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如果 PID 控制器的設(shè)置正確,則會盡快達(dá)到此設(shè)定值,然后使其保持為常數(shù)值。 輸出值更改后,過程值通常僅隨時間延遲而變化。 控制器必須針對此響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。
執(zhí)行器
執(zhí)行器是受控系統(tǒng)元件,受控制器影響。 其功能是修改質(zhì)量和能量流。
下表概述了執(zhí)行器的應(yīng)用。
應(yīng)用 | 執(zhí)行器 |
---|---|
液體或氣體質(zhì)量流 | 閥門、遮板、閘門閥 |
固體質(zhì)量流,如大塊材料 | 鉸鏈?zhǔn)綋醢濉魉蛶?、振動器通?/span> |
電流 | 開關(guān)觸點(diǎn)、接觸器、繼電器、可控硅 |
可變電阻、可調(diào)變壓器、晶體管 |
執(zhí)行器分為以下幾種:
- 帶有恒定起動信號的比例執(zhí)行器
這些元件用于設(shè)置開啟角度、角位置,或與輸出值成比例的位置。 輸出值在控制范圍內(nèi)會對過程產(chǎn)生模擬量作用。
此組中的執(zhí)行器包括彈簧支撐的氣動驅(qū)動器,以及構(gòu)成位置控制系統(tǒng)的帶位置反饋的電動驅(qū)動器。
連續(xù)控制器(如 PID_Compact)會生成輸出值。
- 帶脈沖寬度調(diào)制信號的比例執(zhí)行器
這些執(zhí)行器用于在采樣時間間隔內(nèi)生成長度與輸出值成比例的脈沖輸出。 執(zhí)行器(如加熱電阻或制冷裝置)在等時模式下接通,持續(xù)時間根據(jù)輸出值的不同而有所不同。
起動信號可呈現(xiàn)單極“打開”或“關(guān)閉”狀態(tài),或表示雙極狀態(tài),如“打開/關(guān)閉”、“向前/向后”、“加速/制動”。
輸出值由兩位控制器(如具有脈寬調(diào)制的 PID_Compact)生成。
- 具有積分作用和三位起動信號的執(zhí)行器
執(zhí)行器經(jīng)常由電機(jī)操作,操作周期與阻塞元件的執(zhí)行器進(jìn)給成比例。 包括閥門、遮板和閘門閥等元件。 盡管所有這些執(zhí)行器的設(shè)計有所不同,但它們都受到受控系統(tǒng)輸入端的積分作用的影響。
步進(jìn)控制器(如 PID_3Step)會生成輸出值。
無反饋兩位控制器
兩位控制器將狀態(tài)“ON”和“OFF”作為切換函數(shù)。 這與 100% 或 0% 輸出相對應(yīng)。 該特性會使過程值 x 在設(shè)定值 w 周圍持續(xù)振蕩。
振幅和波動持續(xù)時間隨受控系統(tǒng)的延遲時間 Tu 與恢復(fù)時間 Tg 之間的比例而增加。 這些控制器主要用于簡單的溫度控制系統(tǒng)(例如直接用電加熱的爐子),或用作限值報警設(shè)備。
下圖顯示了兩位控制器的特性
① | ON |
② | OFF |
Yh | 控制范圍 |
w | 設(shè)定值 |
下圖顯示了兩位控制器的控制函數(shù)
① | 不帶控制器時的響應(yīng)特性 |
② | 帶兩位控制器時的響應(yīng)特性 |
Tu | 延遲時間 |
Tg | 恢復(fù)時間 |
XSd | 切換差異 |
有反饋兩位控制器
在受控系統(tǒng)具有較長延遲時間的情況下(例如功能空間與加熱空間分離的爐),可通過使用電力反饋改善兩位控制器的特性。
反饋用于增加控制器的開關(guān)頻率,但這會減小過程值的振幅。 此外,在動態(tài)操作中可充分改進(jìn)控制作用結(jié)果。 切換頻率限制由輸出級別決定。 在機(jī)械起動器(例如繼電器和觸點(diǎn))上,每分鐘不得超過 1 到 5 次切換。 如果是下游可控硅或三端雙向可控硅控制器的電壓和電流輸出,則可選擇超過受控系統(tǒng)目前限制頻率的高切換頻率。
因為切換脈沖無法再通過受控系統(tǒng)的輸出來確定,所以會得到與連續(xù)控制器結(jié)果類似的結(jié)果。
通過對連續(xù)控制器的輸出值進(jìn)行脈寬調(diào)制來生成輸出值。
反饋兩位控制器可用于爐子的溫度控制,用于塑料、紡織品、紙張、橡膠和食品中使用的加工機(jī),以及用于加熱和冷卻設(shè)備。
三位控制器
三位控制器用于加熱/冷卻。 這些控制器使用兩個切換點(diǎn)作為輸出。 控制作用結(jié)果可通過電子反饋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 此類控制器的應(yīng)用領(lǐng)域包括供暖、低溫試驗箱、氣候試驗箱和塑料加工機(jī)的工具加熱設(shè)備。
下圖顯示了三位控制器的特性
y | 輸出值,例如 y11 = 100% 加熱 |
x | 過程值的物理量,例如,以 ° C 為單位的溫度 |
w | 設(shè)定值 |
xSh | 切換點(diǎn) 1 與切換點(diǎn) 2 之間的距離
|
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