当前课程知识点:轮机自动化 > 第三章 调节器基本作用规律 > 第二节 > 3.2_1比例作用规律的定义
同学们好
欢迎回到课堂
本讲我们来学习比例作用规律
比例作用规律p
是指调节器的输出量 p(t)
与输入量 e(t)成比例变化
即
其中K称为比例系数
K越大在输入相同的偏差e(t) 时
调节器输出量p(t) 也越大
我们就说比例作用越强
K越小 比例作用越弱
考察调节器特性时
可以通过开环阶跃响应来完成
开环阶跃特性是指
调节器没有接入反馈控制系统中
形成闭环回路
仅仅通过给调节器输入一个阶跃信号
观察其输出信号的变化规律
比例作用调节器的开环阶跃特性如图所示
给调节器一个阶跃的偏差e输入后
调节器立即输出一个阶跃响应
该阶跃响应与输入e成比例变化
下面通过一个单容水柜的液位控制系统
来介绍一下比例作用调节器的控制过程及其特点
图中水柜中的实际水位h是被控量
其给定值为
假定在初始平衡状态下
给水流量Qi与出水流量Qo相等
水位稳定在h0上 偏差e(t) =0
此时
水柜的出水流量Qo
对应水柜的额定负荷
通过调整可以使此时调节阀开度p(t)
为全开的一半左右
保证不论出水量负荷怎样变化
调节阀都有调节余地
若突然开大出水阀
出水流量阶跃增大
相当于增大水柜的负荷
假设调节器暂未动作
给水流量Qi暂时未变
水位会连同浮子和浮子杆一起下移
带动杠杆绕支点顺时针转动
使给水调节阀开度增大
给水流量Qi增加
当给水流量Qi超过出水量Qo 时
水位上升
在浮子的作用下给水调节阀开度变小
如此反复振荡几次后
直到Qi=Qo
水位重新稳定在一个新的设定值h0'上
突然关小出水阀诗的动作过程
与上述过程相反
请大家自行分析
下面请看一下整个调节过程的动画演示
根据反馈控制系统的组成
不难看出 在上述水位控制系统中
控制对象为水柜
被控量是水位高度h
杠杆可以起到调节器的作用
浮子是测量单元
而给水调节阀就是执行机构
图中杠杆调节器的输出p(t)
与水位测量值
与设定值偏差e(t)的关系可以写作
可以看做是比例调节器放大倍数
改变支点位置可以改变长度比a/b
即改变了放大倍数K的值
左移可调支点
a减小 b增大
放大倍数K减小
反之则K增大
浮子式水位控制系统中
假设出口阀突然开大导致出水量Qo增加后
经过动态调节过程
最终稳定的新的水位值h0'
与原来的稳定值h0是否相等
这个问题可以这样考虑
如果水位最终能够稳定下来
那么必定有Qi=Qo
即被控对象水柜的给水量与出水量相等
而给水阀开大后出水量是增加的
因此给水量也需要增加相应的量
才可以保持系统的物质平衡状态
即给水阀的开度
要比原来的平衡状态大一些才行
在支点位置不变的情况下
开大给水阀只能通过降低浮子位置来完成
由此可知
最后的平衡状态下
浮子位置比原来的位置要低
即新的平衡状态
被控量水位值h0'要比原水位值h0 要小
h0减去h0'
就是定值控制系统的静态偏差值
静差的存在是比例控制的固有特性
可以通过增强比例作用来减小静差
但是没有办法完全消除
比例作用规律的优点是
结构简单 调节及时迅速
因此是构成其它PID控制规律的基础
由前面的分析可知
比例控制系统始终存在静态偏差
因此无法实现无差控制
但是其本质上仍然属于定值控制器的一种
这是它不和双位控制的根本区别之一
换句话说
比例控制的静态偏差在理论上无限接近于0
因此可以将其单独应用于
控制精度相对高的控制系统中
控制精度相对高的控制系统中
以上是比例作用规律的定义及其工作过程
影响比例作用规律强弱的参数
将在下一讲中进行介绍
谢谢大家
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