第3章_過程控制儀表1 (2)

1、 第第3 3章章 過程控制儀表過程控制儀表(上上) n調(diào)節(jié)器的作用： 把測量值和給定值進(jìn)行比較，得出偏差后，根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號，推動執(zhí)行器，對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。注意：所謂控制器是包括比較單元的1 調(diào)節(jié)器的功能調(diào)節(jié)器的功能（1）偏差顯示）偏差顯示 調(diào)節(jié)器的輸入電路接收測量信號和給定信號，兩者相減調(diào)節(jié)器的輸入電路接收測量信號和給定信號，兩者相減后的偏差信號由偏差顯示儀表顯示其大小和正負(fù)。后的偏差信號由偏差顯示儀表顯示其大小和正負(fù)。（2）輸出顯示）輸出顯示 調(diào)節(jié)器輸出信號的大小由輸出顯示儀表顯示，習(xí)慣上顯調(diào)節(jié)器輸出信號的大小由輸出顯示儀表顯示，習(xí)慣上顯示儀表也稱閥位表。閥位表不僅顯示

2、調(diào)節(jié)閥的開度，而且通示儀表也稱閥位表。閥位表不僅顯示調(diào)節(jié)閥的開度，而且通過它還可以觀察到控制系統(tǒng)受干擾影響后的調(diào)節(jié)過程。過它還可以觀察到控制系統(tǒng)受干擾影響后的調(diào)節(jié)過程。（3）內(nèi)、外給定的選擇）內(nèi)、外給定的選擇 當(dāng)調(diào)節(jié)器用于定值控制時，給定信號常由調(diào)節(jié)器內(nèi)部提當(dāng)調(diào)節(jié)器用于定值控制時，給定信號常由調(diào)節(jié)器內(nèi)部提供，稱為供，稱為內(nèi)給定內(nèi)給定；而在隨動控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的給定信號；而在隨動控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的給定信號往往來自調(diào)節(jié)器的外部，則稱為往往來自調(diào)節(jié)器的外部，則稱為外給定外給定。內(nèi)、外給定信號由。內(nèi)、外給定信號由內(nèi)、外給定開關(guān)進(jìn)行選擇或由軟件實現(xiàn)。內(nèi)、外給定開關(guān)進(jìn)行選擇或由軟件實現(xiàn)。（4）正、反作

3、用的選擇）正、反作用的選擇 工程上，通常將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而增大時，稱為工程上，通常將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而增大時，稱為正作用調(diào)節(jié)器正作用調(diào)節(jié)器；而將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而減小時，稱為；而將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而減小時，稱為反作用調(diào)節(jié)器反作用調(diào)節(jié)器。（5）手動切換操作）手動切換操作 在控制系統(tǒng)投入運行時，往往先進(jìn)行手動操作改變調(diào)節(jié)器的輸出，在控制系統(tǒng)投入運行時，往往先進(jìn)行手動操作改變調(diào)節(jié)器的輸出，待系統(tǒng)基本穩(wěn)定后再切換到自動運行狀態(tài)；當(dāng)自動控制時的工況不正待系統(tǒng)基本穩(wěn)定后再切換到自動運行狀態(tài)；當(dāng)自動控制時的工況不正?；蛘{(diào)節(jié)器失靈時，必須切換到手動狀態(tài)以防止系

4、統(tǒng)失控。通過調(diào)節(jié)?；蛘{(diào)節(jié)器失靈時，必須切換到手動狀態(tài)以防止系統(tǒng)失控。通過調(diào)節(jié)器的手動器的手動/自動雙向切換開關(guān)，可以對調(diào)節(jié)器進(jìn)行手動自動雙向切換開關(guān)，可以對調(diào)節(jié)器進(jìn)行手動/自動切換，而在自動切換，而在切換過程中，又希望切換操作不會給控制系統(tǒng)帶來擾動，即要求無擾切換過程中，又希望切換操作不會給控制系統(tǒng)帶來擾動，即要求無擾動切換。動切換。（6）其它功能）其它功能 如抗積分飽和、輸出限幅、輸入越限報警、偏差報警、軟手動抗如抗積分飽和、輸出限幅、輸入越限報警、偏差報警、軟手動抗漂移、停電對策等，所有這些附加功能都是為了進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)器的漂移、停電對策等，所有這些附加功能都是為了進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)器的控制性

5、能控制性能 控制器的正反作用：2 2 執(zhí)行器的作用執(zhí)行器的作用 執(zhí)行器在過程控制中的作用是接受來自調(diào)節(jié)器的控制信號，執(zhí)行器在過程控制中的作用是接受來自調(diào)節(jié)器的控制信號，改變其閥門開度，從而達(dá)到控制介質(zhì)流量的目的。執(zhí)行器直接改變其閥門開度，從而達(dá)到控制介質(zhì)流量的目的。執(zhí)行器直接與控制介質(zhì)接觸，是過程控制系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。與控制介質(zhì)接觸，是過程控制系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。 若執(zhí)行器是采用電動式的，則無需電若執(zhí)行器是采用電動式的，則無需電/ /氣轉(zhuǎn)換器；若執(zhí)行器氣轉(zhuǎn)換器；若執(zhí)行器是采用氣動式的，則電是采用氣動式的，則電/ /氣轉(zhuǎn)換器是必不可少的。氣轉(zhuǎn)換器是必不可少的。 3 3 安全柵安全柵 安全柵是構(gòu)成安

6、全火花防爆系統(tǒng)的關(guān)鍵儀表，其作用一方安全柵是構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的關(guān)鍵儀表，其作用一方面保證信號的正常傳輸；另一方面則控制流入危險場所的能量面保證信號的正常傳輸；另一方面則控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點火能量以下，以確保過程控在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點火能量以下，以確保過程控制系統(tǒng)的安全火花性能。制系統(tǒng)的安全火花性能。 teftu)(式中式中 u u控制器輸出變化量；控制器輸出變化量； e e控制器的輸入，即偏差；控制器的輸入，即偏差；nPID 控制是比例積分微分控制（Proportional-Integral-Differential）n歷史最久、生命力最強的控制方

7、式 n反饋控制控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象測量測量/變送器變送器-+目標(biāo)目標(biāo)誤差誤差輸出輸出廣義對象廣義對象PID3.2.1 比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律理想理想PID的增量式數(shù)學(xué)表達(dá)式的增量式數(shù)學(xué)表達(dá)式 ：dttdeTdtteTteKtuDIc)()(1)()()(tu為調(diào)節(jié)器輸出的增量值，)(te為被控參數(shù)與給定值之差。 sTsTKsEsUsGDIcc11)()()(寫成傳遞函數(shù)形式寫成傳遞函數(shù)形式：第一項為比例（P）部分，第二項為積分（I）部分，第三項為微分（D）部分；cK為調(diào)節(jié)器的比例增益，IT為積分時間（以s或min為單位），DT為微分時間（也以s或min為單

8、位）。 ( )( )cu tK e t1 比例調(diào)節(jié)規(guī)律比例調(diào)節(jié)規(guī)律cU(s)G(s)KE(s)式中式中 u u控制器輸出變化量；控制器輸出變化量； e e控制器的輸入，即偏差；控制器的輸入，即偏差； K Kc c一一控制器的比例增益或比例放大系數(shù)。一一控制器的比例增益或比例放大系數(shù)。nP調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)P P調(diào)節(jié)對偏差信號能做出及時調(diào)節(jié)對偏差信號能做出及時反應(yīng)，沒有絲毫的滯后。反應(yīng)，沒有絲毫的滯后。輸出輸出u u實際上是對其起始值的實際上是對其起始值的增量。因此，當(dāng)偏差增量。因此，當(dāng)偏差e e為零，為零，因而因而u u0 0時，并不意味著調(diào)節(jié)時，并不意味著調(diào)節(jié)器沒有輸出，它只說明此時有器沒有輸出

9、，它只說明此時有u=u0。u0的大小是可以通過調(diào)整調(diào)節(jié)的大小是可以通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的工作點加以改變的。器的工作點加以改變的。u = Kp eu0u0+Kpe0 為表示調(diào)節(jié)器輸入和輸出之間的比例關(guān)系，在過程控制中習(xí)慣用比例帶（比例度）來代替比例增益：maxminmaxminmaxminmaxmin/()1100%100% /()Pe eeuuu uuK ee式中式中 emax emin -偏差信號范圍，即儀表量程偏差信號范圍，即儀表量程 umax umin -調(diào)節(jié)器輸出信號范圍，即控制器輸出的工作范圍調(diào)節(jié)器輸出信號范圍，即控制器輸出的工作范圍比例帶nu代表調(diào)節(jié)閥開度的變化量，就代表使調(diào)節(jié)閥開度改變

10、100% 即從全關(guān)到全開時所需要的被調(diào)量的變化范圍。n如果采用單元組合儀表，調(diào)節(jié)器的輸入和輸出都是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，即 ，則有n此時比例帶（比例度）與比例增益成反比，比例帶小，則較小的偏差就能激勵調(diào)節(jié)器產(chǎn)生100%的開度變化，相應(yīng)的比例增益就大。(4.6) %1001%100PKue minmaxminmaxuueeq控制及時、適當(dāng)。只要有偏差，輸出立刻成比控制及時、適當(dāng)。只要有偏差，輸出立刻成比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強。例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強。q控制結(jié)果存在靜差。因為，如果被調(diào)量偏差為控制結(jié)果存在靜差。因為，如果被調(diào)量偏差為零，調(diào)節(jié)器的輸出也就為零零，調(diào)節(jié)器的輸出

11、也就為零 u = KC e即調(diào)節(jié)作用是以偏差存在為前提條件。即調(diào)節(jié)作用是以偏差存在為前提條件。比例控制的特點比例控制的特點浮球為水位傳感器，杠桿為控制器，活塞閥為浮球為水位傳感器，杠桿為控制器，活塞閥為執(zhí)行器。如果某時刻執(zhí)行器。如果某時刻Q2加大，造成水位下降，則浮加大，造成水位下降，則浮球帶動活塞提高，使球帶動活塞提高，使Q1加大才能阻止水位下降。加大才能阻止水位下降。epba=ebap CyK e 如果如果e = 0，則活塞，則活塞無法提高，無法提高，Q1 無法加無法加大，調(diào)節(jié)無法進(jìn)行。大，調(diào)節(jié)無法進(jìn)行。例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：略例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：略Q2htepQ1tttt

12、原來系統(tǒng)處于平衡，原來系統(tǒng)處于平衡，進(jìn)水量與出水量相等，此進(jìn)水量與出水量相等，此時進(jìn)水閥有一開度。時進(jìn)水閥有一開度。 t=0時，出水量階躍增時，出水量階躍增加，引起液位下降，浮球加，引起液位下降，浮球下移帶動進(jìn)水閥開大。下移帶動進(jìn)水閥開大。 當(dāng)進(jìn)水量增加到與出當(dāng)進(jìn)水量增加到與出水量相等時，系統(tǒng)重新平水量相等時，系統(tǒng)重新平衡，液位也不再變化。衡，液位也不再變化。 比例控制過程比例控制過程（1） 積分控制積分控制（I） 輸出變化量輸出變化量u(t)與輸入偏差與輸入偏差e的積分成正比的積分成正比001u(t)ttIIKedtedtTiT s1G(s) 2 比例積分控制（比例積分控制（PI）0tIII

13、AuKedtK AttT KI積分速度，TI 積分時間常數(shù)q積分作用具有保持功能，積分作用具有保持功能，故積分控制可以消除余差。故積分控制可以消除余差。q積分輸出信號隨著時間逐積分輸出信號隨著時間逐漸增強，控制動作緩慢，故積漸增強，控制動作緩慢，故積分作用不單獨使用。分作用不單獨使用。v 積分控制的特點積分控制的特點當(dāng)有偏差存在時，積分輸出將隨時間增長（或當(dāng)有偏差存在時，積分輸出將隨時間增長（或減?。划?dāng)偏差消失時，輸出能保持在某一值上。減?。?；當(dāng)偏差消失時，輸出能保持在某一值上。eEttutIcedtTeKu01sTKsEsUsGICC11)()()( 比例積分控制（比例積分控制（PI）對于

14、：1()0 ,2cicIcyKAA tTtyKAtTyKA)(1)(dtteTteKyic( )e tA在階躍輸入作用下，即調(diào)節(jié)器的輸出為：因此，可以從階躍響應(yīng)曲線上確定KC，Ti比例帶P和積分時間Ti , Ti越大積分作用越弱， Ti越小積分作用越強， 取消積分作用.iTsTKsTKsGIIICC1111)(比例積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特性 稱為稱為PI調(diào)節(jié)器的積分增益，它定義調(diào)節(jié)器的積分增益，它定義為：在階躍信號輸入下，其輸出的最為：在階躍信號輸入下，其輸出的最大值與純比例作用時產(chǎn)生的輸出變化大值與純比例作用時產(chǎn)生的輸出變化之比。之比。 IK實際比例積分控制（實際比例積分控制（PI） 對于慣性

15、較大的對象，常常希望能加快控制速對于慣性較大的對象，常常希望能加快控制速度，此時可增加微分作用。度，此時可增加微分作用。u(t)DdeTdt式中：式中：TD 微分時間微分時間 dtde 偏差變化速度偏差變化速度 理想微分理想微分（1） 微分控制（微分控制（D）eEttu 3 比例微分控制（比例微分控制（PD）dsU(s)G(s)TE(s)q 微分作用能超前控制。微分作用能超前控制。在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，微分立即產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作微分立即產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除于萌用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。芽狀態(tài)之中。q微分對靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)偏差存在，微分對

16、靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)偏差存在，但不變化時，微分輸出為零，因此不能單獨使用。但不變化時，微分輸出為零，因此不能單獨使用。必須和必須和P或或PI結(jié)合，組成結(jié)合，組成PD控制或控制或PID控制。控制。v 微分控制的特點微分控制的特點eEttu （2）比例微分控制（）比例微分控制（PD） 理想的比例微分控制理想的比例微分控制1( )(1)PDWsT seAttyty1y()PDdeeTdtPD調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)： 比例帶P和微分時間Td , Td越大微分作用越強， Td越小微分作用越弱， Td 0取消微分作用.dTdtdeTd比例作用比例作用t)(tut比例微分作用比例微分作用)(te斜坡輸入斜坡輸

17、入 在斜坡輸入條件下，要達(dá)到同樣的u(t)，PD作用要比單純P作用快，提前的時間就是Td?？刂破鞯碾A躍響應(yīng)特性 理想微分作用持續(xù)時間太短，理想微分作用持續(xù)時間太短，執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般使用實際執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般使用實際的比例微分作用。的比例微分作用。sKTsTKsGDDDCC11)(DK稱為PD調(diào)節(jié)器的微分增益，它定義為：在階躍信號輸入下，其輸出的最大跳變值與純比例作用時產(chǎn)生的輸出變化之比。 實際比例微分控制實際比例微分控制dtdeTedtTeKuuuuDIcDIP14 ： (PID)sKsKKpsGdIc)(q微分作用：加快系統(tǒng)的動作速度，減小超調(diào)，克服振蕩。q積分作用：消除靜差q三著

18、結(jié)合，可達(dá)到快速敏捷，平穩(wěn)準(zhǔn)確1()(1)cdiG SKT sT s)()()()(dttdeKdtteKteKtudip)0()0(minePPePPmaXeKpCedtTeKPIC1dtdeTeKPDCdtdeTedtTeKPDIC1控制規(guī)律輸入e與輸出p（或p）的關(guān)系式階躍作用下的響應(yīng)（階躍幅值為A）優(yōu) 缺 點適 用 場 合位 式結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜；控制質(zhì)量不高，被控變量會振蕩對象容量大，負(fù)荷變化小，控制質(zhì)量要求不高，允許等幅振蕩比 例（P）結(jié)構(gòu)簡單，控制及時，參數(shù)整定方便；控制結(jié)果有余差對象容量大，負(fù)荷變化不大、純滯后小，允許有余差存在，常用于塔釜液位、貯槽液位、冷凝液位和次要的蒸汽壓

19、力等控制系統(tǒng)比例積分（PI）能消除余差；積分作用控制慢，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差對象滯后較大，負(fù)荷變化較大，但變化緩慢，要求控制結(jié)果無余差。廣泛用于壓力、流量、液位和那些沒有大的時間滯后的具體對象比例微分（PD）響應(yīng)快、偏差小、能增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，有超前控制作用，可以克服對象的慣性；但控制作用余差對象滯后大，負(fù)荷變化不大，被控變量變化不頻繁，控制結(jié)果允許有余差存在比例積分微分（PID）控制質(zhì)量最高，無余差；但參數(shù)整定較麻煩對象滯后大，負(fù)荷變化較大，但不甚頻繁；對控制質(zhì)量要求高。常用于精餾塔、反應(yīng)器、加熱爐等溫度控制系統(tǒng)及某些成分控制系統(tǒng)各種控制規(guī)律的特點及使用場合q PID控制作用中，比例作用是基礎(chǔ)控

20、制；微分作用是用于加快系統(tǒng)控控制作用中，比例作用是基礎(chǔ)控制；微分作用是用于加快系統(tǒng)控制速度；積分作用是用于消除靜差。制速度；積分作用是用于消除靜差。q 將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項作用的強將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項作用的強度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。sKTsTKsTsTKsGDDIIDICC1111)(實際比例積分微分控制（實際比例積分微分控制（PID）PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特性 模擬式控制器用模擬電路實現(xiàn)控制功能。其發(fā)展經(jīng)歷了模擬式控制器用模擬電路實現(xiàn)

21、控制功能。其發(fā)展經(jīng)歷了型（用電子管）、型（用電子管）、型（用晶體管）和型（用晶體管）和型（用集成電型（用集成電路）。路）。DDZ-型儀表的特點型儀表的特點1 1）采用統(tǒng)一信號標(biāo)準(zhǔn)：）采用統(tǒng)一信號標(biāo)準(zhǔn)：420mA DC420mA DC和和1 15V DC5V DC。這種信。這種信號制的主要優(yōu)點是電氣零點不是從零開始，容易識別斷電、號制的主要優(yōu)點是電氣零點不是從零開始，容易識別斷電、斷線等故障。同樣，因為最小信號電流不為零，可以使現(xiàn)場斷線等故障。同樣，因為最小信號電流不為零，可以使現(xiàn)場變送器實現(xiàn)兩線制。變送器實現(xiàn)兩線制。 2 2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、精度提高、可）廣泛采用集成電路，儀

22、表的電路簡化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少?？啃蕴岣?、維修工作量減少。 3 3）可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，用于危險現(xiàn)場。）可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，用于危險現(xiàn)場。3.2.2 DDZ-型基型調(diào)節(jié)器型基型調(diào)節(jié)器 （略）（略）1 DDZ-型儀表的特點及外形型儀表的特點及外形特點：特點：測量信號：測量信號：15V.DC； 外給定信號：外給定信號：420mA.DC；內(nèi)給定信號：內(nèi)給定信號：15V.DC； 測量與給定信號的指示精度：測量與給定信號的指示精度：1；輸入阻抗影響：輸入阻抗影響：滿刻度的滿刻度的0.1； 輸出保持特性：輸出保持特性：0.1（每小時）；（每小時）；輸出信號：輸出信號：420

23、mA.DC； 調(diào)節(jié)精度：調(diào)節(jié)精度：0.5；負(fù)載電阻：負(fù)載電阻：250750。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-自動自動軟手動軟手動硬手動硬手動 切換開關(guān)切換開關(guān)5-硬手動操作桿硬手動操作桿6-輸出指示器輸出指示器7-軟手動操作板鍵軟手動操作板鍵DDZ-DDZ-基型基型調(diào)節(jié)器由控制單元和指示單元組成?？刂茊卧ㄝ斦{(diào)節(jié)器由控制單元和指示單元組成?？刂茊卧ㄝ斎腚娐?、入電路、PDPD與與PIPI電路、輸出電路、軟手動與硬手動操作電路；指示單元電路、輸出電路、軟手動與硬手動操作電路；指示單元包括輸入信號指示電路和給定信號指示電路。包括輸入信

24、號指示電路和給定信號指示電路。 全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成框圖 2 全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成原理全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成原理 全刻度指示調(diào)節(jié)器的線路實例全刻度指示調(diào)節(jié)器的線路實例輸入電路的主要作用一是用來獲得與輸入信號輸入電路的主要作用一是用來獲得與輸入信號Vi和給定信號和給定信號Vs之差之差成比例的偏差信號；二是將偏差信號進(jìn)行電平移動。成比例的偏差信號；二是將偏差信號進(jìn)行電平移動。求偏差求偏差 e ：V01 = k ( Vs Vi ) 1 輸入電路輸入電路 因測量信因測量信號號Vi和給定信和給定信號號Vs分別通過分別通過雙臂電阻差模雙臂電阻差模輸入到運放輸入到運放A1的同相和反相的同相和反相輸入端。

25、輸入端。可列出兩輸入節(jié)點的電流方程：可列出兩輸入節(jié)點的電流方程：RVVVRVORVVBFFFi)21(01RVVRVVRVOBTTST而而 VTVF 則則 V01 = 2（Vi VS） 采用差動輸入電路，輸入阻抗很高，不從信號采用差動輸入電路，輸入阻抗很高，不從信號Vi、VS取用電流，使測量信號不受衰減，取用電流，使測量信號不受衰減，（2） 求偏差求偏差 Vi VS，進(jìn)行偏差運算。進(jìn)行偏差運算。（3）將偏差放大將偏差放大 為了提高調(diào)節(jié)器對偏差的靈敏度，對其后的運為了提高調(diào)節(jié)器對偏差的靈敏度，對其后的運算有利，這里先將偏差放大兩倍。算有利，這里先將偏差放大兩倍。 電路的特點電路的特點（1）輸入阻

26、抗高輸入阻抗高（4） 消除傳輸線上壓降的影響消除傳輸線上壓降的影響 DDZ-采用共用電源，在采用共用電源，在Vi的傳輸線上可能的傳輸線上可能包括其它儀表的電流，導(dǎo)線電阻雖不大而其壓降有包括其它儀表的電流，導(dǎo)線電阻雖不大而其壓降有時不可忽略。時不可忽略。 差動輸入可以消除差動輸入可以消除導(dǎo)線電阻的影響。導(dǎo)線電阻的影響。（5） 進(jìn)行電平移動進(jìn)行電平移動 Vi、VS都是以地為基準(zhǔn)的電壓信號，而運放都是以地為基準(zhǔn)的電壓信號，而運放IC器件器件+24VDC供電時，其供電時，其正常正常輸入、輸出輸入、輸出信號電壓范信號電壓范圍應(yīng)在圍應(yīng)在219V。為使運算信號符合要求，必須將基。為使運算信號符合要求，必須將

27、基準(zhǔn)電壓從準(zhǔn)電壓從0V抬高到抬高到VB =10V ，即進(jìn)行電平移動。，即進(jìn)行電平移動。 2、 PD電路分析電路分析 PD電路電路以以A2為核心組成。微分作用可選擇用與為核心組成。微分作用可選擇用與不用。開關(guān)不用。開關(guān)S8打向打向“斷斷”時，構(gòu)成時，構(gòu)成 P電路；開關(guān)電路；開關(guān)S8打向打向“通通”時，構(gòu)成時，構(gòu)成 PD電路。電路。qPD傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)ID得得DDTRsInsVsV)()()(01)(111)(1)(0101sVsCRsCnnsCRsVnnsIDDDDDD)(111)(01sVsCRsCnRnsVDDDDTO202O1V (s)11W ( )V (s)11ndDDdDDT snR

28、 C ssTnR C sns式中：式中： DDdCnRT 微分時間常數(shù)微分時間常數(shù)ID又因又因 得得 實際微分因子實際微分因子)(1)(02sVasVF 當(dāng)當(dāng) S8 置于置于“斷斷”時，微分被切除，時，微分被切除，A2只作比只作比例運算。有例運算。有1211OOVVn21OOVVn這時微分電容被開關(guān)這時微分電容被開關(guān)S8接在接在9.1K分壓電阻兩端，分壓電阻兩端，使使CD右端始終跟隨右端始終跟隨電壓電壓V01/n。當(dāng)開關(guān)。當(dāng)開關(guān)S8切換到切換到“通通”時時，保證無擾動切換。，保證無擾動切換。PI電路以電路以A3為核心組成，為核心組成，開關(guān)開關(guān)S3為積分時間倍乘開關(guān)。為積分時間倍乘開關(guān)。當(dāng)當(dāng)S3

29、打向打向1檔時，檔時，1K電阻被懸空，不起分壓作用；電阻被懸空，不起分壓作用；當(dāng)當(dāng)S3打向打向10檔時，檔時，1K電阻接到基準(zhǔn)線，靜態(tài)電阻接到基準(zhǔn)線，靜態(tài)V02被被分壓輸入。分壓輸入。由于由于10F電容電容積分需要較大電流，積分需要較大電流，在在A3輸出端加一功放輸出端加一功放三極管。三極管。3、PI電路分析電路分析qPI傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)S1S1置于置于“自動自動”位置、位置、S3S3分別置于分別置于“1”1”、“10”10”檔時的檔時的簡化電路簡化電路：根據(jù)基爾霍夫第一定律，輸出量與輸入量之間的拉氏變換式為：根據(jù)基爾霍夫第一定律，輸出量與輸入量之間的拉氏變換式為：0/1)()()(/ )(/

30、1)()(030202sCsVsVRsVmsVsCsVsVMFIFIFS3打向打向10檔時：檔時： m=10S3打向打向1檔時：檔時： m=1 )()(03sKVsVFsCKRCCKsCmRCCsVsVMIMIIIMI11 1111 )()(0203sTKsTCCsCKRsCmRCCsVsVIIIMIMIIIMI11111111)()(0203PID運算電路運算電路由由PI和和PD兩個運算電路串聯(lián)而成，兩個運算電路串聯(lián)而成，由于輸入電路中已采取電平移動措施，故這里各信號電壓由于輸入電路中已采取電平移動措施，故這里各信號電壓都是以都是以VB=10V為基準(zhǔn)起算的。為基準(zhǔn)起算的。 PIPD4 輸出電

31、路輸出電路其任務(wù)是將其任務(wù)是將PID電路輸出電壓電路輸出電壓VO3 =15V變換變換為為420mA的電流輸出，并將基準(zhǔn)電平移至的電流輸出，并將基準(zhǔn)電平移至0V。在在A4后面用后面用VT1、VT2組成復(fù)合管，進(jìn)行電流組成復(fù)合管，進(jìn)行電流放大，同時以強烈的電流負(fù)反饋來保證良好的恒流放大，同時以強烈的電流負(fù)反饋來保證良好的恒流特性。特性。?。喝。?R3 = R4=10K，R1 = R2 = 4R3 34124OfVV 由由V+V-得得 fORI24 q轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換關(guān)系 4031034223424545124RVVVRVVVRVVVVRRRVVBFBFFfBBBTfOORVI43 則則BfOOIIII

32、 而而0301 54 204462.5fVImAR若忽略若忽略If和和IB,則則Io=Io,若取若取Rf= 62.5時，時，5 調(diào)節(jié)器的整機傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器的整機傳遞函數(shù) 輸入電路、及運算電路、輸出電路的傳遞函數(shù)皆已獲得，輸入電路、及運算電路、輸出電路的傳遞函數(shù)皆已獲得，整個調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖整個調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖 25011111112)()()(0sKTsTsKTsTCCnsVsVsIiiidddMIsi整機傳遞函數(shù)可表示為整機傳遞函數(shù)可表示為 :6 手動操作電路及無擾切換手動操作電路及無擾切換通過切換開關(guān)通過切換開關(guān)S1可以選擇自動調(diào)節(jié)可以選擇自動調(diào)節(jié)“A”、軟手動、軟手動操作操作“M”、硬手

33、動操作、硬手動操作“H”三種控制方式。三種控制方式。 AM無沖擊無沖擊1) A、M間的切換間的切換S1從從A切換到切換到M時時：斷開斷開A3的輸入的輸入CM無放電回路無放電回路VO3保持不變保持不變S42閉合閉合-VM接入接入按按TI =100s的時間積分的時間積分 S41閉合閉合-VM接入接入按按TI =6s的時間積分的時間積分同理，同理，S43（或（或S44）閉合閉合+VM接入接入反向積分反向積分 用這種手用這種手動操作來改變動操作來改變調(diào)節(jié)器輸出，調(diào)節(jié)器輸出，信號變化比較信號變化比較緩和，稱為緩和，稱為 “軟手動軟手動”。tMMMdtVCRV00312) A、H間的切換間的切換當(dāng)切換開關(guān)當(dāng)切換開關(guān)S1由自動位置由自動位置A，切向硬手動切向硬手動 H 時，放大器時，放大器A3接成具有慣性的比例電路。接成具有慣性的比例電路。 由于由于CM充充電迅速，電迅速，A3的輸出近似的輸出近似為比例電路。為比例電路。 )()1()(3sVsCRRsVOMFHH 3( )1( )1OF