第3章 過程控制儀表(上)

1、 第第3 3章章 過程控制儀表過程控制儀表(上上) 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)學(xué)表）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；示及其響應(yīng)特性；2 2）熟悉）熟悉 DDZ-DDZ-型調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成、電路原理及其應(yīng)型調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成、電路原理及其應(yīng)用特點(diǎn)；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）了解）了解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）了解）了解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；6 6）了解各類

2、執(zhí)行器的組成原理和使用特點(diǎn)，熟悉氣動(dòng)執(zhí)）了解各類執(zhí)行器的組成原理和使用特點(diǎn)，熟悉氣動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用特點(diǎn)；行器的應(yīng)用特點(diǎn)；7 7）掌握電）掌握電/ /氣轉(zhuǎn)換器與閥門定位器的工作原理氣轉(zhuǎn)換器與閥門定位器的工作原理8 8）熟悉智能式電動(dòng)執(zhí)行器的功能特點(diǎn)；）熟悉智能式電動(dòng)執(zhí)行器的功能特點(diǎn)；9 9）熟悉安全柵的基本類型及構(gòu)成原理。）熟悉安全柵的基本類型及構(gòu)成原理。 過程儀表的定義及作用過程儀表的定義及作用:調(diào)節(jié)器、電調(diào)節(jié)器、電/氣轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行器、安全柵氣轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行器、安全柵等稱為等稱為過程控制儀表。過程控制儀表。1 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(cè)量信號(hào)和給定

3、信號(hào)，兩者相減后的偏調(diào)節(jié)器的輸入電路接收測(cè)量信號(hào)和給定信號(hào)，兩者相減后的偏差信號(hào)由偏差顯示儀表顯示其大小和正負(fù)。差信號(hào)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(hào)的大小由輸出顯示儀表顯示，習(xí)慣上顯示儀表調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)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。閥位表不僅顯示調(diào)節(jié)閥的開度，而且通過它還可以觀也稱閥位表。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。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(shí)，給定信號(hào)常由調(diào)節(jié)器內(nèi)部提供，稱當(dāng)調(diào)節(jié)器用于定值控制時(shí)，給定信號(hào)

4、常由調(diào)節(jié)器內(nèi)部提供，稱為為內(nèi)給定內(nèi)給定；而在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)往往來自調(diào)節(jié)；而在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)往往來自調(diào)節(jié)器的外部，則稱為器的外部，則稱為外給定外給定。內(nèi)、外給定信號(hào)由內(nèi)、外給定開關(guān)進(jìn)行。內(nèi)、外給定信號(hào)由內(nèi)、外給定開關(guān)進(jìn)行選擇或由軟件實(shí)現(xiàn)。選擇或由軟件實(shí)現(xiàn)。（4）正、反作用的選擇）正、反作用的選擇 正作用正作用-指調(diào)節(jié)器的輸出隨著反饋輸入的增加而增加，指調(diào)節(jié)器的輸出隨著反饋輸入的增加而增加，即調(diào)節(jié)器的輸出隨著測(cè)量值增大而增大。即調(diào)節(jié)器的輸出隨著測(cè)量值增大而增大。KC0 調(diào)節(jié)器作用調(diào)節(jié)器作用方向確定的原則方向確定的原則：應(yīng)根據(jù)被控過程的特：應(yīng)根據(jù)被控過程的特性及調(diào)

5、節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式來正確選擇，以使自動(dòng)控性及調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式來正確選擇，以使自動(dòng)控制系統(tǒng)成為制系統(tǒng)成為一個(gè)負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)一個(gè)負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，即，即 如果被控變量偏高，則控制作用應(yīng)使之降低；相反，如果被控變量偏高，則控制作用應(yīng)使之降低；相反，如果被控變量偏低，則控制作用應(yīng)使之升高。如果被控變量偏低，則控制作用應(yīng)使之升高。（5）手動(dòng)切換操作）手動(dòng)切換操作 在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，往往先進(jìn)行手動(dòng)操作改變調(diào)節(jié)器的在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，往往先進(jìn)行手動(dòng)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(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；輸出，待系統(tǒng)基本穩(wěn)定后再切換到自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)； 當(dāng)自動(dòng)控制時(shí)的工況不正?；蛘{(diào)節(jié)器失靈時(shí)，

6、必須切換到手動(dòng)當(dāng)自動(dòng)控制時(shí)的工況不正?；蛘{(diào)節(jié)器失靈時(shí)，必須切換到手動(dòng)狀態(tài)以防止系統(tǒng)失控。狀態(tài)以防止系統(tǒng)失控。 通過調(diào)節(jié)器的手動(dòng)通過調(diào)節(jié)器的手動(dòng)/自動(dòng)雙向切換開關(guān)，可以對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行手自動(dòng)雙向切換開關(guān)，可以對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行手動(dòng)動(dòng)/自動(dòng)切換，而在切換過程中，又希望切換操作不會(huì)給控制系統(tǒng)自動(dòng)切換，而在切換過程中，又希望切換操作不會(huì)給控制系統(tǒng)帶來擾動(dòng)，即要求帶來擾動(dòng)，即要求無擾動(dòng)切換無擾動(dòng)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(bào)警、偏差報(bào)警、軟手如抗積分飽和、輸出限幅、輸入越限報(bào)警、偏差報(bào)警、軟手動(dòng)抗漂移、停電對(duì)策等，所有這些附加功能都是為了進(jìn)一步提高動(dòng)抗漂移、停電對(duì)策等，所有這些

7、附加功能都是為了進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)器的控制性能調(diào)節(jié)器的控制性能 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(hào)，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(hào)，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(dòng)式的，則無需電若執(zhí)行器是采用電動(dòng)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(dòng)式的，則電是采用氣動(dòng)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

8、 安全柵安全柵 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(hào)的正常傳輸；另一方面則控制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量面保證信號(hào)的正常傳輸；另一方面則控制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點(diǎn)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(diǎn)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。 引言：基本控制規(guī)律及特點(diǎn)引言：基本控制規(guī)律及特點(diǎn)所謂所謂控制規(guī)律控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)與輸入偏是指控制器的輸出信號(hào)與輸入偏差信號(hào)之間的關(guān)系。差信號(hào)之間的關(guān)系?？刂破鞯妮斎胄盘?hào)是變送器送來的控制器的輸入信號(hào)是變送器送來

9、的測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào)和和內(nèi)部人工設(shè)定的或外部輸入的內(nèi)部人工設(shè)定的或外部輸入的設(shè)定信號(hào)設(shè)定信號(hào)。設(shè)定信號(hào)和測(cè)量信號(hào)經(jīng)比較環(huán)節(jié)比較后得到偏設(shè)定信號(hào)和測(cè)量信號(hào)經(jīng)比較環(huán)節(jié)比較后得到偏差信號(hào)差信號(hào) e ，它是設(shè)定值信號(hào)，它是設(shè)定值信號(hào) r 與測(cè)量信號(hào)與測(cè)量信號(hào) y 之差。之差。 u = f (e) e = r y 控制規(guī)律有控制規(guī)律有斷續(xù)控制斷續(xù)控制和和連續(xù)控制連續(xù)控制兩類：兩類：一、一、斷續(xù)控制斷續(xù)控制控制器輸出接點(diǎn)信號(hào)，如雙控制器輸出接點(diǎn)信號(hào)，如雙位控制、三位控制。位控制、三位控制。二、二、連續(xù)控制連續(xù)控制控制器輸出連續(xù)信號(hào)，如比控制器輸出連續(xù)信號(hào)，如比例控制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分例控

10、制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制。微分控制。（1 ）雙位控制）雙位控制雙位控制器只有兩個(gè)輸出值，相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)雙位控制器只有兩個(gè)輸出值，相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有開和關(guān)兩個(gè)極限位置，因此又稱只有開和關(guān)兩個(gè)極限位置，因此又稱開關(guān)控制開關(guān)控制。理想的雙位控制器輸出理想的雙位控制器輸出 u 與輸入偏差與輸入偏差 e 之間的之間的關(guān)系為關(guān)系為：e 0 0 （或（或e 0 0）時(shí)時(shí)= =umaxuminue 0 0 0）時(shí)時(shí)理想的雙位控制特性理想的雙位控制特性u(píng)maxumineu有中間區(qū)的雙位控制特性有中間區(qū)的雙位控制特性u(píng)maxumineu 例例1：溫度雙位控制系統(tǒng)：溫度雙位控制系統(tǒng)： 溫度低

11、于給定值時(shí)，溫控器輸出高電平，繼電溫度低于給定值時(shí)，溫控器輸出高電平，繼電器吸合，加熱器通電加熱；溫度高于給定值時(shí)，溫器吸合，加熱器通電加熱；溫度高于給定值時(shí)，溫控器輸出低電平，繼電器斷開，加熱器斷電?？仄鬏敵龅碗娖?，繼電器斷開，加熱器斷電。220V進(jìn)水進(jìn)水出水出水二位式控制器電路原理框圖：二位式控制器電路原理框圖：測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào)給定信號(hào)給定信號(hào)U0是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)器，根據(jù)被調(diào)量偏差符是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)器，根據(jù)被調(diào)量偏差符號(hào)的正、負(fù)，輸出只有兩個(gè)位置，高電平或低電號(hào)的正、負(fù)，輸出只有兩個(gè)位置，高電平或低電平，可以當(dāng)一個(gè)電子開關(guān)用。平，可以當(dāng)一個(gè)電子開關(guān)用。有中間區(qū)的雙位控制效果：有中間區(qū)的

12、雙位控制效果：被控溫度在被控溫度在T0 上下振蕩，無法穩(wěn)定。上下振蕩，無法穩(wěn)定。理想雙位控制效果：理想雙位控制效果：tuTT0ttuTT0t(2) 三位控制：三位控制： 控制器有三個(gè)輸出位值，可以控制兩個(gè)繼電器?？刂破饔腥齻€(gè)輸出位值，可以控制兩個(gè)繼電器。umaxumineue2e1測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào)給定給定1U01U02給定給定2三位控制器電路原理框圖：三位控制器電路原理框圖： 例例2：溫度三位控制系統(tǒng)：溫度三位控制系統(tǒng) 溫度低于溫度低于T1時(shí)，溫控器使繼電器時(shí)，溫控器使繼電器1、2都吸合，都吸合，加熱器加熱器1、2都通電加熱；溫度高于都通電加熱；溫度高于T1低于低于T2時(shí)，溫時(shí)，溫控器使繼電器

13、控器使繼電器1吸合、繼電器吸合、繼電器2斷開，只有加熱器斷開，只有加熱器1通通電；溫度高于電；溫度高于T2時(shí)，繼電器時(shí)，繼電器1、2都斷開。都斷開。J1J2T2T1122220V進(jìn)水進(jìn)水出水出水 溫度三位控制效果：溫度三位控制效果：溫度偏差大時(shí)，升溫速度溫度偏差大時(shí)，升溫速度快；溫度偏差小時(shí)，小幅調(diào)整?？?；溫度偏差小時(shí)，小幅調(diào)整。tuTT2T1t要使調(diào)節(jié)過程平穩(wěn)準(zhǔn)確，必須使用輸出值能要使調(diào)節(jié)過程平穩(wěn)準(zhǔn)確，必須使用輸出值能連續(xù)變化的調(diào)節(jié)器。連續(xù)變化的調(diào)節(jié)器。3.2.1 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的數(shù)學(xué)表達(dá)式的數(shù)學(xué)表達(dá)式 ：1( )( )( )( )cDIde tu t

14、Ke te t dtTTdt=( )u t為調(diào)節(jié)器的輸出值，)(te為被控參數(shù)與給定值之差。 ( )1( )1( )ccDIU sG sKT sE sT s=寫成傳遞函數(shù)形式寫成傳遞函數(shù)形式：第一項(xiàng)為比例（P）部分，第二項(xiàng)為積分（I）部分，第三項(xiàng)為微分（D）部分；cK為調(diào)節(jié)器的比例增益，IT為積分時(shí)間（以s或min為單位），DT為微分時(shí)間（也以s或min為單位）。 1 比例調(diào)節(jié)規(guī)律比例調(diào)節(jié)規(guī)律比例控制數(shù)學(xué)表達(dá)式比例控制數(shù)學(xué)表達(dá)式 ：( )( )cu tK e t=( )u t為調(diào)節(jié)器輸出值，)(te為被控參數(shù)與給定值之差。 純比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特性 浮球?yàn)樗粋鞲衅?，杠桿為控制器，活塞閥為浮

15、球?yàn)樗粋鞲衅鳎軛U為控制器，活塞閥為執(zhí)行器。如果某時(shí)刻執(zhí)行器。如果某時(shí)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(dòng)活塞提高，使球帶動(dòng)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= CuK 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)：例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：比例控制過程比例控制過程Q2htepQ1tttt 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(shí)進(jìn)

16、水閥有一開度。時(shí)進(jìn)水閥有一開度。 t=0時(shí)，出水量階躍增時(shí)，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(dòng)進(jìn)水閥開大。下移帶動(dòng)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(shí)，系統(tǒng)重新平水量相等時(shí)，系統(tǒng)重新平衡，液位也不再變化。衡，液位也不再變化。 v 比例控制的特點(diǎn)比例控制的特點(diǎn)q控制及時(shí)、適當(dāng)。只要有偏差，輸出立刻成比控制及時(shí)、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(qiáng)。例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)。q控制結(jié)果存在靜差。因?yàn)?，如果被調(diào)量偏差為控制結(jié)果存在靜差。因?yàn)椋绻徽{(diào)量偏差為零，調(diào)節(jié)器的輸出也就為零零，調(diào)節(jié)器的輸出也就

17、為零 u = KC e即即調(diào)節(jié)作用是以偏差存在為前提條件，不可能調(diào)節(jié)作用是以偏差存在為前提條件，不可能做到無靜差調(diào)節(jié)。做到無靜差調(diào)節(jié)。在實(shí)際的比例控制器中，習(xí)慣上使用比例度在實(shí)際的比例控制器中，習(xí)慣上使用比例度來表來表示比例控制作用的強(qiáng)弱。示比例控制作用的強(qiáng)弱。 所謂所謂比例度比例度就是指控制器輸入偏差的相對(duì)變化就是指控制器輸入偏差的相對(duì)變化值與相應(yīng)的輸出相對(duì)變化值之比，用百分?jǐn)?shù)表示。值與相應(yīng)的輸出相對(duì)變化值之比，用百分?jǐn)?shù)表示。maxminmaxmineu(/) 100%eeuu= 式中式中e為輸入偏差；為輸入偏差；u為控制器輸出的變化量；為控制器輸出的變化量；（emax - emin）為）為

18、輸入輸入的最大變化量的最大變化量,即即輸入量程輸入量程；（umax umin）為輸出的最大變化量，即控制器的）為輸出的最大變化量，即控制器的輸輸出量程出量程。如果控制器輸入、輸出量程相等，則如果控制器輸入、輸出量程相等，則: 比例度比例度:Ce1100%100%uK=maxminmaxmineu(/) 100%eeuu=ueeremaxeminuminumax比例度除了表比例度除了表示控制器輸入和輸示控制器輸入和輸出之間的增益外，出之間的增益外，還表明比例作用的還表明比例作用的有效區(qū)間。有效區(qū)間。比例帶比例帶的物理意義：的物理意義：使控制器輸出變化使控制器輸出變化100%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的偏差變時(shí)，

19、所對(duì)應(yīng)的偏差變化相對(duì)量。如化相對(duì)量。如 =50%表明：表明： 控制器輸入偏差變控制器輸入偏差變化化50% ，就可使控制器，就可使控制器輸出變化輸出變化100%，若輸入，若輸入偏差變化超過此量，則偏差變化超過此量，則控制器輸出飽和，不再控制器輸出飽和，不再符合比例關(guān)系。符合比例關(guān)系。ueer0100%50%emaxemin =50% =100%例例 某比例控制器，溫度控制范圍為某比例控制器，溫度控制范圍為400800，輸出信號(hào)范圍是輸出信號(hào)范圍是420mA。當(dāng)指示指針從。當(dāng)指示指針從600變變到到700時(shí)，控制器相應(yīng)的輸出從時(shí)，控制器相應(yīng)的輸出從8mA變?yōu)樽優(yōu)?6mA。求設(shè)定的比例度。求設(shè)定的比

20、例度。700 60016 8800400204/100%=解解maxmaxeueu/100%=50%=2 2 比例積分控制（比例積分控制（PIPI） 當(dāng)要求控制結(jié)果無余差時(shí)，就需要在比例控制當(dāng)要求控制結(jié)果無余差時(shí)，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，加積分控制作用。的基礎(chǔ)上，加積分控制作用。（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01u(t)tIedtT=當(dāng)當(dāng)e是幅值為是幅值為E的階躍時(shí)的階躍時(shí)01Eu(t)etIIdttTT=TI 積分時(shí)間積分時(shí)間eEttuq積分作用具有保持功能，積分作用具有保持功能，故故積分控制可以消除余差積分控制可

21、以消除余差。q積分輸出信號(hào)隨著時(shí)間逐積分輸出信號(hào)隨著時(shí)間逐漸增強(qiáng)，控制動(dòng)作緩慢，故積漸增強(qiáng)，控制動(dòng)作緩慢，故積分作用不單獨(dú)使用。分作用不單獨(dú)使用。v 積分控制的特點(diǎn)積分控制的特點(diǎn)當(dāng)有偏差存在時(shí)，積分輸出將隨時(shí)間增長（或當(dāng)有偏差存在時(shí)，積分輸出將隨時(shí)間增長（或減?。?；當(dāng)偏差消失時(shí)，輸出能保持在某一值上。減?。?；當(dāng)偏差消失時(shí)，輸出能保持在某一值上。eEttu 若將比例與積分組合起來，既能控制及時(shí)，又若將比例與積分組合起來，既能控制及時(shí)，又能消除余差能消除余差 。 （2）比例積分控制（比例積分控制（PI）（考慮到積分飽和特性）（考慮到積分飽和特性）sTKsTKsGIIICC1111)(=比例積分調(diào)節(jié)

22、器的階躍響應(yīng)特性 稱為稱為PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器的積分增益積分增益，它定義為：，它定義為：在階躍信號(hào)輸入下，其輸出的最大值與純?cè)陔A躍信號(hào)輸入下，其輸出的最大值與純比例作用時(shí)產(chǎn)生的輸出變化之比。比例作用時(shí)產(chǎn)生的輸出變化之比。 （考慮到飽和特性）（考慮到飽和特性）IK 3 比例微分控制比例微分控制（PD） 對(duì)于慣性較大的對(duì)象，常常希望能加快控制速度，對(duì)于慣性較大的對(duì)象，常常希望能加快控制速度，此時(shí)可增加微分作用。此時(shí)可增加微分作用。u(t)DdeTdt=式中：式中：TD 微分時(shí)間微分時(shí)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）eEttuq 微分作用能超前控

23、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(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作微分立即產(chǎn)生強(qiáng)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(duì)靜態(tài)偏差毫無控制能力微分對(duì)靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)偏差存在，。當(dāng)偏差存在，但不變化時(shí)，微分輸出為零，而且易受干擾而誤動(dòng)但不變化時(shí)，微分輸出為零，而且易受干擾而誤動(dòng)作，因此不能單獨(dú)使用。必須和作，因此不能單獨(dú)使用。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?？刂?。v 微分控制的特點(diǎn)微分控制的特點(diǎn)eEttu（2）比例微分控制（）比例微分控制（PD） 理想微分作用持續(xù)時(shí)間太短，理想微

24、分作用持續(xù)時(shí)間太短，執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般使用實(shí)際具執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般使用實(shí)際具有飽和微分特性有飽和微分特性的的比例微分作用。比例微分作用。sKTsTKsGDDDCC=11)(DK稱為PD調(diào)節(jié)器的微分增益，它定義為：在階躍信號(hào)輸入下，其輸出的最大跳變值與純比例作用時(shí)產(chǎn)生的輸出變化之比。 sKTsTKsGDDDCC=11)(DK稱為PD調(diào)節(jié)器的微分增益，它定義為：在階躍信號(hào)輸入下，其輸出的最大跳變值與純比例作用時(shí)產(chǎn)生的輸出變化之比。 q將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項(xiàng)作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又只要三項(xiàng)作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，既

25、能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。能消除余差，可得到滿意的控制效果。4 比例積分微分控制（比例積分微分控制（PID）sKTsTKsTsTKsGDDIIDICC=1111)(q PID控制作用中，比例作用是基礎(chǔ)控制；微分作用控制作用中，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。是用于加快系統(tǒng)控制速度；積分作用是用于消除靜差。PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特性 對(duì)對(duì) 象象 特特 點(diǎn)點(diǎn)性性 能能 要要 求求調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 器器 類類 型型廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化不大。數(shù)較小，負(fù)荷變化不大。工藝要求不高工藝要求不高比例（比例（P）

26、同上同上不允許有余差不允許有余差比例積分調(diào)（比例積分調(diào)（PI）廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯后較大。數(shù)較大或容量滯后較大。允許有余差允許有余差比例微分（比例微分（PD）不允許有余差不允許有余差比例積分微分比例積分微分（PID）廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯后較大，數(shù)較大或容量滯后較大，負(fù)荷變化也很大。負(fù)荷變化也很大。復(fù)雜控制方式復(fù)雜控制方式6 6、 數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID控制算法控制算法）（）（）（STSTKSESUDIc=11=tDIcdttdeTdtteTteKtu0)()(1)()() 1()()()()(0=kekeTTKieTTK

27、keKkukiSDcIScc) 1()()()(0=kekeKieKkeKkiDIc比例系數(shù)比例系數(shù)積分時(shí)間常數(shù)積分時(shí)間常數(shù)微分時(shí)間常數(shù)微分時(shí)間常數(shù)采樣時(shí)間采樣時(shí)間分飽和現(xiàn)象?？赡芎艽?，容易產(chǎn)生積進(jìn)行限幅，但以對(duì)在控制過程中，雖然可=kiieku0)()(積分系數(shù)積分系數(shù)微分系數(shù)微分系數(shù)) 1()()(=kukuku)2() 1(2)()() 1()(=kekekeKkeKkekeKDIc0( )(1)( )( )kiu ku ku ku i=) 1()()()(0=kekeKieKkeKkiDIc10(1)( )(1)(2)kcIDiK e kKe iKe ke k=) 1()()()()(

28、0kekeTTieTTkeKkukiSDISc=)2() 1(2)()() 1()()(kekekeTTkeTTkekeKkuSDISc=PDekePIDeke00)(0)(1當(dāng)當(dāng))(0ef=或maxx)(ku)(ku一旦控制變量進(jìn)入飽和區(qū)，則程序只執(zhí)一旦控制變量進(jìn)入飽和區(qū)，則程序只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算，而停止增大積分行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算，而停止增大積分項(xiàng)的運(yùn)算。項(xiàng)的運(yùn)算。 yt0ut0umaxe0積分不積累e1PID運(yùn)算電路運(yùn)算電路由由PI和和PD兩個(gè)運(yùn)算電路串聯(lián)而成，兩個(gè)運(yùn)算電路串聯(lián)而成，由于輸入電路中已采取電平移動(dòng)措施，故這里各信號(hào)電壓由于輸入電路中已采取電平移動(dòng)措施，故這里各信號(hào)電壓都是

29、以都是以VB=10V為基準(zhǔn)起算的。為基準(zhǔn)起算的。 PIPD4 輸出電路輸出電路其任務(wù)是將其任務(wù)是將PID電路輸出電壓電路輸出電壓Vo3 =15V變換為變換為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(shí)以強(qiáng)烈的電流負(fù)反饋來保證良好的恒流放大，同時(shí)以強(qiáng)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 2320303414241424554BBBfBBV

30、VRVVRRVVVVVVVVRRR=fOORVI43= =則則OOfBOIIIII=而而o3o1 54 204462.5fVImAR=若取若取 Rf= 62.5時(shí)，時(shí)，可以獲得關(guān)系：可以獲得關(guān)系：5 調(diào)節(jié)器的整機(jī)傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器的整機(jī)傳遞函數(shù) 輸入電路、及運(yùn)算電路、輸出電路的傳遞函數(shù)皆已獲得，輸入電路、及運(yùn)算電路、輸出電路的傳遞函數(shù)皆已獲得，整個(gè)調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖整個(gè)調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖 25011111112)()()(0=sKTsTsKTsTCCnsVsVsIiiidddMIsi整機(jī)傳遞函數(shù)可表示為整機(jī)傳遞函數(shù)可表示為 :6 手動(dòng)操作電路及無擾切換手動(dòng)操作電路及無擾切換通過切換開關(guān)通過切換開關(guān)S1

31、可以選擇自動(dòng)調(diào)節(jié)可以選擇自動(dòng)調(diào)節(jié)“A”、軟手動(dòng)、軟手動(dòng)操作操作“M”、硬手動(dòng)操作、硬手動(dòng)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(shí)時(shí)：斷開斷開A3的輸入，的輸入，若若S4-14都斷開都斷開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(shí)間積分的時(shí)間積分 S41閉合閉合-VM接入接入按按TI =6s的時(shí)間積分的時(shí)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(dòng)操作來改變動(dòng)操作來改變調(diào)節(jié)器輸出，調(diào)節(jié)器輸出，信號(hào)變化比較信號(hào)變化比較緩和，稱為緩和，稱為 “軟手動(dòng)軟手動(dòng)”。2) 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(dòng)位置由自動(dòng)位置A，切向硬手動(dòng)切向硬手動(dòng) H 時(shí)，放大器時(shí)，放大器A3接成具有慣