第3章_過(guò)程控制儀表1 (2)

1、 第第3 3章章 過(guò)程控制儀表過(guò)程控制儀表(上上) n調(diào)節(jié)器的作用： 把測(cè)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(hào)，推動(dòng)執(zhí)行器，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)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(cè)量信號(hào)和給定信號(hào)，兩者相減調(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)。后的偏差信號(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(chēng)閥位表。閥位表不僅顯示

2、調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，而且通示儀表也稱(chēng)閥位表。閥位表不僅顯示調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，而且通過(guò)它還可以觀察到控制系統(tǒng)受干擾影響后的調(diào)節(jié)過(guò)程。過(guò)它還可以觀察到控制系統(tǒng)受干擾影響后的調(diào)節(jié)過(guò)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(chēng)為供，稱(chēng)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)；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(lái)自調(diào)節(jié)器的外部，則稱(chēng)為往往來(lái)自調(diào)節(jié)器的外部，則稱(chēng)為外給定外給定。內(nèi)、外給定信號(hào)由。內(nèi)、外給定信號(hào)由內(nèi)、外給定開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇或由軟件實(shí)現(xiàn)。內(nèi)、外給定開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇或由軟件實(shí)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(shí)，稱(chēng)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(shí)，稱(chēng)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(shí)，稱(chēng)為；而將調(diào)節(jié)器的輸出隨反饋輸入的增大而減小時(shí)，稱(chēng)為反作用調(diào)節(jié)器反作用調(diào)節(jié)器。（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)器的輸出，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)；當(dāng)自動(dòng)控制時(shí)的工況不正待系統(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)，必須切換到手動(dòng)狀態(tài)以防止系

4、統(tǒng)失控。通過(guò)調(diào)節(jié)?；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。通過(guò)調(diào)節(jié)器的手動(dòng)器的手動(dòng)/自動(dòng)雙向切換開(kāi)關(guān)，可以對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)雙向切換開(kāi)關(guān)，可以對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)切換，而在自動(dòng)切換，而在切換過(guò)程中，又希望切換操作不會(huì)給控制系統(tǒng)帶來(lái)擾動(dòng)，即要求無(wú)擾切換過(guò)程中，又希望切換操作不會(huì)給控制系統(tǒng)帶來(lái)擾動(dòng)，即要求無(wú)擾動(dòng)切換。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、軟手動(dòng)抗如抗積分飽和、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)一步提高調(diào)節(jié)器的漂移、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(guò)程控制中的作用是接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，執(zhí)行器在過(guò)程控制中的作用是接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，改變其閥門(mén)開(kāi)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(mén)開(kāi)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(guò)程控制系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。與控制介質(zhì)接觸，是過(guò)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(wú)需電若執(zhí)行器是采用電動(dòng)式的，則無(wú)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 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(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(guò)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(guò)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(qiáng)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(duì)象被控對(duì)象測(cè)量測(cè)量/變送器變送器-+目標(biāo)目標(biāo)誤差誤差輸出輸出廣義對(duì)象廣義對(duì)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(xiě)成傳遞函數(shù)形式寫(xiě)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

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(duì)偏差信號(hào)能做出及時(shí)調(diào)節(jié)對(duì)偏差信號(hào)能做出及時(shí)反應(yīng)，沒(méi)有絲毫的滯后。反應(yīng)，沒(méi)有絲毫的滯后。輸出輸出u u實(shí)際上是對(duì)其起始值的實(shí)際上是對(duì)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(shí)，并不意味著調(diào)節(jié)時(shí)，并不意味著調(diào)節(jié)器沒(méi)有輸出，它只說(shuō)明此時(shí)有器沒(méi)有輸出

9、，它只說(shuō)明此時(shí)有u=u0。u0的大小是可以通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)的大小是可以通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)器的工作點(diǎn)加以改變的。器的工作點(diǎn)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(guò)程控制中習(xí)慣用比例帶（比例度）來(lái)代替比例增益：maxminmaxminmaxminmaxmin/()1100%100% /()Pe eeuuu uuK ee式中式中 emax emin -偏差信號(hào)范圍，即儀表量程偏差信號(hào)范圍，即儀表量程 umax umin -調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)范圍，即控制器輸出的工作范圍調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)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(kāi)度的變化量，就代表使調(diào)節(jié)閥開(kāi)度改變

10、100% 即從全關(guān)到全開(kāi)時(shí)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(hào)，即 ，則有n此時(shí)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(lì)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生100%的開(kāi)度變化，相應(yīng)的比例增益就大。(4.6) %1001%100PKue minmaxminmaxuueeq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)椋绻徽{(diào)量偏差為控制結(jié)果存在靜差。因?yàn)?，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(diǎn)比例控制的特點(diǎn)浮球?yàn)樗粋鞲衅?，杠桿為控制器，活塞閥為浮球?yàn)樗粋鞲衅?，杠桿為控制器，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 CyK e 如果如果e = 0，則活塞，則活塞無(wú)法提高，無(wú)法提高，Q1 無(wú)法加無(wú)法加大，調(diào)節(jié)無(wú)法進(jìn)行。大，調(diào)節(jié)無(wú)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(lái)系統(tǒng)處于平衡，原來(lái)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)水閥有一開(kāi)度。時(shí)進(jìn)水閥有一開(kāi)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(kāi)大。下移帶動(dòng)進(jìn)水閥開(kāi)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。 比例控制過(guò)程比例控制過(guò)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(shí)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(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(zhǎng)（或當(dāng)有偏差存在時(shí)，積分輸出將隨時(shí)間增長(zhǎng)（或減小）；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。eEttutIcedtTeKu01sTKsEsUsGICC11)()()( 比例積分控制（比例積分控制（PI）對(duì)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(shí)間Ti , Ti越大積分作用越弱， Ti越小積分作用越強(qiáng)， 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(chēng)為稱(chēng)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(hào)輸入下，其輸出的最為：在階躍信號(hào)輸入下，其輸出的最大值與純比例作用時(shí)產(chǎn)生的輸出變化大值與純比例作用時(shí)產(chǎn)生的輸出變化之比。之比。 IK實(shí)際比例積分控制（實(shí)際比例積分控制（PI） 對(duì)于慣性

15、較大的對(duì)象，常常希望能加快控制速對(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。度，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）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(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(wú)控制能力。當(dāng)偏差存在，微分對(duì)

16、靜態(tài)偏差毫無(wú)控制能力。當(dāng)偏差存在，但不變化時(shí)，微分輸出為零，因此不能單獨(dú)使用。但不變化時(shí)，微分輸出為零，因此不能單獨(dú)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?？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(shí)間Td , Td越大微分作用越強(qiáng)， 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(shí)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(shí)間太短，理想微分作用持續(xù)時(shí)間太短，執(zhí)行器來(lái)不及響應(yīng)。一般使用實(shí)際執(zhí)行器來(lái)不及響應(yīng)。一般使用實(shí)際的比例微分作用。的比例微分作用。sKTsTKsGDDDCC11)(DK稱(chēng)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。 實(shí)際比例微分控制實(shí)際比例微分控制dtdeTedtTeKuuuuDIcDIP14 ： (PID)sKsKKpsGdIc)(q微分作用：加快系統(tǒng)的動(dòng)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(diǎn)適 用 場(chǎng) 合位 式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；控制質(zhì)量不高，被控變量會(huì)振蕩對(duì)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(jiǎn)單，控制及時(shí)，參數(shù)整定方便；控制結(jié)果有余差對(duì)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(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差對(duì)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(wú)余差。廣泛用于壓力、流量、液位和那些沒(méi)有大的時(shí)間滯后的具體對(duì)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(duì)象的慣性；但控制作用余差對(duì)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(wú)余差；但參數(shù)整定較麻煩對(duì)象滯后大，負(fù)荷變化較大，但不甚頻繁；對(duì)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(diǎn)及使用場(chǎng)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(xiàng)作用的強(qiáng)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(shí)際比例積分微分控制（實(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)型儀表的特點(diǎn)1 1）采用統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：）采用統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：420mA DC420mA DC和和1 15V DC5V DC。這種信。這種信號(hào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是電氣零點(diǎn)不是從零開(kāi)始，容易識(shí)別斷電、號(hào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是電氣零點(diǎn)不是從零開(kāi)始，容易識(shí)別斷電、斷線等故障。同樣，因?yàn)樽钚⌒盘?hào)電流不為零，可以使現(xiàn)場(chǎng)斷線等故障。同樣，因?yàn)樽钚⌒盘?hào)電流不為零，可以使現(xiàn)場(chǎng)變送器實(shí)現(xiàn)兩線制。變送器實(shí)現(xiàn)兩線制。 2 2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡(jiǎn)化、精度提高、可）廣泛采用集成電路，儀

22、表的電路簡(jiǎn)化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少。靠性提高、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(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)。）可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，用于危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)。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(diǎn)及外形型儀表的特點(diǎn)及外形特點(diǎn)：特點(diǎn)：測(cè)量信號(hào)：測(cè)量信號(hào)：15V.DC； 外給定信號(hào)：外給定信號(hào)：420mA.DC；內(nèi)給定信號(hào)：內(nèi)給定信號(hào)：15V.DC； 測(cè)量與給定信號(hào)的指示精度：測(cè)量與給定信號(hào)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(shí)）；（每小時(shí)）；輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：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(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DDZ-DDZ-基型基型調(diào)節(jié)器由控制單元和指示單元組成。控制單元包括輸調(diào)節(jié)器由控制單元和指示單元組成。控制單元包括輸入電路、入電路、PDPD與與PIPI電路、輸出電路、軟手動(dòng)與硬手動(dòng)操作電路；指示單元電路、輸出電路、軟手動(dòng)與硬手動(dòng)操作電路；指示單元包括輸入信號(hào)指示電路和給定信號(hào)指示電路。包括輸入信

24、號(hào)指示電路和給定信號(hào)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(shí)例全刻度指示調(diào)節(jié)器的線路實(shí)例輸入電路的主要作用一是用來(lái)獲得與輸入信號(hào)輸入電路的主要作用一是用來(lái)獲得與輸入信號(hào)Vi和給定信號(hào)和給定信號(hào)Vs之差之差成比例的偏差信號(hào)；二是將偏差信號(hào)進(jìn)行電平移動(dòng)。成比例的偏差信號(hào)；二是將偏差信號(hào)進(jìn)行電平移動(dòng)。求偏差求偏差 e ：V01 = k ( Vs Vi ) 1 輸入電路輸入電路 因測(cè)量信因測(cè)量信號(hào)號(hào)Vi和給定信和給定信號(hào)號(hào)Vs分別通過(guò)分別通過(guò)雙臂電阻差模雙臂電阻差模輸入到運(yùn)放輸入到運(yùn)放A1的同相和反相的同相和反相輸入端。

25、輸入端?？闪谐鰞奢斎牍?jié)點(diǎn)的電流方程：可列出兩輸入節(jié)點(diǎn)的電流方程：RVVVRVORVVBFFFi)21(01RVVRVVRVOBTTST而而 VTVF 則則 V01 = 2（Vi VS） 采用差動(dòng)輸入電路，輸入阻抗很高，不從信號(hào)采用差動(dòng)輸入電路，輸入阻抗很高，不從信號(hào)Vi、VS取用電流，使測(cè)量信號(hào)不受衰減，取用電流，使測(cè)量信號(hào)不受衰減，（2） 求偏差求偏差 Vi VS，進(jìn)行偏差運(yùn)算。進(jìn)行偏差運(yùn)算。（3）將偏差放大將偏差放大 為了提高調(diào)節(jié)器對(duì)偏差的靈敏度，對(duì)其后的運(yùn)為了提高調(diào)節(jié)器對(duì)偏差的靈敏度，對(duì)其后的運(yùn)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(diǎn)電路的特點(diǎn)（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(shí)不可忽略。時(shí)不可忽略。 差動(dòng)輸入可以消除差動(dòng)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(dòng)進(jìn)行電平移動(dòng) Vi、VS都是以地為基準(zhǔn)的電壓信號(hào)，而運(yùn)放都是以地為基準(zhǔn)的電壓信號(hào)，而運(yùn)放IC器件器件+24VDC供電時(shí)，其供電時(shí)，其正常正常輸入、輸出輸入、輸出信號(hào)電壓范信號(hào)電壓范圍應(yīng)在圍應(yīng)在219V。為使運(yùn)算信號(hào)符合要求，必須將基。為使運(yùn)算信號(hào)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(dòng)。，即進(jìn)行電平移動(dòng)。 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(kāi)關(guān)不用。開(kāi)關(guān)S8打向打向“斷斷”時(shí)，構(gòu)成時(shí)，構(gòu)成 P電路；開(kāi)關(guān)電路；開(kāi)關(guān)S8打向打向“通通”時(shí)，構(gòu)成時(shí)，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(shí)間常數(shù)微分時(shí)間常數(shù)ID又因又因 得得 實(shí)際微分因子實(shí)際微分因子)(1)(02sVasVF 當(dāng)當(dāng) S8 置于置于“斷斷”時(shí)，微分被切除，時(shí)，微分被切除，A2只作比只作比例運(yùn)算。有例運(yùn)算。有1211OOVVn21OOVVn這時(shí)微分電容被開(kāi)關(guān)這時(shí)微分電容被開(kāi)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(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S8切換到切換到“通通”時(shí)時(shí)，保證無(wú)擾動(dòng)切換。，保證無(wú)擾動(dòng)切換。PI電路以電路以A3為核心組成，為核心組成，開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)S3為積分時(shí)間倍乘開(kāi)關(guān)。為積分時(shí)間倍乘開(kāi)關(guān)。當(dāng)當(dāng)S3

29、打向打向1檔時(shí)，檔時(shí)，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(shí)，檔時(shí)，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(dòng)自動(dòng)”位置、位置、S3S3分別置于分別置于“1”1”、“10”10”檔時(shí)的檔時(shí)的簡(jiǎn)化電路簡(jiǎn)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(shí)：檔時(shí)： m=10S3打向打向1檔時(shí)：檔時(shí)： m=1 )()(03sKVsVFsCKRCCKsCmRCCsVsVMIMIIIMI11 1111 )()(0203sTKsTCCsCKRsCmRCCsVsVIIIMIMIIIMI11111111)()(0203PID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(shí)以強(qiáng)烈的電流負(fù)反饋來(lái)保證良好的恒流放大，同時(shí)以強(qiáng)烈的電流負(fù)反饋來(lái)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(shí)，時(shí)，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)()()(0sKTsTsKTsTCCnsVsVsIiiidddMIsi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(wú)擾切換手動(dòng)操作電路及無(wú)擾切換通過(guò)切換開(kāi)關(guān)通過(guò)切換開(kāi)關(guān)S1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

33、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(wú)沖擊無(wú)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(kāi)斷開(kāi)A3的輸入的輸入CM無(wú)放電回路無(wú)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(lái)改變動(dòng)操作來(lái)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(chēng)為緩和，稱(chēng)為 “軟手動(dòng)軟手動(dòng)”。tMMMdtVCRV00312) A、H間的切換間的切換當(dāng)切換開(kāi)關(guān)當(dāng)切換開(kāi)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