第三节 自动调节器的基本调节规律自动调节器是构成自动控制 系统的核心部分，它的调节规 律直接影响着自动控制系统的 调节品质。l自动控制系统的控制质量取决于 它的动态特性，即取决于组成控 制系统的被控对象和调节器的动 态特性。l调节器的动态特性也称为调节器 的调节规律（动作规律），是调 节器的输入信号与输出信号之间 的动态关系。l典型的几种调节规律：比例、积 分、微分三种基本调节作用一、三种基本的调节作用1、比例调节作用（P作用）l调节器的输入与输出成比例关系 动态方程： Kpe Kp：比例系数或比例增益 =1/Kp：比例带 注意：这里所说的控制器输出 实际上 是对其起始值0 的增量。因此当偏差 e=0而=0时，并不意味着调节器没有 输出。l比例调节 作用的动作规律：执行 机构的位移量与偏差的大小成比 例，即偏差值e越大，执行机构 输出位移也越大；偏差e的变化 速度d e/dt越大，执行机构输出位 移的速度d /dt也越大。P作用的特点 优点：动作快，对干扰能及时 和有很强的抑制作用 缺点：被调量存在着静态偏差 有时称比例作用为有差作用2、积分调节作用（I作用）l 执行机构的位移量的变化速度 与偏差信号成比例作用。动态方程式： d/dt=e/TiTi：积分时间l 积分调节 作用的动作规律：只要对 象的被调量不等于给定值（即偏差e 存在），那么执行机构就会不停地 动作，而且偏差e的数值越大，执行 机构的移动速度d/dt就越大。只有 当偏差e等于零时，调节过 程才能结 束，执行机构才停止动作，调节 系 统才能平衡。I调节作用的特点 优点：能消除静态偏差。在被调量偏 差消除后由于积分规律的特点，执行 机构将停留在新的与负荷变化相适应 的位置上。 缺点：与比例调节作用相比较过于迟 缓，过渡过程的振荡加剧，甚至造成 系统不稳定。 不采用单纯的积分调节作用3、微分调节作用（D作用）执行机构的位移量与被调量偏差 e 的变化速度成正比。 动态方程：根据偏差的变化趋势进行控制D作用的特点优优点：超前的调节 作用（有利于克 服动态 偏差）缺点：不能适应负 荷的变化（调节 过程结束，偏差e的变化速度de/dt等 于零时，微分调节 器的输出也将等 于零，）故不能单独使用二、自动调节器的典型调节规律1、比例调节器（P调节器）只有比例调节作用的调节器叫比例调节器动态方程：(t)=Kpe(t) Kp 比例增益 =1/Kp比例带调节 器的比例增益（或比例带） 的选择 有其两重性 。l比例带越大，调节 器的动作幅度越小，调节过 程越稳定，但其被调量 的静态偏差增大l反之，比例带越小，调节 器的动作幅度越大，被调量的静态偏差减小，但调节过 程易出现振荡，稳定性降 低2、比例积分调节器（PI调节器）具有比例调节作用和积分调节作 用 的调节器叫做比例积分调节器。 动态方程： 两个参数：和Ti 比例积分调节 器兼有P作用和I作用 的特点。l调节 系统中采用这种调节 器时：由 比例作用保证调节过证调节过 程的稳稳定性： 增大值，可以消弱振荡倾 向，但 过大将将削弱调节 作用，使调节过 程的时间 拖长。增大Ti 值使比例作 用相对增强。也能消弱振荡倾 向。 但Ti 不宜过大，因为Ti 过大，调节 作用的积分成分将过小，调节过 程 时间 将很长。积积分调节调节 作用可保证证 调节结调节结 果无差 因此，比例积分调节 器在工业上得到 广泛的应用。3、比例积分微分调节器（PID调节器）具有比例、积分、微分三种调节作用 的调节器叫做比例积分微分调节器 动态方程：这种调节器兼有比例、积分、微分三 种调节作用的特点。l比例调节作用的特点是保证过 程的稳定性；积分调节作用的 特点是保证调节过程无差，微 分调节作用的特点是补偿调节 对象的迟延和惯性。l下图为同一对象分别配P控制器 、PI控制器、PID控制器组成的 控制系统，在阶跃扰动作用下其 被控量的变化过程曲线的比较。l曲线1是配P控制器的控制过程。由于比 例控制规律具有控制及时的特点，所以控 制过程时间较2短，动态偏差也较2小。而 P为有差调节，因此控制过程结束后存在 静态偏差。3是PI，I能消除静态偏差，可以实现无差 调节，但I作用调节不及时， 过渡过程时 间加长与1相比4是PID，D是一种超前控制方式l综上所述，比例控制作用是最基 本的控制作用，而积分和微分作 用为辅助控制作用。比例作用体 现于整个控制过程之中，积分作 用则体现在控制过程后期，用以 消除静态偏差，微分作用则体现 在控制过程的初期。l在调节系统中采用这种调节器时 ，只要三个调节作用配合得当， 就可以得到较好的调节效果复习题l什么是调节器的调节规律？有 哪几种基本的调节规律，其特 点是什么？l自动调节器的典型调节规律有 哪些，其中参数的怎样选择？