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2.2. 模拟控制器

2.2. 模拟控制器. 控制器的功能. 基本构成环节的特性. DDZ―Ⅲ 型电动调节器. 微分先行 PID 运算电路分析. 2.2.1. 控制器的功能. 控制器的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行 PID 运算，并输出控制信号至执行器. (1) 偏差显示. (2) 输出显示. (3) 提供内给定信号及内、外给定的选择. (4) 正、反作用的选择. (5) 手动操作与手动 / 自动双向切换. (6) 附加功能 ： 抗积分饱和、输出限幅、输入报警、 偏差报警、软手动、抗漂移、停电对策和零启动等. 2.2.2. 基本构成环节的特性.

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Presentation Transcript

  1. 2.2. 模拟控制器 控制器的功能 基本构成环节的特性 DDZ―Ⅲ型电动调节器 微分先行PID运算电路分析

  2. 2.2.1.控制器的功能 控制器的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，并输出控制信号至执行器 (1)偏差显示 (2)输出显示 (3)提供内给定信号及内、外给定的选择 (4)正、反作用的选择 (5)手动操作与手动/自动双向切换 (6)附加功能：抗积分饱和、输出限幅、输入报警、 偏差报警、软手动、抗漂移、停电对策和零启动等.

  3. 2.2.2.基本构成环节的特性 模拟控制器都是由各种放大器和由电(气)阻、电(气)容构成的基本环节组合而成. 电阻R 气阻R (a)固定电阻 (a)固定气阻 (b)可调电阻 (b)可调气阻 关系式 R=U/I 关系式 R=△P/M 传递函数 U(s)/I(s)=R 传递函数 R=△P(s)/M(s)

  4. 基本元件 电容C 气容C (a)固定电容 (b)可变电容 a)固定气容 (b)可变气容 关系式： 关系式： 传递函数： 传递函数： 式中：q——电容中的电荷量； 式中：m——气容中的气体质量 iC——流过电容的电流； M——气体的质量流量； UC——电容两端的电压。 PC——气容中的压力。

  5. 比例环节

  6. 积分环节

  7. 微分环节

  8. 2.2.3.DDZ―Ⅲ型电动调节器 DDZ―Ⅲ型调节器有两种：全刻度指示调节器和偏差指示调节器，它们的结构和线路相同，仅指示电路有些差异。这两种基型调节器均具有一般调节器应具有的对偏差进行PID运算、偏差指示、正反作用切换、内外给定切换、产生内给定信号、手动/自动双向切换和阀位显示等功能。 在基型调节器的基础上，可附加某些单元，如输入报警、偏差报警、输出限幅单元等。也可构成各种特种调节器，如抗积分饱和调节器、前馈调节器、输出跟踪调节器、非线性调节器等以及构成与工业计算机联用的调节器，如SPC系统用调节器和DDC备用调节器。

  9. 基型调节器的构成 基型调节器线路原理图

  10. 基型调节器的构成方框图 硬手操电路 输入电路 输出电路 PD电路 PI电路 软手操电路

  11. 基型调节器的电路分析－输入电路 输入电路是偏差差动电平移动电路，它的作用 ：一是偏差检测与放大；二是电平移动 。 输入电路原理图 输入电路原理图采用这种电路形式有如下两个目的 ： ① 是为了消除集中供电引入的误差。 ② 是为了保证运算放大器的正常工作

  12. 共模输入电压UC 利用迭加定理和差动输入运算放大器电路 输出与输入的关系式， 对于测量信号Ui ，则有 对于给定信号Us ，则有 上述关系式表明： a) 输出信号Uo1 仅与测量信号Ui和给定信号Us差值成正比，比例系数为-2，而与导线电阻上的压降Ucm1和Ucm2无关。 b) 把以零伏为基准的、变化范围为1～5V的输入信号，转换成以UB (10V)为基准的、变化范围为0～±8V的偏差输出信号V01。

  13. (2) 比例微分电路 比例微分电路的作用是对输入电路的输出信号V01进行比例微分运算，整机的比例度和微分时间通过本电路进行调整。 无源比例微分电路的传递函数为：

  14. 同相端输入运放电路的传递 函数为： 比例微分电路的传递函数为：

  15. 比例微分电路 在阶跃输入信号下，比例微分电路输出的时间函数表达式为：

  16. PD电路的定性分析 在t=0+ ，由于电容CD上的电压不能突变 ，所以UT(0+)=U01 t＞0，CD两端的电压按指数规律不断上升故UT按指数规律不断下降 当充电过程结束时，UCD= UR11 UT(∞)=U01/n 由于U02= αUT，因此U02的变化规律与UT相同，而且有

  17. 比例积分电路 比例积分电路的主要作用是对来自比例微分电路的电压信号U02进行比例积分运算 其传递函数为： TI = RI CI

  18. 比例积分电路实际的输出输入关系 联立求解以上三式，化简后可求得 KI=K3CM / CI

  19. 比例积分电路 在阶跃输入信号作用下，PI电路输出的时间函数表达式为 比例积分电路的调节器的调节系统仍然存在静差。

  20. 积分时间TI的倍率开关 积分时间TI的倍率开关K3置于“×10”档时， R15上的电压经 电阻RI向电容CM充电。因为 UR15=1/m U0 m=(R14+ R15)/ R15≈10 积分时间是刻度值的10倍。

  21. (4) 整机传递函数 TD F=1+ —— Ti

  22. TD F=1+ —— Ti 干扰系数F反映调节器参数(主要是KP、TI、TD) 互相影响的一个参数。 调节器的PID运算电路是由PD电路和PI电路串联构成。 a) KP、TI、TD三个参数相互干扰的结果，使实际比例增益增大（即实际比例度减小），实际积分时间增长、实际微分时间缩短。 b) 相互干扰系数F是一个大于1的数，其大小与积分时间和微分时间的大小有关。 相互干扰系数F的表达式取决于调节器的结构。

  23. PID电路阶跃输入信号的表达式

  24. 输出电路 • 输出电路 • 输出电路的作用是将比例积分电路输出的以UB为基准的1~5VDC电压信号U03转换为流过负载RL（一端接地）的4~20mADC输出电流I0

  25. 输出电路 • I0= I0' -If

  26. 输出电路 • I0= I0' -If

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