第十章控制器

1、上節(jié)課知識(shí)回眸上節(jié)課知識(shí)回眸 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn): : P P控制、控制、I I控制、控制、D D控制數(shù)學(xué)表達(dá)式；控制數(shù)學(xué)表達(dá)式； P P控制、控制、I I控制、控制、D D控制的特點(diǎn)；控制的特點(diǎn)； P P控制、控制、I I控制、控制、D D控制的控制器參數(shù)；控制的控制器參數(shù)； P P控制、控制、I I控制、控制、D D控制對(duì)控制質(zhì)量的影響?？刂茖?duì)控制質(zhì)量的影響。控制規(guī)律控制規(guī)律eKPp特點(diǎn)特點(diǎn)控制及時(shí)控制及時(shí)快速快速存在余存在余差差比例度比例度控制器參數(shù)控制器參數(shù)1.1.比例控制比例控制比例度越小，控制作用越強(qiáng)，比例作用太強(qiáng)引起振蕩。2.2.積分控制積分控制控制規(guī)律控制規(guī)律特點(diǎn)特點(diǎn)控制器參數(shù)控制器

2、參數(shù)edtTpI1控制過(guò)程緩控制過(guò)程緩慢慢可消除可消除余差余差積分時(shí)積分時(shí)間間積分時(shí)間越短，控制作用越強(qiáng)，積分作用太強(qiáng)引起振蕩。3.3.微分控制微分控制控制規(guī)律控制規(guī)律特點(diǎn)特點(diǎn)控制器參數(shù)控制器參數(shù)dtdeTpD有超前控有超前控制的作用制的作用微分時(shí)微分時(shí)間間對(duì)滯后大的對(duì)象有很好對(duì)滯后大的對(duì)象有很好的效果，使控制過(guò)程的的效果，使控制過(guò)程的動(dòng)偏差減小動(dòng)偏差減小微分時(shí)間越長(zhǎng)，控制作微分時(shí)間越長(zhǎng)，控制作用越強(qiáng)，微分作用太強(qiáng)用越強(qiáng)，微分作用太強(qiáng)引起振蕩。引起振蕩。1 1）熟悉調(diào)節(jié)器的功能要求，掌握基本調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)）熟悉調(diào)節(jié)器的功能要求，掌握基本調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)學(xué)表示及其響應(yīng)特性；學(xué)表示及其響應(yīng)特性；2 2）

3、熟悉熟悉 DDZ-DDZ-型調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成型調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成、電路原理及、電路原理及其其應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)；3 3）了解智能調(diào)節(jié)器的硬件和軟件構(gòu)成；）了解智能調(diào)節(jié)器的硬件和軟件構(gòu)成；4 4）掌握）掌握SLPCSLPC可編程控制器的硬件構(gòu)成及工作原理；可編程控制器的硬件構(gòu)成及工作原理；5 5）熟悉）熟悉SLPCSLPC可編程控制器的模塊指令及編程方法；可編程控制器的模塊指令及編程方法； 第一講第一講 模擬式控制器模擬式控制器控制器的作用控制器的作用 是將被控變量測(cè)量值與結(jié)定值進(jìn)行比較，然后對(duì)是將被控變量測(cè)量值與結(jié)定值進(jìn)行比較，然后對(duì)比較后得到的偏差進(jìn)行比例、積分、微分等運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果比較后得

4、到的偏差進(jìn)行比例、積分、微分等運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以一定的信號(hào)形式送往執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。以一定的信號(hào)形式送往執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。 模擬調(diào)節(jié)器（控制算法由電路實(shí)現(xiàn)）模擬調(diào)節(jié)器（控制算法由電路實(shí)現(xiàn)） 數(shù)字控制器（含數(shù)字控制器（含CPUCPU，控制算法由程序?qū)崿F(xiàn)），控制算法由程序?qū)崿F(xiàn)）一般控制器器還需要具備如下功能，以適應(yīng)自動(dòng)控制的需要：一般控制器器還需要具備如下功能，以適應(yīng)自動(dòng)控制的需要： 指示偏差信號(hào)指示偏差信號(hào)模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器指針式表頭指針式表頭全刻度指示全刻度指示：輸入信號(hào)和設(shè)定值分別由不同的：輸入信號(hào)和設(shè)定值分別由不同的指針在指針在0 0100100范圍

5、指示范圍指示偏差值指示偏差值指示：僅利用一個(gè)指針來(lái)指示偏差信號(hào)：僅利用一個(gè)指針來(lái)指示偏差信號(hào)3030數(shù)字控制器數(shù)字控制器通過(guò)通過(guò)LEDLED或者液晶屏顯示或者液晶屏顯示顯示調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的大小，習(xí)慣上輸出顯示表也稱作閥位表。顯示調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的大小，習(xí)慣上輸出顯示表也稱作閥位表。給定信號(hào)可以由調(diào)節(jié)器內(nèi)部產(chǎn)生，也可以由其它儀表外部提供給定信號(hào)可以由調(diào)節(jié)器內(nèi)部產(chǎn)生，也可以由其它儀表外部提供若設(shè)定值為內(nèi)給定，用戶可以調(diào)整調(diào)節(jié)器上的內(nèi)給定撥盤(pán)來(lái)改變?cè)O(shè)定若設(shè)定值為內(nèi)給定，用戶可以調(diào)整調(diào)節(jié)器上的內(nèi)給定撥盤(pán)來(lái)改變?cè)O(shè)定值值何謂正作用？何謂反作用？何謂正作用？何謂反作用？為了構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，必須正確的確

6、定調(diào)節(jié)為了構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，必須正確的確定調(diào)節(jié)器的正、反作用，否則整個(gè)控制系統(tǒng)就無(wú)法正常運(yùn)行。器的正、反作用，否則整個(gè)控制系統(tǒng)就無(wú)法正常運(yùn)行。調(diào)節(jié)器的正、反作用，是通過(guò)正、反作用開(kāi)關(guān)來(lái)選擇調(diào)節(jié)器的正、反作用，是通過(guò)正、反作用開(kāi)關(guān)來(lái)選擇的。的。何謂手動(dòng)？何謂自動(dòng)？為什么要進(jìn)行手自動(dòng)切換？何謂手動(dòng)？何謂自動(dòng)？為什么要進(jìn)行手自動(dòng)切換？可以調(diào)整手操撥盤(pán)或者手操扳鍵來(lái)改變調(diào)節(jié)器的輸出可以調(diào)整手操撥盤(pán)或者手操扳鍵來(lái)改變調(diào)節(jié)器的輸出手自動(dòng)切換時(shí)都希望不給控制系統(tǒng)帶來(lái)擾動(dòng)，即調(diào)節(jié)器的手自動(dòng)切換時(shí)都希望不給控制系統(tǒng)帶來(lái)擾動(dòng)，即調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)不發(fā)生突變（即必須要求無(wú)擾動(dòng)切換）輸出信號(hào)不發(fā)生突變（即必須要求

7、無(wú)擾動(dòng)切換）討討 論論討討 論論二、二、DDZ-DDZ-型電動(dòng)調(diào)節(jié)器型電動(dòng)調(diào)節(jié)器1 1、電動(dòng)、電動(dòng)型儀表的特點(diǎn)型儀表的特點(diǎn)（1 1）采用國(guó)際電工委員會(huì)（）采用國(guó)際電工委員會(huì)（IECIEC）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。信號(hào)。 電氣零點(diǎn)不是從零開(kāi)始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，電氣零點(diǎn)不是從零開(kāi)始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這不但利用了晶體管的線性段，而且容易識(shí)別斷電、這不但利用了晶體管的線性段，而且容易識(shí)別斷電、斷線等故障。斷線等故障。 本信號(hào)制的電流本信號(hào)制的電流- -電壓轉(zhuǎn)換電阻為電壓轉(zhuǎn)換電阻為250250。 由于聯(lián)絡(luò)信號(hào)為由于聯(lián)絡(luò)信號(hào)為1 15V DC5V DC，可采用并聯(lián)信號(hào)制，可采用并聯(lián)信號(hào)

8、制，因此干擾少，連接方便。因此干擾少，連接方便。（2 2）廣泛采用現(xiàn)性集成電路，可靠性提高，維修工作量）廣泛采用現(xiàn)性集成電路，可靠性提高，維修工作量 減少。減少。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸入對(duì)稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。入對(duì)稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。 由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開(kāi)環(huán)由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。放大倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。 由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大提高了儀表的可靠性。大大提高了儀表的可

9、靠性。 （3 3）型儀表統(tǒng)一由電源箱供給型儀表統(tǒng)一由電源箱供給24V DC24V DC電源，并電源，并有蓄電池作為備用電源。有蓄電池作為備用電源。 各單元省掉了電源變壓器，沒(méi)有工頻電源進(jìn)各單元省掉了電源變壓器，沒(méi)有工頻電源進(jìn)入單元儀表，既解決了儀表發(fā)熱問(wèn)題，又為儀入單元儀表，既解決了儀表發(fā)熱問(wèn)題，又為儀表的防爆提供了有利條件。表的防爆提供了有利條件。 在工頻電源停電時(shí)備用電源投入，整套儀表在工頻電源停電時(shí)備用電源投入，整套儀表在一定時(shí)間內(nèi)仍可照常工作，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視控在一定時(shí)間內(nèi)仍可照常工作，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視控制作用，有利于安全停車。制作用，有利于安全停車。 （4 4）內(nèi)部帶有附加裝置的控制器能和計(jì)

10、算機(jī)）內(nèi)部帶有附加裝置的控制器能和計(jì)算機(jī)聯(lián)用聯(lián)用, ,在與直接數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用時(shí)在與直接數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用時(shí), ,在計(jì)算機(jī)停機(jī)時(shí)在計(jì)算機(jī)停機(jī)時(shí), ,可作后備控制器使用?？勺骱髠淇刂破魇褂?。 （5 5）自動(dòng)、手動(dòng)的切換是雙向無(wú)擾動(dòng)的方式）自動(dòng)、手動(dòng)的切換是雙向無(wú)擾動(dòng)的方式進(jìn)行的。進(jìn)行的。 （6 6）整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)。）整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)。2、DDZ-DDZ-型電動(dòng)調(diào)節(jié)器型電動(dòng)調(diào)節(jié)器12345667圖4-2 DDZIII型調(diào)節(jié)器正面圖1位號(hào)牌 2內(nèi)外給定指示 3內(nèi)給定設(shè)定撥盤(pán)4-A/M/H切換 5閥位表 6軟手動(dòng)操作扳鍵7雙針全刻度指示表結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸

11、DDZII型儀表（包括） DDZ一III型儀表（包括） III型儀表優(yōu)點(diǎn) 電 源 220VAC 24VDC集中供電 可用24VDC蓄電池作備用電源儀表內(nèi)部沒(méi)有變壓器，不發(fā)熱，為實(shí)現(xiàn)更好的防爆措施提供條件。 防 爆 隔離防爆 本安型防爆（安全火花型） 故障狀態(tài)：電流小于35mA，電壓小于35VDC，可帶電維修。 輸出信號(hào) 010mA 420mA 電氣零點(diǎn)從4 mA開(kāi)始，不與機(jī)械零點(diǎn)重合，容易識(shí)別斷電、斷線等故障。只要改變轉(zhuǎn)換電阻阻值，便可接收其他電流信號(hào)，例如將10 50mA等直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為l5V信號(hào)。因?yàn)樽钚≥斎胄盘?hào)不為零，為現(xiàn)場(chǎng)變送器實(shí)現(xiàn)兩線制創(chuàng)造了條件。變送器與調(diào)節(jié)器用兩線聯(lián)接，既節(jié)省

12、電纜線和安裝費(fèi)用，還有利于安全防爆。 輸入信號(hào) 010mA 420mA15V 元器件 分離元件（電阻、電容、晶體管） 集成電路（運(yùn)放電路） 由于集成運(yùn)放均為差分放大器，且輸人對(duì)稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。由于集成運(yùn)放有高增益，因而開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大提高了儀表的可靠性。 指示表頭 單針偏差指示（030%） 有雙針全刻度大表頭指示（0100%） 分別指示測(cè)量值（紅針）、給定值（黑針）當(dāng)儀表置于“內(nèi)給定”：設(shè)定值由黑針指示。 手動(dòng)方式 硬手動(dòng) 硬手動(dòng)、軟手動(dòng) 硬手動(dòng)輸出與撥盤(pán)數(shù)值直接對(duì)應(yīng)軟手動(dòng)同時(shí)按下軟手動(dòng)操作板鍵6，調(diào)節(jié)器的

13、輸出便隨時(shí)間按一定的速度增加或減??； 若手離開(kāi)操作極鍵則當(dāng)時(shí)的信號(hào)值就被保持通常都是用軟手動(dòng)操作板鍵進(jìn)行手動(dòng)操作，這樣控制比較平穩(wěn)精細(xì)，只有當(dāng)需要給出恒定不變的操作信號(hào)（例如，閥的開(kāi)度要求長(zhǎng)時(shí)間不變）或者在緊急時(shí)要一下子就控制到安全開(kāi)度等情況下，才使用硬手動(dòng)操作。 手自動(dòng)切換 預(yù)平衡 無(wú)平衡、無(wú)擾動(dòng) “自 動(dòng)”“軟手動(dòng)”切換是雙向無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)“硬手動(dòng)”“軟手動(dòng)”切換是無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)“硬手動(dòng)”“自 動(dòng)”切換是無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)“軟手動(dòng)”“硬手動(dòng)”切換是預(yù)平衡無(wú)擾動(dòng)預(yù)平衡無(wú)擾動(dòng)“自 動(dòng)”“硬手動(dòng)”切換是預(yù)平衡無(wú)擾動(dòng)預(yù)平衡無(wú)擾動(dòng) 其 它 正反作用切換（操作點(diǎn)：調(diào)節(jié)器內(nèi)部）PID參數(shù)設(shè)置（操作點(diǎn)：調(diào)節(jié)器內(nèi)部）

14、 二者基本相同 DDZDDZ電動(dòng)電動(dòng)控制器控制器DDZDDZ型控制器有兩種：型控制器有兩種：全刻度指示調(diào)節(jié)器和偏差指示調(diào)節(jié)器。全刻度指示調(diào)節(jié)器和偏差指示調(diào)節(jié)器。在基型控制器的基礎(chǔ)上，可附加某些單元，如輸入報(bào)警、偏差在基型控制器的基礎(chǔ)上，可附加某些單元，如輸入報(bào)警、偏差報(bào)警、輸出限幅單元等。也可構(gòu)成各種特種調(diào)節(jié)器，如抗積分報(bào)警、輸出限幅單元等。也可構(gòu)成各種特種調(diào)節(jié)器，如抗積分飽和調(diào)節(jié)器、前饋調(diào)節(jié)器、輸出跟蹤調(diào)節(jié)器、非線性調(diào)節(jié)器等飽和調(diào)節(jié)器、前饋調(diào)節(jié)器、輸出跟蹤調(diào)節(jié)器、非線性調(diào)節(jié)器等以及構(gòu)成與工業(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)用的調(diào)節(jié)器。以及構(gòu)成與工業(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)用的調(diào)節(jié)器。電動(dòng)控制器電動(dòng)控制器 1 1）電動(dòng)單元組合儀表（

15、）電動(dòng)單元組合儀表（ DDZ DDZ）概念）概念 代替人腦、眼、手功能的儀表組成的儀表。代替人腦、眼、手功能的儀表組成的儀表。 2 2）發(fā)展歷程）發(fā)展歷程 類類 型型 DDZ- DDZ- DDZ- DDZ- DDZ- DDZ- 電子元件電子元件 電子管電子管 晶體管晶體管 集成電路集成電路 電電 源源 220VAe 220VAe 24VDC 220VAe 220VAe 24VDC 信號(hào)范圍信號(hào)范圍 010mA 010mA 420mA 010mA 010mA 420mAP.36DDZ-DDZ-控制器的結(jié)構(gòu)方框圖控制器的結(jié)構(gòu)方框圖 DDZ-DDZ-型調(diào)節(jié)器是型調(diào)節(jié)器是型電動(dòng)單元組合儀表中的一型電動(dòng)

16、單元組合儀表中的一個(gè)重要單元，它接收變送器或轉(zhuǎn)換器的個(gè)重要單元，它接收變送器或轉(zhuǎn)換器的DC15VDC15V或或DC420mADC420mA測(cè)量信號(hào)為輸入信號(hào)，與測(cè)量信號(hào)為輸入信號(hào)，與DC15VDC15V或或DC420mADC420mA的給定信號(hào)進(jìn)行比較，并對(duì)其偏差進(jìn)行的給定信號(hào)進(jìn)行比較，并對(duì)其偏差進(jìn)行PIDPID運(yùn)算，輸出運(yùn)算，輸出DC15VDC15V或或DC420mADC420mA的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)。 DDZ-DDZ-型調(diào)節(jié)器由指示電路和數(shù)字電路兩部分組型調(diào)節(jié)器由指示電路和數(shù)字電路兩部分組成。成。 DDZ-DDZ-型調(diào)節(jié)器有型調(diào)節(jié)器有“自動(dòng)自動(dòng)”、“保持保持”、“軟手軟手動(dòng)動(dòng)”、“

17、硬手動(dòng)硬手動(dòng)”四種工作狀態(tài)。四種工作狀態(tài)。DDZ-型調(diào)節(jié)器型調(diào)節(jié)器數(shù)字調(diào)節(jié)器圖片數(shù)字調(diào)節(jié)器圖片1-雙針垂直指示器雙針垂直指示器2-外給定指示燈外給定指示燈3-內(nèi)給定設(shè)定輪內(nèi)給定設(shè)定輪4-自動(dòng)自動(dòng)軟手動(dòng)軟手動(dòng)硬手動(dòng)硬手動(dòng) 切換開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)5-硬手動(dòng)操作桿硬手動(dòng)操作桿6-輸出指示器輸出指示器7-軟手動(dòng)操作板鍵軟手動(dòng)操作板鍵1、主要性能指標(biāo)、主要性能指標(biāo)測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào) 1 15VDC5VDC內(nèi)給定信號(hào)內(nèi)給定信號(hào) 1 15VDC5VDC外給定信號(hào)外給定信號(hào) 4 420mADC20mADC指示精度指示精度 1%1%輸出信號(hào)輸出信號(hào) 4 420mADC20mADC負(fù)載電阻負(fù)載電阻 250250750750輸出保持特性輸出保持特性 -0.1-0.1h h比例度比例度 2 2500500積分時(shí)間積分時(shí)間 0.040.0410min10min微分時(shí)間微分時(shí)