油中較少使用。液動(dòng)執(zhí)行器用液壓推動(dòng)，推力很大，但比較笨重，現(xiàn)在適用的不多。但因?yàn)橥屏Υ?，在一些大型?chǎng)合因無(wú)法取代而被采用，如三峽的船閥用的就是液動(dòng)執(zhí)行器。38 / 38