第五章自動控制儀表

第五章自動控制儀表概述基本控制規(guī)律模擬式控制器數(shù)字式控制器控制器是控制系統(tǒng)的核心?？刂破鞯淖饔茫嚎刂茍?zhí)行器，改變操縱變量，使被控變量符合生產(chǎn)要求?？刂破髟陂]環(huán)控制系統(tǒng)中將檢測變送環(huán)節(jié)傳送過來的信息與被控變量的設(shè)定值比較后得到偏差，然后根據(jù)偏差按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，最終輸出控制信號作用于執(zhí)行器上。

第一節(jié)概述控制器的分類控制器一般可按能源形式、信號類型和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類。按能源形式：氣動電動氣動控制儀表的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，并且具有本質(zhì)安全防爆性能，特別適用于石油、化工等有爆炸危險(xiǎn)的場所。目前采用的控制器以電動控制器占絕大多數(shù)電動控制儀表的特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)無滯后的遠(yuǎn)距離傳送，同時又具有能源簡單、便于和計(jì)算機(jī)配合的特點(diǎn)。由于采取安全火花防爆措施解決了防爆問題，電動儀表同樣也能應(yīng)用于易燃易爆的危險(xiǎn)場所，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。控制器的分類

信號制及供電方式

信號制----指在成套儀表系列中，各個儀表的輸入輸出間采用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號來進(jìn)行信號傳輸?shù)膯栴}。氣動控制儀表：0.02～0.1MPa

電動控制儀表，0～10mA（DC）電流信號作為電動Ⅱ型儀表

4～20mA（DC）電流信號

1～5V（DC）電壓信號電動Ⅲ型儀表傳輸方式：進(jìn)出控制室的傳輸信號采用電流信號，控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號采用電壓信號模擬式傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量，其線路簡單，操作方便，價(jià)格較低概述

一般與檢測裝置、顯示裝置一起組裝在一個整體之內(nèi)同時具有檢測、控制與顯示的功能結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便通用性差，信號不易傳遞一般應(yīng)用于簡單控制系統(tǒng)中。

基地式儀表概述

單元組合式儀表儀表按各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表分為若干單元，各單元能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能，使用時可以按生產(chǎn)工藝的不同要求挑選需要的單元加以組合，其特點(diǎn)是應(yīng)用靈活，通用性強(qiáng)，使用維護(hù)方便，特別適用于中、小企業(yè)的過程控制系統(tǒng)；

數(shù)字式它以微型計(jì)算機(jī)為核心，功能完善，性能優(yōu)越，能解決模擬式儀表難以解決的問題，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高質(zhì)量控制要求。它可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過程、斷續(xù)生產(chǎn)過程的控制，也可以通過在PLC中加入PID等控制功能，實(shí)現(xiàn)批量控制。概述

5.1基本控制規(guī)律及其對過渡過程的影響基本概念控制規(guī)律的定義：是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系。控制規(guī)律就是控制器的輸出信號p(t)隨輸入信號e(t)變化的規(guī)律?？刂破鲌?zhí)行器對象測量變送器+－SPxzepqyf

在該控制系統(tǒng)中，被控變量由于受擾動f（如生產(chǎn)負(fù)荷的改變，上下工段間出現(xiàn)的生產(chǎn)不平衡現(xiàn)象等）的影響，常常偏離給定值，即被控變量產(chǎn)生了偏差：

控制器接受了偏差信號e后，按一定的控制規(guī)律使其輸出信號p發(fā)生變化，通過執(zhí)行器改變操縱變量q，以抵消干擾對被控變量y的影響，從而使被控變量回到結(jié)定值上來。比例作用(Proportional)積分作用(Integral)

微分作用(Derivative)

PID控制器的一般形式為：p＝f(e)

幾種常用控制規(guī)律的微分方程表達(dá)式可分別表示為：比例作用（P）

比例積分作用（PI）

比例微分作用（PD）

比例積分微分作用（PID）KP—控制器的比例增益；

TI—控制器的積分時間；

TD—控制器的微分時間；

控制規(guī)律的表示形式雙位控制是自動控制系統(tǒng)中最簡單也很實(shí)用的一種控制規(guī)律，理想的雙位控制控制器輸出只有2個固定的數(shù)值，即只有2個極限位置，其基本的控制規(guī)律可描述為：雙位控制圖5-1理想雙位控制特性圖5-2雙位控制示例實(shí)際雙位控制為了降低控制機(jī)構(gòu)的開關(guān)頻率，延長控制系統(tǒng)中運(yùn)動部件的使用壽命。給雙位控制系統(tǒng)增加了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時，控制機(jī)構(gòu)不會動作。圖5-3實(shí)際的雙位控制規(guī)律圖5-4具有中間區(qū)的雙位控制過程雙位控制過程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo)結(jié)論被控變量波動的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長些比較有利。雙位控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。比例控制P

由此可見，在該控制系統(tǒng)中，閥門開度的改變量與被控變量(液位)的偏差值成比例，這就是比例控制規(guī)律，其輸出信號的變化量與輸入信號(指偏差，當(dāng)給定值不變時，偏差就是被控變量測量值的變化量)的變化量之間成比例關(guān)系，這種控制規(guī)律稱為“純比例控制”根據(jù)相似三角形原理，有：Kp—放大倍數(shù)（比例增益）Kp越大，比例控制作用越強(qiáng)。控制器的輸出信號p與輸入信號e成比例關(guān)系Kp（放大倍數(shù)或比例增益）——衡量比例控制作用強(qiáng)弱的變量。在實(shí)際中，習(xí)慣上使用比例度δ表示比例控制作用的強(qiáng)弱。比例度δ

定義：控制器輸入的變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分?jǐn)?shù)，表達(dá)式為其中：e為控制器輸入信號的變化量，即偏差信號；(xmax-xmin)為控制器輸入信號的變化范圍，即量程；p為控制器輸出信號的變化量，即控制命令；(pmax-pmin)為控制器輸出信號的變化范圍。例題：一臺比例作用的溫度控制器，其溫度的變化范圍為400~800℃，控制器的輸出范圍是4~20mA。當(dāng)溫度從600℃變化到700℃時，控制器相應(yīng)的輸出從8mA變?yōu)?2mA，試求該控制器的比例度。解：這說明在這個比例度下，溫度全范圍變化（相當(dāng)于400℃）時，控制器的輸出從最小變?yōu)樽畲螅诖藚^(qū)間內(nèi)，p

和e是成一一對應(yīng)比例關(guān)系?？梢钥闯霰壤鹊木唧w意義為：使控制器的輸出變化滿刻度時，相應(yīng)的控制器輸入變化量占輸入信號變化范圍的百分?jǐn)?shù)。即要使輸出做全范圍變化，輸入信號必須改變?nèi)砍痰陌俜种畮?。左圖是比例度的示意圖，當(dāng)比例度分別為50%、100%、200%時，只要偏差e的變化占輸入信號變化范圍的50%、100%、200%時，控制器的輸出就可以由最小pmin

變?yōu)樽畲髉max。比例度的定義式可改寫為C為控制器輸出信號的變化范圍與輸入信號的變化范圍之比，稱為儀表系數(shù)。對于單元組合儀表，有所以結(jié)論：比例度δ

與放大倍數(shù)Kp成反比。比例度δ越小，放大倍數(shù)Kp越大，它將偏差（控制器輸入）放大的能力越強(qiáng)，反之亦然。為何會有余差？圖5-7簡單水槽的比例控制過程液位開始下降作用在控制閥上的信號進(jìn)水量增加偏差的變化曲線在t=t0時，系統(tǒng)外加一個干擾作用下圖為簡單水槽的比例控制系統(tǒng)的過渡過程。比例作用對過渡過程的影響①在擾動即設(shè)定值變化時有余差存在。②比例度δ愈大，過渡過程曲線愈平穩(wěn)，余差也愈大。比例度愈小，余差也愈小，過渡過程曲線振蕩愈厲害。當(dāng)比例度δ減小到某一數(shù)值時，系統(tǒng)會出現(xiàn)等幅振蕩，此時的比例度稱為臨界比例度δk。③太小控制作用太強(qiáng)

穩(wěn)定性降低、甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定圖5-8比例度對過渡過程的影響純比例控制適用場合：干擾幅度較小純滯后較小負(fù)荷變化不大控制要求不太高一般來說，若對象滯后較小、時間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時，比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。比例控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時

控制結(jié)果有余差比例控制特點(diǎn)：最大的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，控制作用及時

最大的缺點(diǎn)是控制結(jié)果存在余差當(dāng)工藝對控制質(zhì)量有更高要求，不允許控制結(jié)果存在余差時，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用。輸出p與輸入e的關(guān)系為：其中KI表示積分速度。輸出信號的大小不僅與偏差信號的大小有關(guān)，而且與偏差信號存在的時間長短有關(guān)。只有在偏差信號e等于零的情況下，控制器的輸出才能相對穩(wěn)定。因此，力圖消除余差是積分控制作用的重要特性。積分控制作用的輸出信號p與偏差信號e的積分成正比。積分控制規(guī)律階躍偏差下的開環(huán)輸出特性：

在幅度為A的階躍偏差作用下，積分控制器的開環(huán)輸出特性為如右圖所示，這是一條斜率不變的直線，直到控制器的輸出達(dá)到最大值或最小值而無法再進(jìn)行積分為止，輸出直線的斜率即輸出的變化速度正比于控制器的積分速度KI，即dp/dt=KIA。是比例作用和積分作用的合成，輸出p與輸入e的關(guān)系為：TI稱為積分時間，TI=1/KI積分控制的特點(diǎn)（1）能消除余差（2）動作緩慢，調(diào)節(jié)不及時，一般不能單獨(dú)使用比例積分控制（PI）在幅度為A的階躍輸入下，比例輸出立即跳變到KpA，然后積分輸出隨時間線性增長。輸出特性是一根截距為KpA、斜率為KpA/TI的直線。開環(huán)輸出特性：積分時間TI越大，直線越平坦，說明積分作用越弱；TI越小，直線越陡峭，說明積分作用越強(qiáng)。KITIp積分作用越強(qiáng)積分時間TI定義：在階躍偏差作用下，控制器的輸出達(dá)到比例輸出的兩倍所經(jīng)歷的時間，就是積分時間TI。積分時間TI測定：將比例度δ置于100%的刻度上，然后對控制器輸入一個幅度為A的階躍偏差，測出控制器的輸出跳變值，同時按秒表計(jì)時，等到積分輸出與比例輸出相同時所經(jīng)歷的時間就是積分時間TI。TI積分作用對過渡過程的影響

采用比例積分控制作用時，積分時間對過渡過程的影響具有兩重性。在同樣的比例度下，縮短積分時間TI，將使積分調(diào)節(jié)作用加強(qiáng)，容易消除余差，這是有利的一面。但縮短積分時間，加強(qiáng)積分調(diào)節(jié)作用后，會使系統(tǒng)振蕩加劇，有不易穩(wěn)定的傾向。積分時間越短，振蕩傾向越強(qiáng)烈，甚至?xí)蔀椴环€(wěn)定的發(fā)散振蕩，這是不利的一面。由圖可以看出，積分時間過大或過小均不合適。TI過大，積分作用不明顯，余差消除很慢，見曲線3，TI過小，過渡過程振蕩太劇烈，穩(wěn)定程度降低，見曲線1。

圖5-11積分時間對過渡過程的影響結(jié)論：在比例控制系統(tǒng)中引入積分作用的優(yōu)點(diǎn)是能夠消除余差，然而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若要保持系統(tǒng)原有的衰減比，必須相應(yīng)加大控制器的比例度，這會使系統(tǒng)的其它控制指標(biāo)下降。因此，如果余差不是主要的控制指標(biāo)，就沒有必要引入積分作用。由于比例積分控制器具有比例和積分控制的優(yōu)點(diǎn)，有比例度δ和TI兩個參數(shù)可供選擇，因此適用范圍比較寬廣，多數(shù)控制系統(tǒng)都可以采用。例題分析對一臺比例積分控制器作開環(huán)試驗(yàn)。已知Kp=2，TI=0.5min。若輸入偏差如圖所示,試畫出該控制器的輸出信號變化曲線。輸入偏差信號變化曲線例題分析圖

輸出曲線圖當(dāng)KC=2,TI=0.5min時

在t=0～1min期間,由于e=0,故輸出為0。在t=1～3min期間,由于e=1,所以t=3min時,其輸出

在t=3～4min期間,由于e=-2,故t=4min時,其積分總輸出故ΔpI輸出波形如圖9-22(b)所示。

將圖(a)、(b)曲線疊加,便可得到PI控制器的輸出,如圖9(c)所示。積分控制最大的優(yōu)點(diǎn)是消除余差最大的缺點(diǎn)是動作緩慢、產(chǎn)生相位滯后、穩(wěn)定性降低

比例控制規(guī)律和積分控制規(guī)律，都是根據(jù)已經(jīng)形成的被控變量與給定值的偏差而進(jìn)行動作。但對于慣性較大的對象，為了使控制作用及時，常常希望能根據(jù)被控變量變化的快慢來控制。微分作用就是模擬這一實(shí)踐活動而采用的控制規(guī)律。在人工控制時，雖然偏差可能還小，但看到參數(shù)變化很快，估計(jì)到很快就會有更大偏差，此時會先改變閥門開度以克服干擾影響，它是根據(jù)偏差變化的速度而引入的超前控制作用，只要偏差的變化一露頭，就立即動作，這樣控制的效果將會更好。微分控制規(guī)律TD---微分時間按偏差變化速度進(jìn)行控制，理想的微分控制規(guī)律，其輸出信號p正比于輸入信號e對時間的導(dǎo)數(shù)：理想微分器在階躍偏差信號作用下的開環(huán)輸出特性是一個幅度無窮大、脈寬趨于零的尖脈沖，輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差的存在與否無關(guān)，即偏差固定不變時，不論其數(shù)值有多大，微分作用都無輸出。純粹的微分控制是無益的，因此常將微分控制與比例控制結(jié)合在一起使用。階躍偏差下的開環(huán)輸出特性：微分作用的目的：克服對象滯后大的影響，改善過渡過程品質(zhì)。微分作用的原理：根據(jù)偏差信號變化速度來確定調(diào)節(jié)器的輸出，改變操作變量（超前控制）。

理想的比例微分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為比例微分控制規(guī)律理想的比例微分控制器的開環(huán)輸出特性如右圖所示t0pet理想比例微分開環(huán)輸出特性理想的比例微分控制器在制造上是困難的，工業(yè)上都是用實(shí)際比例微分規(guī)律的控制器。實(shí)際比例微分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

KD為微分增益（微分放大倍數(shù)）動態(tài)特性分析實(shí)際比例微分控制器在幅度為A的階躍偏差作用下的開環(huán)輸出特性，見下圖。KPAKPKDApe階躍偏差作用下實(shí)際比例微分開環(huán)輸出特性在偏差跳變瞬間，輸出跳變幅度為比例輸出的KD倍，即KDKpA,然后按指數(shù)規(guī)律下降，最后當(dāng)t趨于無窮大時，僅有比例輸出KpA。因此決定微分作用的強(qiáng)弱有兩個因素：一個是開始跳變幅度的倍數(shù)，用微分增益KD來衡量，另一個是降下來所需要的時間，用微分時間TD來衡量。輸出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越強(qiáng)。

微分增益KD是固定不變的，只與控制器的類型有關(guān)。電動控制器的KD一般為5～10。如果KD

=1，則此時等同于純比例控制。KD

>1，稱為正微分。KD<1的，稱為反微分器，它的控制作用反而減弱。這種反微分作用運(yùn)用于噪音較大的系統(tǒng)中，會起到較好的濾波作用。KPAKPKDApe微分時間TD越大，微分作用越強(qiáng)。由于微分在輸入偏差變化的瞬間就有較大的輸出響應(yīng)，因此微分控制被認(rèn)為是超前控制。微分時間TD的測定：先測定階躍信號A作用下比例微分輸出從KDKpA下降到KpA+0.368KpA(KD-1)所經(jīng)歷的時間t，此時t=TD/KD，再將該時間t乘以微分增益KD即可。KPAKPKDApe0.368KpA(KD

-1)例如，當(dāng)Kp=1，KD=5時，輸入偏差變化e=A=2mA,則KDKpA=10mA，KpA+0.368KpA(KD-1)5mA。測定輸出從10mA下降到5mA所經(jīng)歷的時間t，則TD=tKD微分作用對過渡過程的影響

從圖看出，微分時間太大及太小均不合適，應(yīng)取適當(dāng)?shù)臄?shù)值。由于增加微分作用，可以減小比例度，因而微分時間越大，余差也就越小。一般溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)常需加微分作用，其他系統(tǒng)需要較少。有些系統(tǒng)由于反應(yīng)太快，可加“反微分”，以降低系統(tǒng)的靈敏度。比例積分微分控制PID在工業(yè)生產(chǎn)中，常將比例、積分、微分三種作用規(guī)律結(jié)合起來，可以得到較為滿意的控制質(zhì)量，包括這三種控制規(guī)律的控制器稱為比例積分微分三作用控制器，習(xí)慣上稱為PID控制規(guī)律，其理想的輸出與輸入的關(guān)系為：由于PID控制器有比例度δ、積分時間TI、微分時間TD三個參數(shù)可供選擇，因而適用范圍廣，在溫度和成分分析控制系統(tǒng)中得到更為廣泛的應(yīng)用。各類化工過程常用的控制規(guī)律如下：液位：一般要求不高，用P或PI控制規(guī)律；流量：時間常數(shù)小，測量信息中雜有噪音，用PI或加反微分控制規(guī)律；壓力：介質(zhì)為液體的時間常數(shù)小，介質(zhì)為氣體的時間常數(shù)中等，用P或PI控制規(guī)律；溫度：容量滯后較大，用PID控制規(guī)律。本節(jié)小結(jié)基本控制規(guī)律的特性及其表達(dá)式比例度對過渡過程的影響積分時間對過渡過程的影響微分時間對過渡過程的影響6.3.1模擬式控制器基本結(jié)構(gòu)

模擬式控制器所傳送的信號形式為連續(xù)的模擬信號，其基本結(jié)構(gòu)包括比較環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)、放大器三部分。6.3模擬式控制器比較環(huán)節(jié):將被控變量的測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差。電動控制器是在輸入電路中進(jìn)行電壓或電流信號的比較。反饋環(huán)節(jié):控制器的PID控制規(guī)律是通過反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行的。輸出的電信號通過電阻和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端。放大器:

放大器實(shí)質(zhì)上是一個穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。在電動控制器中可采用高增益的集成運(yùn)算放大器。6.3.2DDZ-Ⅲ型電動單元控制器

是模擬式控制器中較為常見的一種，它以來自變送器或轉(zhuǎn)換器的1～5V直流測量信號作為輸入信號，與1～5V直流設(shè)定信號相比較得到偏差信號，然后對此信號進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出1～5V或4～20mA直流控制信號，以實(shí)現(xiàn)對工藝變量的控制。1）采用國際電工委員會（IEC）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號優(yōu)點(diǎn)

電氣零點(diǎn)不是從零開始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這不但利用了晶體管的線性段，而且容易識別斷電、斷線等故障。本信號制的電流-電壓轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。由于聯(lián)絡(luò)信號為1～5VDC，可采用并聯(lián)信號制，因此干擾少，連接方便。（2）廣泛采用現(xiàn)性集成電路，可靠性提高，維修工作量減少。

優(yōu)點(diǎn)

由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸入對稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開環(huán)放大倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大提高了儀表的可靠性。（3）Ⅲ型儀表統(tǒng)一由電源箱供給24VDC電源，并有蓄電池作為備用電源。

優(yōu)點(diǎn)

各單元省掉了電源變壓器，沒有工頻電源進(jìn)入單元儀表，既解決了儀表發(fā)熱問題，又為儀表的防爆提供了有利條件。在工頻電源停電時備用電源投入，整套儀表在一定時間內(nèi)仍可照常工作，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視控制作用，有利于安全停車。

（4）內(nèi)部帶有附加裝置的控制器能和計(jì)算機(jī)聯(lián)用,在與直接數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用時,在計(jì)算機(jī)停機(jī)時,可作后備控制器使用。

（5）自動、手動的切換是雙向無擾動的方式進(jìn)行的。（6）整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)。

（4）內(nèi)部帶有附加裝置的控制器能和計(jì)算機(jī)聯(lián)用,在與直接數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用時,在計(jì)算機(jī)停機(jī)時,可作后備控制器使用。

（5）自動、手動的切換是雙向無擾動的方式進(jìn)行的。（6）整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)。

基型控制器

當(dāng)控制器處于“自動”狀態(tài)時，測量信號與設(shè)定信號通過輸入電路進(jìn)行比較，由比例微分電路、比例積分電路對其偏差進(jìn)行PD和PI運(yùn)算后，再經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換為4～20mA直流電流，作為控制器的輸出信號，去控制執(zhí)行器。當(dāng)控制器處于“保持”狀態(tài)（即它的輸出保持切換前瞬間的數(shù)值）時，若同時將控制器切換到“軟手動”狀態(tài)，輸出可按快或慢兩種速度線性地增加或減小，以對工藝過程進(jìn)行手動控制。當(dāng)控制器處于“硬手動”狀態(tài)時，控制器的輸出與手操電壓成比例，即輸出值與硬手動操作桿的位置一一對應(yīng)?？刂破鞯墓ぷ鳡顟B(tài)有“自動”、“軟手動”、“硬手動”及“保持”四種控制器中將偏差e定義為測量值與設(shè)定值之差（e=X-Z），若測量值大于設(shè)定值，稱為正偏差；若測量值小于設(shè)定值，稱為負(fù)偏差。當(dāng)控制器置于“正”作用時，控制器的輸出隨著正偏差的增加而增加；置于“反”作用時，控制器的輸出隨著正偏差的增加而減小。若是負(fù)偏差，其控制器在“正”、“反”作用下的輸出剛好與正偏差的情況相反?？刂破鬟€設(shè)有“正”、“反”作用開關(guān)供選擇，以滿足控制系統(tǒng)的控制要求使用基型控制器時有幾點(diǎn)應(yīng)注意：正確設(shè)置內(nèi)、外設(shè)定開關(guān)

“內(nèi)”設(shè)定時，設(shè)定電壓信號由控制器內(nèi)部的設(shè)定電路產(chǎn)生，操作者通過設(shè)定值撥盤確定設(shè)定信號大小。在定值控制系統(tǒng)中，控制器應(yīng)置于“內(nèi)”設(shè)定?！巴狻痹O(shè)定時，由外部裝置提供設(shè)定值信號。在隨動控制系統(tǒng)中，控制器應(yīng)置于“外”設(shè)定。如串級控制系統(tǒng)中的副控制器設(shè)定值由主控制器的輸出值提供；比值控制中的從動量控制器設(shè)定值由主動量測量值提供。正確設(shè)置P、I、D參數(shù)。控制器上的PID參數(shù)不能任意設(shè)置，必須通過參數(shù)整定，選擇一組合適的PID參數(shù)，這樣才能保證控制器在控制系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

一般在剛剛開車或控制工況不正常時采用手動控制，待系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行時無擾動切換到自動控制。

控制器“正”、“反”作用開關(guān)不能隨意選擇，要根據(jù)工藝要求及控制閥的氣開、氣關(guān)情況來決定，保證控制系統(tǒng)為負(fù)反饋。

輸出顯示顯示調(diào)節(jié)器輸出信號的大小，習(xí)慣上輸出顯示表也稱作閥位表。內(nèi)、外給定的選擇給定信號可以由調(diào)節(jié)器內(nèi)部產(chǎn)生，也可以由其它儀表外部提供

內(nèi)給定的調(diào)整若設(shè)定值為內(nèi)給定，用戶可以調(diào)整調(diào)節(jié)器上的內(nèi)給定撥盤來改變設(shè)定值正、反作用的選擇何謂正作用？何謂反作用？為了構(gòu)成一個負(fù)反饋控制系統(tǒng)，必須正確的確定調(diào)節(jié)器的正、反作用，否則整個控制系統(tǒng)就無法正常運(yùn)行。調(diào)節(jié)器的正、反作用，是通過正、反作用開關(guān)來選擇的。

手/自動雙向切換何謂手動？何謂自動？為什么要進(jìn)行手自動切換？

手動操作可以調(diào)整手操撥盤或者手操扳鍵來改變調(diào)節(jié)器的輸出

無擾動切換手自動切換時都希望不給控制系統(tǒng)帶來擾動，即調(diào)節(jié)器的輸出信號不發(fā)生突變（即必須要求無擾動切換）Kp/Ti/Td的設(shè)置改變控制器的特性17圖5-18DTL-3110型調(diào)節(jié)器正面圖1—自動-軟手動-硬手動切換開關(guān)；2—雙針垂直指示器；3—內(nèi)給定設(shè)定輪；4—輸出指示器；5—硬手動操作桿；6—軟手動操作板鍵；7—外給定指示燈；8—閥位指示器；9—輸出記錄指示；10—位號牌；11—輸入檢測插孔；12—手動輸出插孔數(shù)字式控制器與模擬式控制器的異同點(diǎn)：

數(shù)字式控制器模擬式控制器構(gòu)成原理數(shù)字技術(shù)模擬技術(shù)所用器件以微處理機(jī)為核心部件以運(yùn)算放大器等模擬電子器件為基本部件不同點(diǎn)相同點(diǎn)儀表總的功能和輸入輸出關(guān)系基本一致。

一、概述第四節(jié)數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了模擬儀表與計(jì)算機(jī)一體化將CPU引入控制器，使其功能得到來很大的增強(qiáng)，提高了性能價(jià)格比。同時考慮到人們長期以來的習(xí)慣，數(shù)字控制器在外形結(jié)構(gòu)、面板布置、操作方式等方面保留了模擬調(diào)節(jié)器的特征。運(yùn)算控制功能強(qiáng)

數(shù)字控制器具有比模擬調(diào)節(jié)器更豐富的運(yùn)算控制功能，一臺數(shù)字控制器既可實(shí)現(xiàn)簡單PID控制，也可以實(shí)現(xiàn)串級控制、前饋控制、變增益控制和史密斯補(bǔ)償控制；既可以進(jìn)行連續(xù)控制，也可以進(jìn)行采樣控制、選擇控制和批量控制。此外，數(shù)字控制器還可對輸入信號進(jìn)行處理，如線性化、數(shù)據(jù)濾波、標(biāo)度變換、邏輯運(yùn)算等。通過軟件實(shí)現(xiàn)所需功能數(shù)字控制器的運(yùn)算控制功能是通過軟件實(shí)現(xiàn)的。在可編程調(diào)節(jié)器中，軟件系統(tǒng)提供了各種功能模塊，用戶選擇所需的功能模塊，通過編程將它們連接在一起，構(gòu)成用戶程序，便可實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)算與控制功能。具有和模擬調(diào)節(jié)器相同的外特性盡管數(shù)字控制器內(nèi)部信息均為數(shù)字量，但為了保證數(shù)字式控制器能夠與傳統(tǒng)的常規(guī)儀表相兼容，數(shù)字控制器模擬量輸入輸出均采用國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號（4～20mADC，1～5VDC），可以方便地與DDZ－III型儀表相連。同時數(shù)字控制器還有數(shù)字量輸入輸出功能。具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展數(shù)字控制器除了用于代替模擬調(diào)節(jié)器構(gòu)成獨(dú)立的控制系統(tǒng)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)一起組成DCS控制系統(tǒng)。數(shù)字控制器與上位計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)串行雙向的數(shù)字通訊，可以將手、自動狀態(tài)、PID參數(shù)及輸入/輸出值等信息送到上位計(jì)算機(jī)，必要時上位計(jì)算機(jī)也可對控制器施加干預(yù)，如工作狀態(tài)的變更，參數(shù)的修改等?？煽啃愿撸S護(hù)方便在硬件方面，一臺數(shù)字式控制器可以替代數(shù)臺模擬儀表，同時控制器所用硬件高度集成化，可靠性高。在軟件方面，數(shù)字式控制器的控制功能主要通過模塊軟件組態(tài)來實(shí)現(xiàn)，具有多種故障的自診斷功能，能及時發(fā)現(xiàn)故障并采取保護(hù)措施。6.4.2數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成硬件部分

①主機(jī)電路②過程輸入輸出通道③人-機(jī)聯(lián)系部件④通訊部件主機(jī)電路ROM存放系統(tǒng)程序。EPROM存放用戶程序.RAM存放輸入數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間值、結(jié)果CTC的定時功能用來確定調(diào)節(jié)器的采樣周期等等多為單片機(jī)

是數(shù)字式調(diào)節(jié)器的核心，用于實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，各組成部分之間的管理。

過程輸入通道將多個模擬量輸入信號分別轉(zhuǎn)換為CPU所接受的數(shù)字量。

多路模擬開關(guān)將多個模擬量輸入信號分別連接到采樣／保持器。

采樣／保持器具有暫時存儲模擬輸入信號的作用

A／D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。利用D／A轉(zhuǎn)換器與電壓比較器，按逐位比較原理來實(shí)現(xiàn)模／數(shù)轉(zhuǎn)換的。模擬量輸入通道開關(guān)量輸入通道將多個開關(guān)輸入信號轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)識別的數(shù)字信號。開關(guān)量指的是在控制系統(tǒng)中電接點(diǎn)的通與斷，或者邏輯電平為