⑷、比例系数和比例带的概念及物理意义
①、在比例控制中，输出信号的变化量与输入信号的 u t 变化量之比，称为比例系数，即：
Kp
e t
②、通常用比例系数的倒数来表示调节器的输入与
输出之间的比例关系，即：
u t
1

e t
1 100% Kp
δ称为比例调节器的比例带（比例度）；
Δ Qf
θ + e －θz
g
1 2
ε
ε
1 2
P
θc
K4
电加热器
+
K1
τ 1 T1
θa
恒温室
对象
双位调节器
T2
敏感元件（传感器）
2.3、比例调节器特性及调节过程分析
⑴、比例调节器的定义： 能使输出变量与输入变量按比例关系调节的调节器称为比 例调节器（也称P调节器）； ⑵、调节器的输出信号u与偏差信号e有如下关系：
h H hman hmin
hman－液位标尺的最高刻度（mm） hmin－液位标尺的最低刻度（mm）
由于比例调节器的输入信号和输出信号成比例，即：L∝H
H h / hman hmin h lman lmin L l / lman lmin l hman hmin
H h / hman hmin h lman lmin 100% 100% L l / lman lmin l hman hmin
h lman lmin 250 300 10 0 100% 100% 50% l hman hmin 5.0 2.5 400 0
1 3
送风 调节器
2
冷水
4 5
回风
回水
空调房间
2.2、位式调节器特性及调节过程分析
2.2.1 位式调节器的特性 ⑴、什么是位式（双位）调节？
电磁阀
送风
冷冻水 回水
传感器
回风
恒温室
控 制 器
例2、采用电子线路组成的位式调节器
+5V
V
VB
VA
t
Rt VA C1
R2
5+
R4
7
D
J
VC
b
+5V
W VB R1 R3
δ－比例调节器的比例带
例1：一个电动比例调节器，它的量程是100～200℃， 输出信号是0～10mA，当输入从140℃～160℃时， 相应的调节器输出从3mA变化到8mA，则该调节器 的比例度为：
160 140 / 200 100 100% 80% 8 3 / 10 0
e uman umin 100% u eman emin
例2: 某一浮球比例控制系统中，调节阀在全闭位置Lmin=0mm， 调节阀在全开位置Lman=10mm，浮球液位标尺的最低位置 hmin=0mm，浮球液位标尺的最高位置hman=400mm。且浮球 与调节阀之间相对位置固定。已知调节阀位置L1在2.5mm处， 浮球位置h1在300mm处，当浮球移动后，调节阀位置L2在 5.0mm处，求其比例带δ。 解：
2.1.1、调节器的调节规律类型：
①、按位式（开关）方式调节规律的调节器称为 位式调节器； ②、实现比例调节规律调节的称为比例调节器； ③、具有积分调节规律的调节器称为积分调节器； ④、具有比例、积分调节规律的调节器称为PI调节器； ⑤、具有比例、积分、微分调节规律的调节器称为 PID调节器 2.1.2、调节器的主要特性 ⑴、调节范围： 调节对象中调节参数的最大值与最小值之间的范围 称为调节范围，即调节器在这一范围内工作。
⑤、调节过程是周期性的、不衰减的脉动过程，被 调参数在其波动范围内，按对象本身的飞升曲 线规律变化。 ⑥、调节对象的时间常数T愈小，迟延τ愈大，则特 性比，τ／T愈大，被调参数的波动范围也愈大。 一般，τ／T值小于0.3，才适于选用双位调节器。
4、双位调节装置的特性对调节品质的影响
★双位调节器本身存在呆滞区及敏感元件存在惯性 时，对调节系统的影响；
2.1、常用调节器（控制器）调节规律
1、调节器（控制器）的作用： 调节器的作用是将系统的被控量与给定值（设定值） 相比较后，得出被调量的偏差，再根据一定的调节规 律产生输出信号，从而推动执行器工作，对生产过程 进行自动调节，使被调量等于或接近给定值。 控制器输出信号的作用叫调节作用，控制器的输出 信号与输入信号（偏差）的关系称为调节（控制）规 律。 即：调节规律是指调节器的输出信号随输入信号 变化的规律。
0
0V
W VB R1 R3
Vd R4
c e
VC
6
开 停 停
开 停
-
+5V 0V
0
t
u u0
e 0
0
u
△
u0
e
u0
0
2△
u
e
-u 0
-u 0
△
-u 0
⑶、调节器的延迟
当调节对象中安装测量元件处的调节参数(如温度传感变送器 处的空气温度)开始变化时，一般需要经过一段时间后调节器才 开始相应的动作。需要经过的这段时间叫做调节器的延迟。
⑷、调节对象对调节过程的影响
①、对象的迟延影响： 对象迟延τ愈大，则被调参数波动愈大；迟延愈小，则被调 参数波动愈小。若迟延τ＝0，则被调参数的波动范围等于调 节器的差动范围；
但τ愈大，调节周期愈长，即在一定时间内，开关动作次数少； 反之，开关动作次数频繁。因此，由于迟延的存在，使得被调 参数波动增大，但却使得波动周期增长，对开关的使用寿命有 利。 ②、对象放大系数K愈大，时间常数T愈小，则对象飞升曲线 越陡，这时在同样差动值及迟延τ的情况下，被调参数波动也 愈大，同时波动周期也愈小。因此对于T很小，K很大的对象， 易引起被调参数产生大的波动，再加上迟延r的影响，将引起 被调参数波动特别大，甚至达不到调节精度的要求。因此系统 是否可用双位调节器进行调节，要根据调节系统的对象特性参 数来综合考虑。
⑶、比例调节器的特点： ①、调节速度快、稳定性好、不易产生过调现象。 由于是有差调节，因此调节结束后仍存在残余偏差。 ②、比例（控制）调节的优点：
★比例控制的输出与输入是同步变化的，没有惯性 和时间上的延迟。响应快，与输入成比例地变化。 ★比例控制的特性参数是比例放大系数K，它表示了 比例作用的强弱。
0
θa
Tn
θ f =0 θ ad t θ f＞0
Tn
1 p i max i min 2
③、波动周期Tn:
θa
t θ ad
双位温度控制波动曲线
θ f＜ 0
3、对象特性对品质指标的影响 ⑴、室温对象的特性参数： ①、滞后性（ τ ） ②、时间常数（ T ） ③、放大系数（K） ⑵、室温双位调节 系统方框图
Vc K P VA
例2：浮子式液面调节系统
①、此调节系统的被调参数为水槽的液位； ②、调节器的目的是使水槽中的液位保持在一定的 范围内；
假设Δh表示液位的变化量（即偏差）,也就是调节器的输入； Δl表示阀杆的位移量，也就是调节器的输出。
a b l t h t
a l t h t K ph t b
第二章 调节器的特性及对调节过程的影响 本章讲授的主要内容： 1、常用调节器（控制器）调节规律 2、位式调节器特性及调节过程分析 3、比例调节器特性及调节过程分析 4、积分调节器； 5、比例积分调节器 6、微分调节器； 7、比例积分微分调节器（PID调节器）；
1、常用调节器的类型与主要特性； 2、位式（开关）调节器的特性； 3、比例（P）调节器的特性； 4、积分（I）调节器的特性； 5、比例积分（PI）调节器的特性； 6、微分（D）调节器的特性； 7、比例、积分、微分（PID）调节器的特性；
l t KP h t
KP = 输出信号的变化量∕输入信号的变化量
现将调节器的输入信号和输出信号用相对值来表示； 调节阀的位移变化的相对值L（％）为：
l L lman lmin
Lman－调节阀的最大开度（mm） Lmin－调节阀的最小开度（mm）
液位变化的相对值H（％）为：
u0 y t { u0
e(t)
e t 0 e t 0
＋
＋ －
u0 -u 0
y(t)
e(t)
u0
δ
y(t)
－
-u 0
式中u0和-u0为两个常数，最小值通常是零或-u0。
2.2.2 位式调节器的调节过程分析
1、双位调节器控制冷库温度工作原理
⑴、通过进入冷库的热 量变化，来分析冷库的 温度变化； ①、热量变化： a)电磁阀开启时，制冷 剂所带走的热量Q出； b)外界进入冷库的热量 Q入；
u t K P e t
Δ u(t)
e(t)
A 0 B=KPA
W s KP
＋
e(t)
t
0
t
KP
u (t)
－
例1：采用运算放大器的比例调节器工作原理
R6 R4 W R1 VB R5 R3
5
+E VC
7
Rt VA C1
R2
+ 6 VB
0
VC VA t 0 t
R6 Vc V A R4
②、工作原理分析
τ＝0； τ≠0；
τ＝0；差动等 于波动 τ≠0；差动小于 波动；
2、双位调节的过程指标：
①、参数的波动范围θid :
id i max i min
②、被调参数的上、下 偏差的平均值θp:
Hale Waihona Puke θ amax0θa