第十三章温度控制系统与构建

这是一篇关于第十三章温度控制系统与构建的思维导图，主要内容包括：通用测量控制系统的品质指标，温控器调节原理，通过用控制系统的分类，构成。PID控制器是一种广泛应用于自动控制系统中的调节器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。每个部分在控制过程中都扮演着特定的角色，以调整被控变量（如液位、温度等）至设定值。

第十三章，温度控制系统与构建

• 构成
  • 模拟式炉温自动控制系统
    • 过程控制
  • 数字式炉温自动控制系统
    • 炉温Tc与设定值Tr的比较运算，以及对二者偏差值的（比例、积分、微分等）运算是在计算机中用数值方法进行的。
    • 原有的比例调节器由数字控制器所替代；原有的执行机构由移相可控整流电路取代
• 通过用控制系统的分类
  • 自动控制装置主要由三部分组成：传感器 调节仪表（控制器）执行机构
    • 术语
  • 按照设定值不同，可以将自动控制系统分为三类：定值控制、随动控制、程序控制
• 温控器调节原理
  • 二位式、三位式
    • 二位式调节
      • 控制器只有两种信号输出，功率只有0与100%
      • 被控变量在上、下限允许的范围内波动。双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，但控制质量差，工业上一般不采用
    • 三位式
      • 强加热、弱加热、停止加热
      • 调节升温速度更快，波动更小，精度高
  • 时间PID调节
    • 占空比ρ=ton/T，有平均功率P=ρPnom（额定加热功率）
    • 原理：功率连续可调了。脉冲宽度调制技术PWM，执行器导通的占空比ρ与偏差成比例关系
    • 被控量波动较小，但有余差
• 通用测量控制系统的品质指标
  • 峰值时间tp与超调量σp：tp是控制系统阶跃响应最大值的时刻点，通常采用超调量这个指标来表示被控变量偏离设定值的程度，一般超调量以百分数给出（被控量与稳态值之差比稳态值）
  • 调节时间ts
    • 扰动响应下的最大动态偏差emax以及回复时间tt
  • 稳态误差e无穷，余差。
  • 衰减比：第一个波的幅值与第二个波的幅值之比
• 自动化231陈爽
• 简易温度控制器
  • A：P C：PI B：PID
    • PID暂态相应变快了
• PID参数的选取和整定
  • 比例度PB、积分时间Ti、微分时间Td三个参数可供选择
    • 比例度PB比例度越大（放大倍数Kp越小），过渡过程越平缓，余差越大；比例度越小（放大倍数Kp越大），过渡过程振荡越激烈，余差越小，PB过小，甚至成为发散振荡的不稳定系统
    • 积分时间Ti积分时间越大（积分作用越弱），过渡过程越平缓，消除余差越慢；积分时间越小（积分作用越强），过渡过程振荡越激烈，消除余差快
    • 微分时间Td微分时间增大（微分作用越强），过渡过程趋于稳定，最大偏差越小，但微分时间太大（微分作用太强），又会增加过渡过程的波动
  • 临界比例度法
    • 比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。➢对于临界比例度很小的系统不适用,因为PBk很小，即Ku很大，容易使被控变量超出允许范围。➢对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用
    • Ku为临界比例值
• P(比例)I(积分)D(微分)调节
  • 可组成P调节器、I调节器、PI调节器、PD调节器和PID调节器（无单独的D调节ID调节）
  • 比例调节
    • 原理：使控制阀的开度与被控变量的偏差成比例
    • Kp，比例增益，Kp是控制器的输出变量Δu(t)与输入变量e(t)之比。=100/PB
    • PB,比例度，衡量比例控制作用强弱的变量
    • 在时间上没有延滞
    • 特点
      • 有余差存在
      • 当比例度PB减小到某一数值时，系统会出现等幅振荡，此时的比例度称为临界比例度
      • PB小，被控变量拉回到设定值所需的时间就短
    • PI调节，I起辅助作用，无余差
  • PID控制器的选择
    • 液位：一般要求不高，用P或PI控制规律
    • 流量：时间常数小，测量信息中杂有噪音，用PI或加反微分控制规律
    • 压力：介质为液体的时间常数小，介质为气体的时间常数中等，用P或PI控制规律
    • 温度、成分：容量滞后较大，用PID控制规
  • 积分调节
    • 原理：按照偏差的大小来决定调压器输出电压增大或减小的速度，控制器输出信号的变化速度与偏差成正比
    • 积分调节输出△u(t)与输入e(t)的关系为
    • 在幅度为A的阶跃偏差作用下
    • 当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小），不仅取决于偏差信号的大小，而且主要取决于偏差存在的时间长短
    • 当偏差为零时，控制信号才停止变化而稳定在某一值上，因而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差
    • 积分调节的滞后
      • 积分控制作用总是滞后于偏差的存在，使系统稳定性下降，很少单独使用
      • 常常将积分作用与比例作用和微分作用相结合组成比例积分微分控制器来使用
  • 微分调节
    • 原理：滞后性下，观察偏差的变化速度即趋势来开启阀门的圈数，这样可抑制偏差幅度，易于控制
    • 控制器的输出与偏差变化速度成正比
    • 优点：具有超前控制功能。
    • 缺点：输出不能反映偏差的大小，若偏差固定，即使数值很大，也没有输出，因而不能消除偏差，所以不单独使用这种控制器