模擬式調(diào)節(jié)器

模擬式調(diào)節(jié)器第1頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)節(jié)器將來自變送器的測量信號與調(diào)節(jié)器的內(nèi)給定或外給定信號進行比較，得到其偏差，即然后調(diào)節(jié)器對該偏差信號按某一規(guī)律進行運算，輸出調(diào)節(jié)信號控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，以實現(xiàn)對被控參數(shù)如溫度、壓力、流量或液位等的自動控制作用。調(diào)節(jié)器的作用§4.1PID調(diào)節(jié)規(guī)律及實現(xiàn)方法第2頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

調(diào)節(jié)規(guī)律1.基本概念和名詞

在定值自動控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)中，由于干擾使被控量(輸出)偏離設(shè)定值(期望值)，即被控參數(shù)(量)產(chǎn)生了偏差。

Δx=x-xr

式中：

Δx：偏差量

x：被控量

xr：給定值

第3頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)節(jié)器特性是指它的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律。稱為調(diào)節(jié)規(guī)律。設(shè)輸入信號為Δx，輸出變化量為Δy。

Δx>0（正偏差），Δy>0；Δx<0（負偏差）

，

Δy<0稱為正作用調(diào)節(jié)器；

Δx>0，Δy<0；Δx<0，Δy>0稱為反作用調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器輸入信號和輸出信號可能有不同的量綱，例如溫度調(diào)節(jié)器輸入信號是溫度，而輸出信號為電壓或電流。為了便于特性的通用性，將輸入和輸出用相對量來表示：

e=Δx/(xmax-xmin)

式中：xmax，xmin為被測量的最大值和最小值，

xmax-xmin為測量范圍。第4頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

p=Δy/(ymax-ymin)

式中：ymax，ymin為輸出量的最大值和最小值，

ymax-ymin為輸出范圍。2.調(diào)節(jié)規(guī)律表示方式：

一般有四種表示方式：①微分方程，②傳遞函數(shù)，③頻率特性，④時間特性。

PID調(diào)節(jié)規(guī)律的微分方程式為：

p=Kp(e+1/TI∫edt+TDde/dt)

式中：e，p：以相對量表示的輸入量和輸出量；

Kp，TI，TD：常數(shù)。第5頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

三個部分可以分別組合成P（比例），PI（比例積分），PD（比例微分），PID（比例積分微分）（一）比例調(diào)節(jié)器微分方程表達式和時間特性

微分方程為p=Kpe

其階躍響應(yīng)曲線(在輸入端加階躍信號,其輸出隨時間變化的曲線)第6頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

其特點是響應(yīng)快，調(diào)節(jié)及時，是最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律，但是會產(chǎn)生靜差。

∵e=0，p=0，即調(diào)節(jié)器無輸出，調(diào)節(jié)作用喪失。2.定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖

圖中：xR=XR/(Xmax-Xminx)，相對值表示的給（設(shè)）定值；

xM=X/(Xmax-Xminx)，相對值表示的測量值；

e=Δx/(Xmax-Xminx)，相對值表示的偏差值；

p=ΔY/(Ymax-Yminx)，相對值表示的輸出值。第7頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

q—擾動。當系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，xM=XR∵q，使xM↑→xM＞XR,→e輸入調(diào)節(jié)器經(jīng)比例運算→調(diào)節(jié)器輸出p和q的作用相反→xM↓→e↓。但是p和e成正比。只要q存在，要求調(diào)節(jié)器輸出一定的p，e不能為0，這樣調(diào)節(jié)器完成后e≠0。存在靜差。

q愈大→p愈大→e（靜差）愈大。

pmax=100%時靜差最大，

emax=pmax/Kp=1/Kpemax表明調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度，Kp愈大，emax愈小，調(diào)節(jié)器精度愈高，系統(tǒng)靜差越小。第8頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3.調(diào)節(jié)參數(shù)

比例調(diào)節(jié)器的可調(diào)參數(shù)是比例增益KP，習慣上都以KP的倒數(shù)乘以100%來表示，并以此對調(diào)節(jié)器刻度。

P稱為比例帶（比例度），是輸入相對變化量與輸出相對變化量之比。它表示輸出變化全范圍（100%）所對應(yīng)的輸入變化范圍。如下圖所示。

第9頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月對于輸入范圍和輸出范圍相等的調(diào)節(jié)器，比例帶等于輸入的變化量和輸出量之比，即例如對于DDZ－Ⅲ調(diào)節(jié)器

Xmax－Xmin=20mA－4mA=16mAYmax－Ymin=20mA－4mA=16mA輸入從4mA變到6mA，輸出相應(yīng)變化4mA變到8mA，則比例帶為：P=(6－4)/(8－4)×100%=50%（二）比例積分調(diào)節(jié)器

1.積分作用

積分作用是指調(diào)節(jié)器輸出與輸入的積分成正比的作用。

第10頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月階躍輸入下，其響應(yīng)曲線如下圖所示。

TI為積分時間，表示積分速度的大小。TI↑→積分速度↓；反之亦然。其特點：①只要偏差存在，輸出會隨時間增加，直到e=0，調(diào)節(jié)器輸出不再增加，可以消除靜差。

②響應(yīng)慢，在偏差剛出現(xiàn)時，積分作用很弱，不能及時克服擾動的影響，對于動態(tài)偏差調(diào)節(jié)過程拖長，引起超調(diào)和振蕩.第11頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2.PI調(diào)節(jié)器

它是比例和積分兩部分的組合，其微分方程表達式為：

在階躍輸入作用下，調(diào)節(jié)器輸出為：

響應(yīng)曲線如圖，其輸出可以看成為比例和積分兩項之和。第12頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

比例輸出：p1=e/P積分輸出：p2=et/PTI在階躍輸入作用下，開始瞬間有一比例輸出p1，隨后在同一方向在p1的基礎(chǔ)上輸出不斷增大，積分作用。上式中P=1/K：為比例帶；

TI：為比例積分調(diào)節(jié)器的再調(diào)時間。①由于積分部分輸出為p2=et/PTI，比例輸出為p1=e/P，當p2=p1時，t=TI

∴TI

為積分部分輸出等于比例部分輸出的時間。②當輸入e時，先有一比例輸出p1，在過程調(diào)節(jié)到t=TI

時，調(diào)節(jié)器的積分作用輸出一個等于比例輸出的調(diào)節(jié)作用，TI稱為再調(diào)時間。第13頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

③當比例帶P一定時：

TI

↑→積分作用越弱，達到p1的時間越長；

TI↓→積分作用越強，達到p1的時間越短。④積分作用的飽和特性：由于放大器開環(huán)增益為有限值，工作電壓不能太大，因此PI調(diào)節(jié)器輸出不可能無限增大，積分作用呈飽和特性。如圖所示。

第14頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

存在輸入e時，輸出不是趨于無限大，而是趨于有限值KIKPe。KIKP是t→∝時PI調(diào)節(jié)器的增益，稱為靜態(tài)增益K(∝)K（∝）=KIKP

式中KI為PI調(diào)節(jié)器積分增益，表示具有飽和特性的積分作用消除靜差的能力。

最大靜差（調(diào)節(jié)精度）出現(xiàn)在輸出為最大，即p=100%時，

可以看出，P調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度為1/KP，而具有飽和特性的PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度為1/KIKP，KI表示PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度增加的倍數(shù)，即PI調(diào)節(jié)器消除靜差的能力，KI是調(diào)節(jié)器的重要質(zhì)量指標，希望盡可能大一些。第15頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：①由于集成運放的開環(huán)增益可以做到約105，DDZ-Ш調(diào)節(jié)器KI可達104~105；②影響調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)精度的其它因素還有放大器的不靈敏區(qū)，零點漂移，給定值精度和穩(wěn)定度等，實際精度比單純由KI決定要低很多；③K(∝)

在KI為常數(shù)時，隨KP變化；有時K(∝)為常數(shù)，KI=K(∝)/KP也隨KP變化，PI調(diào)節(jié)器的技術(shù)指標KI，是指KP=1（P=100%）時的KI值。第16頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）比例微分調(diào)節(jié)器

由于大慣性系統(tǒng)(例如溫度對象)，即使受到大的擾動，被控量開始時變化仍不大，偏差很小，PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用很弱，但偏差卻以一定的速度增長。所以PI調(diào)節(jié)器就不能及時克服擾動的影響，會造成大的動態(tài)偏差和長的調(diào)節(jié)時間。加入微分作用，在偏差尚不大時，根據(jù)偏差變化趨勢（速度），提前給出較大的調(diào)節(jié)作用，使過程的動態(tài)品質(zhì)得到改善。

第17頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1.微分作用

它的微分方程表達式為：在階躍輸入作用下，其輸出如下圖所示。第18頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月其特點：①輸出只能反應(yīng)偏差輸入的變化速度，具有提前輸出較大的調(diào)節(jié)作用功能；②對于一個固定不變的偏差，或偏差變化很慢，經(jīng)長時間積累達到相當大的數(shù)值時，微分作用也無能為力。

2.PD調(diào)節(jié)器

它是比例和微分兩部分的組合，其微分方程表達式為：

p=KPe(t)+KPTDde(t)/dt=p1+p2

在輸入e=t時，即等速輸入作用下，輸出特性如下圖所示。第19頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月其輸出可以看成為比例和微分兩項之和：比例輸出：p1=KPt微分輸出：p2=KpTD在等速輸入作用下，開始瞬間有一微分輸出p2，隨后在同一方向由e增長，在p2（微分）的基礎(chǔ)上輸出不斷增大，比例作用。

TD的物理意義：

在輸出曲線上做一水平線分別與p及p1相交于A點和B點，其橫座標分別為t1和t2（如上圖所示），說明對于輸出同樣大小的數(shù)值，PD作用比只有比例作用時可提前一個時間△t=t2－t1=TD第21頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月可以明顯看出微分的超前調(diào)節(jié)作用，或微分具有預調(diào)作用，TD稱為PD調(diào)節(jié)器的預調(diào)時間。另外為了方便起見，我們還引入?yún)?shù)KD稱為微分增益，它是階躍輸入瞬間，PD調(diào)節(jié)器總增益與比例部分之比。它表示微分輸出幅度的大小。

KD↑→微分輸出幅度↑→微分作用愈強。但KD太大容易引入高頻干擾，KD一般限制在5~30，固定為不可調(diào)整的參數(shù)。第22頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3.PD調(diào)節(jié)器飽和特性

具有飽和特性的PD調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)曲線如下圖所示。第23頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

它和理想的PD調(diào)節(jié)器響應(yīng)曲線比較可知：1）由于組成PD調(diào)節(jié)器的運放開環(huán)增益不是∝，其輸出幅值也不是∝，具有飽和特性，輸出為有限值KPKDe，比例部分為KPe，微分部分KP（KD－1）e。2）微分輸出下降不是瞬間完成，而是按指數(shù)規(guī)律下降，下降快慢由TD決定。當KD一定，TD

↑→微分作用愈強，作用時間愈長；反之，TD↓

→微分作用愈弱。TD=0，變?yōu)镻調(diào)節(jié)器，因此改變TD可以調(diào)整PD調(diào)節(jié)器的微分作用。4.PD調(diào)節(jié)器參數(shù)整定

PD調(diào)節(jié)器有兩個參數(shù)KP和TD，由其輸出表達式

p=KP

（e＋TD

de/dt）第24頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1）測定比例帶P

令TD=0，在階躍輸入時，得到純比例輸出為pP，因此

P=1/KP=e/pP2）測定微分時間TD將比例帶P調(diào)到100%，即KP=1，輸出表達式變?yōu)?/p>

在t=0時的輸出，可求出微分增益KD。

∵∴表明在階躍輸入的瞬間，PD調(diào)節(jié)器將輸入放大了KD倍。第25頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

在t=TD/KD時，輸出表達式變?yōu)椋罕砻鱌D輸入階躍信號，開始瞬間輸出最大值，然后按指數(shù)曲線下降，當t=τ=TD/KD時，微分部分的輸出下降了63%，根據(jù)這個關(guān)系式可測定TD。如P=100%（KP=1），輸入e=10%，輸出一開始跳到100%，求出KD=10，當微分輸出降到37％時，即

p=10%＋（10－1）×10%×37%=43.3%時的時間應(yīng)為τ=TD/KD，則預調(diào)時間為TD=KD×τ第26頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）比例、積分、微分三作用調(diào)節(jié)器

同時具有比例、積分、微分作用的調(diào)節(jié)器叫PID三作用調(diào)節(jié)器。其微分方程為：p=KP(1+1/TI∫edt+TDde/dt)

階躍響應(yīng)特性如下圖所示。第27頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月二.PID運算電路的構(gòu)成

由串聯(lián)反饋運放和并聯(lián)反饋運放可以構(gòu)成各種運算電路，加入輸入和輸出電路就可以構(gòu)成P，PI，PD和PID各種調(diào)節(jié)器。（一）由P，PD和PI串聯(lián)組成的PID運算電路

其電路原理如下圖所示

考慮到各電路的輸入阻抗比輸出阻抗大得多。串聯(lián)時互相影響小，IC1~IC3的開環(huán)增益K1，K2和K3都足夠大。第28頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月式中KP1=R3RP2/R4RP1，KP2=R2/(R1+R2)=1/nKP3=C1/CmKP=KP1KP2KP3

比例增益

KD=n微分增益

KI=K3Cm/CI

積分增益

TD＝nCDRD

預調(diào)時間

TI=RICI

再調(diào)時間

F=1+TD/TI

相互干擾系數(shù)

第30頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月圖示運算電路的實際比例系數(shù)為：KP’=KPF實際再調(diào)時間為：TI’=TIF實際預調(diào)時間為：TD’=TD/FF表示PID運算電路實際的整定參數(shù)KP’，TI’和TD’之間互相干擾的程度。當F=1，KP’，TI’和TD’三個參數(shù)在調(diào)整時無相互影響。當F≠1，且與TI，TD有關(guān)，調(diào)整TI將引起F變化，也就使TD’和KP’變化；調(diào)整TD也會引起F變化，從而使TI’和KP’隨之變化。F越大，互相影響越嚴重?？紤]實際PID調(diào)節(jié)器積分和微分作用的飽和特性，階躍響應(yīng)曲線如下圖所示。第31頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2.省去P放大器的PID運算電路

如下圖所示，將比例放大器與PD合并，信號只經(jīng)過一次反向，因此VO和Vi極性相反。DDZ-Ш型調(diào)節(jié)器的PID運算電路就是這種結(jié)構(gòu)。第33頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

由PD和PI串聯(lián)得到的PID運算電路優(yōu)點是可以是測量值微分先行的調(diào)節(jié)器，測量值經(jīng)過微分后再與給定值比較，差值送入積分電路。由于給定值不經(jīng)過微分，在改變給定時，調(diào)節(jié)器輸出不會發(fā)生大的突變，避免給定值對系統(tǒng)大擾動。串聯(lián)構(gòu)成的運算電路的另一個優(yōu)點是F較小。缺點是各級誤差積累放大，為保證整機精度，對各部分電路的精度要求較高。第34頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）由P，I和D并聯(lián)組成的PID運算電路

其原理電路如圖所示，由P，I和D三個運算電路并聯(lián)連接，然后由加法器把他們的輸出相加（即V0=V01+V02+V03），構(gòu)成PID電路。第35頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月這種方式的特點：①避免級間誤差的積累放大，對保證整機精度有利；②可消除參數(shù)TI，TD變化對整機實際整定參數(shù)（KP’，TD’，TI’）的影響；③由于比例級與積分，微分電路并聯(lián)，KP變化將使實際預調(diào)時間TD/KP和再調(diào)時間KPTI發(fā)生變化，即KP對TD’，TI’有影響。第36頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）串聯(lián)并聯(lián)混合式PID運算電路

為了消除PID參數(shù)之間的相互干擾，可采用串聯(lián)并聯(lián)混合電路，如下圖所示，PI和D并聯(lián)后再與變比例級串聯(lián)，其框圖如下圖所示。第37頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月§4.2基型PID調(diào)節(jié)器

PID，PI，PD和P調(diào)節(jié)器的組成基本相同，它們之間只是運算電路部分不同，其中PID調(diào)節(jié)器是最完善的調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器的組成原理

其框圖如下圖所示，由圖可看出，調(diào)節(jié)器主要由輸入電路，運算電路和輸出電路以及附加電路組成。第38頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月二.DDZ-Ш型調(diào)節(jié)器的原理和特性它由集成運放芯片代替晶體管分立元件，使它相對于DDZ-Ⅱ型具有許多明顯的優(yōu)點：①提高了調(diào)節(jié)器的性能指標；②采用集成電路，大大提高了可靠性，降低了功耗；③有軟（積分）硬（比例）兩種手動操作方式；④易于功能擴展。主要技術(shù)指標：①輸入，輸出，給定信號范圍；②PID參數(shù)整定范圍；③精度（保持，跟蹤，溫度誤差等）；④電源電壓和負載阻抗。第40頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）工作原理Ⅰ.概貌基型全刻度指示調(diào)節(jié)器原理圖如下圖所示。主要由6個運放電路為核心，主電路IC1~IC4，指示電路IC5和IC6。第41頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅱ.電學分析1.輸入電路

它是一個(偏差)差動輸入電平遷移電路，它將以0V為基準的1~5VDC測量信號與1~5V給定信號進行比較，將偏差信號放大2倍，以10V為基準電壓，送PD電路。其原理如圖所示。第43頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于DDZ-Ш電動單元組合儀表采用24VDC集中供電，使電源回路和信號回路共線，在導線上產(chǎn)生附加電壓引起誤差，為此采用差動輸入電路來消除它的影響，如下圖所示。第44頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

輸入信號Vi，VR與輸出信號V01的關(guān)系分析：

設(shè)R1=R2=R3=R4=R5=R6=R；忽略Rcm1，Rcm2，只考慮Vcm1和Vcm2的影響；開關(guān)S7置于正作用位置；IC1為理想運放，它的輸入阻抗為ri=∝,K0=∝，輸出阻抗為r0=0VF

同樣可以求出：VT=（VR+Vcm1+Vcm2+VB）/3∵K0=∝，VF

－VT=0，則有V01=－2（Vi－VR）

由上式可以看出：①由于采用差動電路，輸出電壓V01只與測量信號Vi和給定信號VR之差（偏差）成正比，比例系數(shù)為－2，與導線電阻電壓降Vcm1和Vcm2無關(guān)；第45頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月②由于采用了電平移動，把以0V為基準的輸入信號與給定信號轉(zhuǎn)換為以電平VB為基準的輸出信號。③電平移動可保證各運放的正常工作：當VB=0時（電平不移動）有VT=（VR+Vcm1+Vcm2）/3代入VR=1~5V，Vcm1=Vcm2=0~1V，VT=VF=0.33~2.33V這樣低的共模輸入電壓已超出運放的容許范圍,例如在24VDC電源供電條件下,FC52高運放共模電壓容許范圍為2~19V,美國通用運放μA741,LM741共模電壓容許范圍約為1~23V。當VB=10時（電平移動），在同樣條件下，有

VT=VF=3.7~5.7V這樣運放可以正常工作。同樣可以保證后續(xù)各級運放回路的共模電壓在其容許范圍之內(nèi)。第46頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2.PD電路1）電路組成

PD電路原理圖如圖所示，在S處于通位置時，有無源RC比例微分電路與同相跟蹤電路串聯(lián)成有源PD運算電路。同相跟蹤電路反饋電壓為輸出電壓的1/α，取V02/α反饋到反相端，當運放開環(huán)增益K02足夠大時，有V02/VTB=α第47頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2）電容CD的充放電過程

在輸入端加上階躍信號V01時，由于CD上的電壓不能突變，相當與短路，此時VTB（0）=V01隨后電阻R1上的電壓通過RD對CD充電，CD兩端電壓↑，VTB隨之↓，其變化速度由時間常數(shù)RDCD決定。電容充電完畢的端電壓為

VCD（∝）=V01-V01/n=（n-1）V01/n∴VTB（∝）=V01/nVTB為電阻R2上的分壓通過RD加到運放的T端，它只有開始瞬間VTB（0）的1/n，因此微分增益為KD=n，由于運放輸出電壓V02始終為VTB的α倍，所以V02的變化規(guī)律與VTB相同，第48頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

即V02（0）=αV01V02（∝）=αV01/n其下降時間常數(shù)為RDCD。因此PD運算電路的KD=V02（0）/V02（∝）=n，由輸入端的兩個電阻比決定，為一定值，設(shè)R1=9.1KΩ，R2

=1KΩ

，因此KD=10，比例系數(shù)為α/n，電位器RP中間觸點位置決定。若需切除微分作用時，S開關(guān)置于“斷”的位置，此時，輸入電壓V01在R2上的分壓通過RD加到IC2的T端，構(gòu)成比例電路，有V02=αV01/n

此時CD通過R5與R1并聯(lián)，使其的電壓VCD跟蹤電壓（n-1）V01/n，保證S由斷切向通的位置時，VTB和V02不發(fā)生突變，不會對生產(chǎn)過程產(chǎn)生擾動。第49頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3.PI電路1）電路概貌

其電路如下圖所示，利用反相輸入運放構(gòu)成PI電路，IC運放與晶體管跟隨器一起組成運放，增加晶體管跟隨器的目的是為了得到正向輸出，且便于加輸出限幅電路。第50頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月PI電路積分時間分為兩擋：×1和×10

在×1擋時，輸入V02全部加在積分電路上；在×10擋時，只有V02/10加在積分電路上?？梢哉J為積分輸入為V02/m，m=1和m=10，其等效電路如下圖所示。第51頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2）電路分析

設(shè)IC3開環(huán)增益為K03，輸入電阻為ri=∝

，晶體管電壓跟隨器電壓增益為1，由節(jié)點支路電流平衡定律對于IC3的F端有：

第52頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：

①增加積分時間切換開關(guān)，使積分時間分為兩檔×1時，1KΩ電阻斷開，積分部分輸入為V02；

×10時，積分部分輸入為V02/10，對Cm的充電電流也為×1檔的1/10，積分時間增加10倍，用同樣的積分電阻和電容，使積分時間增大了10倍；②由于K03很大，m改變對KI的影響是有限的。第54頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月4.手動操作電路1）電路組成

在PI電路中附加軟手動和硬手動電路，如下圖所示。第55頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2）電路分析（1）自動狀態(tài)

當開關(guān)S1，S2處于自動位置時，它為PI運算電路，

VT=VF=0（相對于VB電平）

∴V03=Vcm即輸出電壓V03始終儲存在電容Cm中。（2）軟手動狀態(tài)

開關(guān)S1和S2處于軟手動位置，按下S41~S44開關(guān)中的任一個，得到軟手動操作電路如下圖所示。第56頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第57頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)保持狀態(tài)第58頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

由圖可見，電容Cm有三條放電途徑：①漏電阻RC；②輸入電阻ri；③偏置電流Ib對Cm的反向沖電。所以Cm上的電壓及輸出電壓V03會逐漸下降，為了使調(diào)節(jié)器具有好的保持特性，要求IC3是高輸入阻抗，小偏置電流的運放，Cm用高絕緣的電容器。

第59頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月自動和軟手動之間的切換是無平衡無擾動的：

自動→軟手動切換，電路處于保持狀態(tài)，V03和Vcm保持切換前瞬間的數(shù)值不變，按手動按紐S4使輸出V03在此數(shù)值的基礎(chǔ)上，上升或下降；軟手動→自動切換，也要經(jīng)過保持狀態(tài)，此時V03和Vcm保持軟手動最終瞬間的數(shù)值。并且由于在軟手動及保持狀態(tài)時，CI的輸出端始終接VB電平。所以無論偏差是否消除，輸入信號V02始終儲存在CI中，當軟手動→自動時，流過CI的電流為0，V03和Vcm不會突變。如果切換前偏差未消除，切換到自動后，由于V02不為0，主要通過RI和Cm充電，輸出將在切換前的軟手動輸出基礎(chǔ)上積分式上升或下降，以消除偏差，是正常的工作狀態(tài)。第60頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）硬手動輸出狀態(tài)當開關(guān)S1和S2處于硬手動位置時，電路如下圖所示。第61頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于硬手動操作的特點是比例運算，輸出等于硬手動輸入電壓VH，因此當S1和S2從自動或軟手動→硬手動時，調(diào)節(jié)器的輸出值立即回到由VH決定的數(shù)值，切換是有擾動的。若要作到無擾動切換，必須事先調(diào)VH（即預平衡），使VH與自動或軟手動時的輸出一致。綜上所述：

自動與軟手動之間的相互切換是無平衡無擾動切換；硬手動→軟手動和自動之間，即使在偏差信號不為0的情況下，也是無平衡無擾動的；軟手動和自動→硬手動，則需事先進行平衡工作，才能做到無擾動切換,是有平衡無擾動切換。第62頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月5.輸出電路第63頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月6.指示電路

DDZ-Ⅲ調(diào)節(jié)器指示電路分為兩種類型：全刻度指示調(diào)節(jié)器和偏差指示調(diào)節(jié)器。全刻度指示電路是兩個完全相同的電路，分別指示測量信號Vi和給定信號VR，由其指示值算出偏差值。偏差指示電路為一個指示電路，只給出偏差值，不給出測量信號和給定信號，由給定信號算出測量值。電路組成

其電路如下圖所示，它有兩種工作狀態(tài)：測量和校驗。它是指示測量值信號Vi的全刻度指示電路。由一個差動輸入電平遷移比例運算放大器加上電流指示mA表組成。由于四個電阻R相等，它的閉環(huán)增益為1。第64頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）DDZ-Ш型調(diào)節(jié)器的特性分析

在DDZ-Ш型調(diào)節(jié)器中，由于積分增益高KI>105（m=1時），不便于直接進行測量，而采用閉環(huán)跟蹤誤差作為一項綜合指標，它既包括積分增益有限引入的誤差，也包括了調(diào)節(jié)器各環(huán)節(jié)引入的誤差，能在一定程度上表明調(diào)節(jié)器構(gòu)成系統(tǒng)時的調(diào)節(jié)精度，也便于測量。1）電路構(gòu)成

將調(diào)節(jié)器接成自閉環(huán)系統(tǒng)如下圖所示。①為構(gòu)成負反饋系統(tǒng)必須將正反作用開關(guān)置于反作用位置；②為了及時跟蹤，將微分作用切斷，積分時間置于最?。╩=1）第66頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2）電路分析

DDZ-Ш型調(diào)節(jié)器閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)框圖如下圖所示。第67頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月圖中Δ1為輸入電路誤差，Δ2為比例微分電路誤差，Δ3為PI電路誤差，Δ4為輸出電路誤差，設(shè)ΔΣ為各級折算到輸入級后的誤差總和，即電路的最大誤差。

設(shè)閉環(huán)跟蹤誤差為Δ=VR-Vi

,則

因為DDZ-Ш型調(diào)節(jié)器輸入信號為1~5VDC，量程為4V，所以閉環(huán)跟蹤相對誤差為：第68頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月由上式可知，閉環(huán)跟蹤誤差主要包括兩項：

①由調(diào)節(jié)器開環(huán)增益決定KPKI，②調(diào)節(jié)器各級誤差折算到輸入后的和。

∵KI很大，εI、

ε4很小，可以忽略不計。則式中：第69頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

由上式可知：①由于積分增益很高，由輸出電路引入的誤差可忽略不計；②由PI電路引入的誤差與比例帶大小有關(guān)，當比例帶很小時，P=2%時，ε3很小，可忽略不計。

因此當比例帶最大時，P=500%DDZ-Ш型調(diào)節(jié)器閉環(huán)跟蹤精度為±0.5%,必須同時滿足

εP=2%≤±0.5%

和εP=500%≤