調(diào)節(jié)控制單元

1、第第13章章 調(diào)節(jié)控制單元調(diào)節(jié)控制單元自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版第二版化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社Contents13.1 常規(guī)控制規(guī)律13.2. 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)13.3 常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析13.4 可編程序調(diào)節(jié)器13.5 先進(jìn)調(diào)節(jié)器自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13 調(diào)節(jié)控制單元調(diào)節(jié)控制單元v在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心儀表，它的基本功能是將來(lái)自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)相比較，并對(duì)由此所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分或微分處理后，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)控制執(zhí)行器的動(dòng)作，以實(shí)

2、現(xiàn)對(duì)不同被測(cè)或被控參數(shù)如溫度、壓力、流量或液位等的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用v如同其他儀表的發(fā)展過(guò)程一樣，用作調(diào)節(jié)和控制作用的調(diào)節(jié)器也經(jīng)歷了從模擬儀表到數(shù)?；旌蟽x表，最終再發(fā)展到全數(shù)字式儀表的過(guò)程。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（1）典型控制系統(tǒng)v 單回路典型控制系統(tǒng)v 正作用調(diào)節(jié)器：v 負(fù)作用調(diào)節(jié)器：0,0y 0,0y 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（2）基本控制規(guī)律比例（P）控制規(guī)律v輸出信號(hào)的變化量 與偏差信號(hào) 之間存在比例關(guān)系：v比例調(diào)節(jié)階躍響應(yīng)輸出特性 曲線(xiàn)：pyKy自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)

3、第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（2）基本控制規(guī)律積分（I）控制規(guī)律v輸出信號(hào)的變化量 與偏差信號(hào) 之間存在比例關(guān)系：v積分調(diào)節(jié)階躍響應(yīng)輸出特性 曲線(xiàn)：11ydtTy自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（2）基本控制規(guī)律微分（D）控制規(guī)律v輸出信號(hào)的變化量 與偏差信號(hào) 之間存在比例關(guān)系：v微分調(diào)節(jié)階躍響應(yīng) 輸出特性曲線(xiàn)：DdyTdty自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（3）常規(guī)控制規(guī)律微分方程表示法v比例積分（PI）控制規(guī)律v比例微分（PD）控制規(guī)律v理想比例積分微分（PID）控

4、制規(guī)律01()pIyKdtT()pDdyKTdt01()pDIdyKdtTTdt自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（3）常規(guī)控制規(guī)律傳感器函數(shù)表示法v比例積分（PI）控制規(guī)律v比例微分（PD）控制規(guī)律v理想比例積分微分（PID）控制規(guī)律( )1( )(1)( )pIY sW sKE sT s( )( )(1)( )pDY sW sKT sE s( )1( )(1)( )pDIY sW sKT sE sT s自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（3）常規(guī)控制規(guī)律圖示法自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化

5、學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（3）常規(guī)控制規(guī)律頻率特性表示法v比例積分（PI）控制規(guī)律v比例微分（PD）控制規(guī)律v理想比例積分微分（PID）控制規(guī)律2111()(1),()1,( )()PPIIIG jKG jKj TTT =arct an（）2()(1),()1,( )()PDPDDG jKj TG jKTT （）=arctan2111()(1),()1,( )()PDPDDIIIG jKj TG jKTTj TTT （）=arct an自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（3）常規(guī)控制規(guī)律頻率特性表示法自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系

6、統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（4）使用PID控制規(guī)律的構(gòu)成v由反饋回路PID環(huán)節(jié)構(gòu)成的PID運(yùn)算電路自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（4）使用PID控制規(guī)律的構(gòu)成v由PD和PI串聯(lián)構(gòu)成的PID運(yùn)算電路自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（4）使用PID控制規(guī)律的構(gòu)成v由P、I、D串并聯(lián)混合構(gòu)成的PID運(yùn)算電路自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.1 常規(guī)控制規(guī)律常規(guī)控制規(guī)律（4）使用PID控制規(guī)律的構(gòu)成v實(shí)際PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控

7、制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)vDDZ-型調(diào)節(jié)器的PID控制規(guī)律是利用運(yùn)算放大器電路先分別形成PD核PI控制規(guī)律，然后串聯(lián)形成PID控制規(guī)律。v由于微分控制規(guī)律只有在輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)才起作用，所以運(yùn)算放大電路中先進(jìn)行微分調(diào)節(jié)作用，然后再進(jìn)行積分作用。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn) 比例微分電路v 比例微分電路構(gòu)成：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)

8、器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn) 比例微分電路v 比例微分規(guī)律階 躍動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn) 比例積分電路v電路組成：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn) 比例積分電路v比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律 階躍動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律

9、的實(shí)現(xiàn) PID控制規(guī)律傳遞函數(shù)vDDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律是由PD環(huán)節(jié)和PI環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，因而PID控制規(guī)律的傳遞函數(shù)應(yīng)是兩者的乘積：( )( )( )PIDPDPIWsWs Ws自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)（2）數(shù)字式調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)v數(shù)字式調(diào)節(jié)器可采用理想的PID調(diào)節(jié)算法，也可采用實(shí)際的PID調(diào)節(jié)算法，在此分別稱(chēng)完全微分型和不完全微分型。v完全微分型:v不完全微分型：10()nDnPninniITTyKTT110()DnDDnPninnnDDiIDDTTKTyKyTTTTTKK自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化

10、學(xué)工業(yè)出版社13.3 常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器基本電路分析v基型調(diào)節(jié)器基本電路由指示單元和控制單元兩部分組成，如圖：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.3 常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器基本電路分析v 主要性能：v 輸入測(cè)量信號(hào)：15V DCv 內(nèi)給定信號(hào)：15V DCv 外給定信號(hào)：420mA DCv 輸入阻抗影響：=滿(mǎn)刻度的0.1%v 輸出信號(hào)：420mA DCv 負(fù)載電阻：250750v 比例度：P=2%500%v 積分時(shí)間：0.0125minv 微分時(shí)間：0.0410minv 調(diào)節(jié)精度：0.

11、5級(jí)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.3 常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析（2）數(shù)字式調(diào)節(jié)器基本電路分析v數(shù)字式調(diào)節(jié)器的典型電路結(jié)構(gòu)：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.3 常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析（2）數(shù)字式調(diào)節(jié)器基本電路分析v數(shù)字式調(diào)節(jié)器整體管理程序：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.3 常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析（2）數(shù)字式調(diào)節(jié)器基本電路分析v數(shù)字式調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)思想：具有與常規(guī)模擬式調(diào)節(jié)器形同的外特征；保持常規(guī)模擬式調(diào)節(jié)器的操作方式；功能價(jià)格比較高；功能的模塊化；具有自診斷的異常報(bào)警

12、功能；提供通訊功能自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.4 可編程序調(diào)節(jié)器可編程序調(diào)節(jié)器（1）可編程序調(diào)節(jié)器的工作原理v 可編程序調(diào)節(jié)器是數(shù)字式調(diào)節(jié)器的重要應(yīng)用實(shí)例之一。v 在軟件方面的功能，主要體現(xiàn)在為用戶(hù)提供了將各種軟件模塊有機(jī)地連接起來(lái)的途徑，從而使其具備了用戶(hù)程序可根據(jù)實(shí)際控制需要，由用戶(hù)自行進(jìn)行編制的可能。v 能夠完成一定特定功能的軟件段形成各種典型的通用軟件模塊，并定義了相應(yīng)的編程語(yǔ)言，這種編程語(yǔ)言介于高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言之間，是一種面向過(guò)程控制的專(zhuān)用語(yǔ)言。v 用戶(hù)使用編程語(yǔ)言可進(jìn)行各種功能模塊的組態(tài)，指明模塊之間的連接順序，定義輸入和輸出數(shù)據(jù)，以及確定模塊調(diào)用的指令

13、代碼等，從而最終形成能夠完成某種調(diào)節(jié)功能的用戶(hù)程序v 一般地，編程語(yǔ)言除了進(jìn)行讀入和輸出數(shù)據(jù)的傳送語(yǔ)句外，還有完成必要的運(yùn)算與控制功能的語(yǔ)句自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.4 可編程序調(diào)節(jié)器可編程序調(diào)節(jié)器（1）可編程序調(diào)節(jié)器的工作原理v典型調(diào)節(jié)器SLPC*E，其所有功能都依靠寄存器完成，寄存器結(jié)構(gòu)圖：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.4 可編程序調(diào)節(jié)器可編程序調(diào)節(jié)器（2）程序控制規(guī)律的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)v 在可編程序調(diào)節(jié)器的ROM中不僅存放有軟件管理程序，同時(shí)還存放有各種運(yùn)算模塊和功能模塊。將這些運(yùn)算模塊和功能模塊通過(guò)一定的方式連接或組態(tài)起來(lái)，即可形成實(shí)用的具

14、有一定控制規(guī)律的用戶(hù)程序。v 每個(gè)模塊在組態(tài)過(guò)程中都要求使用一定的代碼來(lái)描述模塊間的組態(tài)關(guān)系。v 一般地用于可編程序調(diào)節(jié)器的代碼分兩類(lèi)，一類(lèi)是數(shù)字式的代碼，其形式接近機(jī)器語(yǔ)言；另一類(lèi)是類(lèi)似助記符號(hào)的英文字符串或其他符號(hào)，其形式接近匯編語(yǔ)言。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.5 先進(jìn)調(diào)節(jié)器先進(jìn)調(diào)節(jié)器（1）增強(qiáng)型調(diào)節(jié)器v增強(qiáng)型調(diào)節(jié)器是數(shù)字式調(diào)節(jié)器的進(jìn)一步發(fā)展，它除能夠完成調(diào)節(jié)器的常規(guī)任務(wù)外，還對(duì)調(diào)節(jié)器各種功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了改進(jìn)和完善v增強(qiáng)型調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是在不完全微分PID基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要再做進(jìn)一步的改進(jìn)而得到的,可以使實(shí)際PID控制規(guī)律所能得到的最佳過(guò)渡過(guò)程中存在的某些缺

15、陷得到克服或緩解，控制質(zhì)量與可靠性得到提高。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.5 先進(jìn)調(diào)節(jié)器先進(jìn)調(diào)節(jié)器（1）增強(qiáng)型調(diào)節(jié)器v在不完全PID控制規(guī)律基礎(chǔ)上，可對(duì)PID參數(shù)追加專(zhuān)家自整定功能，是控制規(guī)律始終采用最佳參數(shù)值，保證控制效果良好：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.5 先進(jìn)調(diào)節(jié)器先進(jìn)調(diào)節(jié)器（1）增強(qiáng)型調(diào)節(jié)器v對(duì)于具有兩個(gè)以上干擾源及較大慣性滯后時(shí)間常數(shù)的被控對(duì)象來(lái)說(shuō)，可采用串級(jí)控制與前饋加反饋控制，改善控制效果。 串級(jí)控制系統(tǒng)原理圖自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.5 先進(jìn)調(diào)節(jié)器先進(jìn)調(diào)節(jié)器（1）增強(qiáng)型調(diào)節(jié)器 前饋加反饋控制系統(tǒng)原理圖自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.5 先進(jìn)調(diào)節(jié)器先進(jìn)調(diào)節(jié)器（2）改進(jìn)型PID控制算法v微分先行PID控制：微分運(yùn)算對(duì)設(shè)定值變化不起作用，克服作用帶來(lái)的輸出突變：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學(xué)工業(yè)出版社13.5 先進(jìn)調(diào)節(jié)器先進(jìn)調(diào)節(jié)器（2）改進(jìn)型PID控制算法v比例微分先行PID控制：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表