第六講模擬調(diào)節(jié)器課件

第三章調(diào)節(jié)器教學目的要求：掌握基本控制規(guī)律及其對控制過程的影響；掌握DDZ-III型控制器的結(jié)構(gòu)、電路及工作原理分析；理解數(shù)字調(diào)節(jié)器和可編程序調(diào)節(jié)器的功能和原理，了解它們的使用方法；理解PID參數(shù)自整定調(diào)節(jié)器的功能與結(jié)構(gòu)，了解其使用方法。教學重點：PID控制規(guī)律，數(shù)字調(diào)節(jié)器和可編程序調(diào)節(jié)器的原理DDZ-III型控制器的結(jié)構(gòu)、電路及工作原理分析教學難點：基本控制規(guī)律及其對控制過程的影響。第三章調(diào)節(jié)器教學目的要求：掌握基本控制規(guī)律及其對控制過1第六講DDZ-III模擬調(diào)節(jié)器教學目的與要求：了解DDZ-III模擬調(diào)節(jié)器的組成，理解各部分電路，掌握其工作原理，會分析手動與自動之間的切換

教學重點：DDZ-III模擬調(diào)節(jié)器各部分電路。教學難點：切換過程與實現(xiàn)第六講DDZ-III模擬調(diào)節(jié)器教學目的與要求：了解DDZ2模擬控制器(調(diào)節(jié)器)模擬控制器(調(diào)節(jié)器)用模擬電路實現(xiàn)控制功能。其發(fā)展經(jīng)歷了Ⅰ型（用電子管）Ⅱ型（用晶體管）Ⅲ型（用集成電路）模擬控制器(調(diào)節(jié)器)其發(fā)展經(jīng)歷了Ⅰ型（用電子管）Ⅱ型（用晶體3一、DDZ-Ⅲ型儀表的特點1）采用統(tǒng)一信號標準：4~20mADC和1～5VDC。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、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。2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少。3）可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，用于危險現(xiàn)場。一、DDZ-Ⅲ型儀表的特點41、功能和性能指標功能：對偏差進行PID運算；指示輸入Vi，設(shè)定Vs；輸出Io；正反作用切換；能手動；手動自動無擾切換。DDZ-III型調(diào)節(jié)器DDZ-III型調(diào)節(jié)器5●輸入1～5VDC ●輸出4～20mADC●輸入阻抗影響≤0.1Fscal％●負載電阻250～750●內(nèi)設(shè)定1～5VDC ●閉環(huán)跟蹤精度±0.5％●外設(shè)定4～20mADC●電源24V±10％●比例帶δ：2％～500％●再調(diào)時間TI：0.01～2.5分或0.1～25分●預(yù)調(diào)時間TD：0.04～10分，或斷開●微分增益KD：10基本性能指標：基本性能指標：61-雙針垂直指示器2-外給定指示燈3-內(nèi)給定設(shè)定輪4-自動—軟手動—硬手動切換開關(guān)5-硬手動操作桿6-輸出指示器7-軟手動操作板鍵DDZ-Ⅲ型控制器的組成與操作1-雙針垂直指示器DDZ-Ⅲ型控制器的組成與操作7DDZ-Ⅲ基型調(diào)節(jié)器的主要功能電路有：輸入電路、給定電路、PID運算電路、自動與手動（硬手動和軟手動）切換電路、輸出電路及指示電路。輸入電路PD電路PI電路輸出電路測量外給內(nèi)給定電路給定值指示輸出指示軟手動電路硬手動電路測量值指示內(nèi)給S6S1MHADDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)方框圖DDZ-Ⅲ基型調(diào)節(jié)器的主要功能電路有：輸入電路、給定電路、P82、全刻度指示調(diào)節(jié)器的線路實例2、全刻度指示調(diào)節(jié)器的線路實例9輸入電路的首要任務(wù)是求偏差e：

V01=k(V給定－V測量)

1、輸入電路輸入電路的首要任務(wù)是求偏差e：1、輸入電路10因測量信號Vi和給定信號Vs分別通過雙臂電阻差模輸入到運放A1的同相和反相輸入端?？闪谐鰞奢斎牍?jié)點的電流方程：因測量信號Vi和給定信號Vs分別通過雙臂電阻11而V+≈V-則

V01=－2（Vi－VS）

得而V+≈V-則12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1～5V的測量信號不受衰減，（2）求偏差

Vi–VS，進行偏差運算。（3）將偏差放大

為了提高調(diào)節(jié)器對偏差的靈敏度，對其后的運算有利，這里先將偏差放大兩倍。電路的特點（1）輸入阻抗高采用差動輸入電路，輸入阻抗很高，不從信號Vi、VS取用電流，13（4）消除傳輸線上壓降的影響

DDZ-Ⅲ采用共用電源，在Vi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時不可忽略。差動輸入可以消除導(dǎo)線電阻的影響。（4）消除傳輸線上壓降的影響14（5）進行電平移動

Vi、VS都是以地為基準的電壓信號，而運放IC器件+24VDC供電時，其正常輸入、輸出信號電壓范圍應(yīng)在2～19V。為使運算信號符合要求，必須將基準電壓從0V抬高到VB=10V

，即進行電平移動。

（5）進行電平移動15因為Vs=1～5V，VCM1=VCM2=0～1V

則顯然，IC不能正常放大。如果VB=0VB=10V時，

V+=V-=3.7～5.7V保證了IC共摸電壓在允許范圍之內(nèi)，能正常放大。V+V-因為Vs=1～5V，VCM1=VCM216而且VB=0時，VO1=-2（Vi-VS）=-8～+8V也不符合后面PID電路IC的范圍要求。VB=10時：VO1=-2（Vi-VS）=2～18V

使后面PID電路的IC工作于允許電壓范圍之內(nèi)。＋－而且VB=0時，VO1=-2（Vi-VS）=17

2、PID運算電路由PI和PD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，故這里各信號電壓都是以VB=10V為基準起算的。PIPD2、PID運算電路由PI和PD兩個運算電路串聯(lián)而成，由于輸181、PD電路分析

PD電路以A2為核心組成。微分作用可選擇用與不用。開關(guān)S8打向“斷”時，構(gòu)成P電路；開關(guān)S8打向“通”時，構(gòu)成PD電路。1、PD電路分析19PD傳遞函數(shù)ID得PD傳遞函數(shù)ID得20式中：

—微分時間常數(shù)ID又因

得

實際微分因子式中：—微分時間常數(shù)ID又因得實際微分因子21階躍響應(yīng)

當V01為階躍信號時，V02的階躍響應(yīng)為V02TD/nαV01/n63%t可見，此電路的微分是實際的微分。階躍響應(yīng)當V01為階躍信號時，V02的階躍響應(yīng)22當S8置于“斷”時，微分被切除，A2只作比例運算。有這時微分電容被開關(guān)S8接在9.1K分壓電阻兩端，使CD右端始終跟隨電壓V01/n。當開關(guān)S8切換到“通”時，保證無擾動切換。當S8置于“斷”時，微分被切除，A2只23

2、PI電路分析PI電路以A3為核心組成，開關(guān)S3為積分時間倍乘開關(guān)。當S3打向×1檔時，1K電阻被懸空，不起分壓作用；當S3打向×10檔時，1K電阻接到基準線，靜態(tài)V02被分壓輸入。由于10μF電容積分需要較大電流，在A3輸出端加一功放三極管。2、PI電路分析由于10μF電容積分需要較大電流，在A3輸24則PI傳遞函數(shù)IC負輸入端節(jié)點電流方程（S3置于×10檔）：則PI傳遞函數(shù)25傳函為設(shè):Ti=mRICI—積分時間常數(shù)S3打向×10檔時：m=10S3打向×1檔時：m=1

傳函為設(shè):S3打向×10檔時：26階躍響應(yīng)

當V02為階躍信號時，V03的階躍響應(yīng)為tV03（CI/CM）V02-V03t理想運放時實際運放時階躍響應(yīng)當V02為階躍信號時，V03的階躍響應(yīng)273、PID運算電路的傳遞函數(shù)輸入電路：V01=－2（Vi－VS）PD電路：PI電路：PID運算是上述三個環(huán)節(jié)的串聯(lián)而成。3、PID運算電路的傳遞函數(shù)輸入電路：V01=28干擾系數(shù)PID傳遞函數(shù)

令：比例度微分增益則：干擾系數(shù)PID傳遞函數(shù)令：比例度微分增益則：29（1）若TD<<KD，則上式分母實際微分項近似為1若TD<<TI，則

這時

成為理想的PID（1）若TD<<KD，則上式分母實際微分項近似為1若TD<<30（2）調(diào)節(jié)器的實際比例度為P/F，實際微分時間為TD/F，實際積分時間為FTI。說明三個參數(shù)調(diào)整時互相干擾，造成調(diào)節(jié)器整定參數(shù)的刻度無法準確。各參數(shù)的實際值與F=1時相差25%。例：當TI

/TD

=4時，（2）調(diào)節(jié)器的實際比例度為P/F，實際微分時間為TD/F31階躍響應(yīng)

整個曲線由比例項、積分項和有限制的微分項三部分組成。調(diào)節(jié)范圍：P=2～500%，TD=0.04～10分TI=0.01～2.5分(×1檔)，TI=0.1～25分(×10檔)V03t階躍響應(yīng)整個曲線由比例項、積分項和有限制的微分項三部分組323、輸出電路其任務(wù)是將PID電路輸出電壓VO3=1～5V變換為4～20mA的電流輸出，并將基準電平移至0V。在A4后面用VT1、VT2組成復(fù)合管，進行電流放大，同時以強烈的電流負反饋來保證良好的恒流特性。3、輸出電路其任務(wù)是將PID電路輸出電壓VO3=1～5V變33?。篟3=R4=10KΩ，R1=R2=4R3由V+≈V-得轉(zhuǎn)換關(guān)系

?。篟3=R4=10KΩ，R1=R2=34則而若取R1=4（R3+Rf）=40.25KΩ時，可以精確獲得關(guān)系：則而若取R1=4（R3+Rf）=40.25K354、手動操作電路及無擾切換通過切換開關(guān)S1可以選擇自動調(diào)節(jié)“A”、軟手動操作“M”、硬手動操作“H”三種控制方式。A→M無沖擊1.A、M間的切換S1從A切換到M時：斷開A3的輸入CM無放電回路VO3保持不變4、手動操作電路及無擾切換A→M無沖擊1.A、M間的36S42閉合→-VM接入——按TI

=100s的時間積分S41閉合→-VM接入——按TI

=6s的時間積分同理，S43（或S44）閉合→+VM接入——反向積分用這種手動操作來改變調(diào)節(jié)器輸出，信號變化比較緩和，稱為“軟手動”。S42閉合→-VM接入——按TI=100s的時間積分372．A、H間的切換當切換開關(guān)S1由自動位置A，切向硬手動H時，放大器A3接成具有慣性的比例電路。由于CM充電迅速，A3的輸出近似為比例電路。2．A、H間的切換由于CM充電迅速，A3的輸出近似為比例電路38傳遞函數(shù)時間常數(shù)T=RFCM=30×103×10×10-6=0.3s可見，VH改變時，VO3很快達到新的穩(wěn)態(tài)值。A→H前，須先調(diào)RPH與當時的VO3一致，才能做到無擾動切換。M→H也同樣。傳遞函數(shù)時間常數(shù)T=RFCM=30×103×10393．M、H→A間的切換S1由A切向M或H時，聯(lián)動開關(guān)同時將積分電容CI接VB，使VCI始終等于V02。當S1再由H、M切回A時，由于電壓沒有突變，切換也是無擾動的。自動（A）軟手動（M）

無擾無擾硬手動（H）無擾有擾總結(jié)：3．M、H→A間的切換自動（A）軟手動（M）無擾無擾硬手405、測量及給定指示電路用動圈表頭來指示測量值和給定值。S5切換到“標定”時，可進行示值標定。流過動圈表頭的電流為5、測量及給定指示電路41DDZ-Ⅲ型是模擬儀表的典型代表。實際電路中還有電源、補償、濾波、保護、調(diào)整