过程控制及仪表(2)dlh
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1、1辽宁科技大学电信学院辽宁科技大学电信学院过程控制及仪表过程控制及仪表2第二章第二章 基型控制器基型控制器 基型控制器又称基型调节器，对来自变送器的基型控制器又称基型调节器，对来自变送器的1-5V1-5V直流电压信号与直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差进行给定值相比较所产生的偏差进行PIDPID运算，输出运算，输出4-20mA4-20mA（DCDC）直流控制）直流控制信号。信号。一、基型控制器介绍一、基型控制器介绍调节器在控制回路中的位置？调节器在控制回路中的位置？控制器执行器被控对象变送器给定值被控量操纵量-3第二章第二章 基型控制器基型控制器基型控制器组成：由控制单元和指示单元组成。见
2、图基型控制器组成：由控制单元和指示单元组成。见图2-1。4第二章第二章 基型控制器基型控制器控制单元：控制单元： 输入电路输入电路(偏差差动和电平移动电路偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路运算电路(由由PD与与PI运算电路串联运算电路串联)、输出电路、输出电路(电压、电流转换电路电压、电流转换电路)以及以及硬、软手操电路；硬、软手操电路；指示单元：指示单元： 测量信号指示电路、设定信号指示电路。测量信号指示电路、设定信号指示电路。给定方式给定方式： 内给定信号内给定信号：1 15V5V直流电压；直流电压； 外给定信号：外给定信号：4 420mA20mA直流电流，（它经过直流电流，（它经过
3、250250精密电阻精密电阻转换成转换成1 15V5V直流电压）直流电压）调节器的工作状态调节器的工作状态： “自动自动”、“软手动软手动”、“硬手动硬手动”及及“保持保持”四种。四种。5第二章第二章 基型控制器基型控制器“自动自动”状态：状态： 测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、比例积分电路对其偏差进行比例积分电路对其偏差进行PDPD和和PIPI运算后，再经过输出电路转换为运算后，再经过输出电路转换为4 420mA20mA直流电流，作为调节器的输出信号去控制执行器。直流电流，作为调节器的输出信号去控制执行器。“软手
4、动软手动”状态状态： 可以通过选择键位调节器处于可以通过选择键位调节器处于“保持保持”( (即它的输出保持切换即它的输出保持切换前瞬间的数值前瞬间的数值) )状态，或使输出电流可按快或慢两种速度线性地增状态，或使输出电流可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。加或减小，以对工艺过程进行手动控制。“硬手动硬手动”状态：状态： 调节器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的调节器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。位置一一对应。6第二章第二章 基型控制器基型控制器 在基型在基型控制控制器基础上增设附加电路可构成各种特种器基础上增设附加电路可构
5、成各种特种控制控制器，如器，如抗积分饱和抗积分饱和控制控制器、前馈器、前馈控制控制器、输出跟踪器、输出跟踪控制控制器、非线性器、非线性控制控制器、器、也可附加某些单元具有报警、限幅等功能。也可附加某些单元具有报警、限幅等功能。 基型控制器有两个品种：基型控制器有两个品种：全刻度指示控制器全刻度指示控制器和和偏差指示控制器。偏差指示控制器。 全刻度指示控制器主要性能指标：全刻度指示控制器主要性能指标： 测量和内给定信号：测量和内给定信号：15V(DC)；外给定信号和输出信号：外给定信号和输出信号：420mA(DC)；基本误差一般为基本误差一般为0.5%；少数品种为；少数品种为0.2%、 1.0%
6、；响应时间不超过响应时间不超过1s；负载电阻一般为负载电阻一般为250750；供电供电24V(DC)；测量和给定信号指示精度：测量和给定信号指示精度：1%；比例度：比例度：2%500%；积分时间：积分时间：0.0125min(分两档分两档)微分时间：微分时间：0.0410min。7第二章第二章 基型控制器基型控制器二、输入电路二、输入电路偏差差动电平移动电路偏差差动电平移动电路 _+IC1R1R7R8o1UBUR3R2R4R5R6iUFTsU2-2图图输输入入电电路路原原理理图图8第二章第二章 基型控制器基型控制器组成：组成：由由IC1IC1及电阻组成。及电阻组成。 输入：输入：UiUi-Us
7、-Us。 输出：输出： Uo1 Uo1 ，以，以 UB UB 为参考电压。为参考电压。作用：作用：1). 1). 信号综合信号综合。将（。将（UiUi-Us-Us）后放大两倍反相以）后放大两倍反相以Uo1 Uo1 输出，即输出，即 Uo1= -2(Ui-Us)Uo1= -2(Ui-Us)。 2). 2). 电平转换电平转换。将以。将以0V0V为基准的输入信号转换为以为基准的输入信号转换为以 UBUB（10V10V）为基准的输出信号）为基准的输出信号Uo1Uo1。 电平转换电平转换的目的：的目的：使使IC1IC1工作在允许的共模输入电压范围内。工作在允许的共模输入电压范围内。解决了单电源解决了单
8、电源24V24V供电的双极性信号处理。供电的双极性信号处理。二、输入电路二、输入电路9_+IC1R1R7R8o1UBUR3R2R4R5R6iUFTsU2-2图图输输入入电电路路原原理理图图电路分析电路分析： 同相输入端等效电路同相输入端等效电路 )(31BSTUUU反相输入端等效电路反相输入端等效电路 )21(311oBiFUUUU)( 21SioUUU10第二章第二章 基型控制器基型控制器三、三、PDPD电路电路组成：组成：IC2 、 CD 、 RD 、 S；输入信号：输入信号： U Uo1 ；输出信号：输出信号： U Uo2,送送PI电路；电路； 作用：对作用：对 Uo1进行进行PD运算，
9、运算，可设置可设置T D 、 KP （或比例度），（或比例度），见图见图2-5。 T D为微分时间；为微分时间； KP为比例系数。为比例系数。无源比例微分电路S置断时，切除微分，只有比例作用比例运放电路_+IC2R1RDRPRP0CDo1U1n1k9.1ko2U断通S1 BUTF2-5 PD图图电电路路 表示相对于基准点表示相对于基准点UB的电压。的电压。11第二章第二章 基型控制器基型控制器。愈大，比例作用就越强愈小，成反比，与即可表示为：。此时比例度在单元组合仪表中，输出信号变化范围。偏差变化范围；式中：比例度的一般表达式：比例度PPPKKKyyyyyyy%1001%100 minmaxm
10、inmaxminmaxminmaxminmaxminmax12第二章第二章 基型控制器基型控制器_+IC2R1RDRPRP0CDo1U1n1k9.1ko2U断通S1 BUTF2-5 PD图图电电路路13第二章第二章 基型控制器基型控制器 定性分析：定性分析： Uo1阶跃时，阶跃时，t0+时时CD电压不能突电压不能突变，变，Uo1全部加到全部加到IC2同相端，随着同相端，随着CD充电，充电，UCD从零按指数规律上升，从零按指数规律上升，UT按指数规律下降，当按指数规律下降，当CD充电结束，充电结束，稳态时，稳态时，CD电容相当于断开，根据运电容相当于断开，根据运放虚断原则，放虚断原则，RD上电流
11、为零。上电流为零。UT（）= 1/n*Uo1，并保持不变。并保持不变。Uo2与与UT的关系：的关系：Uo2 = UTUo2与与UT的曲线变化形状相同。的曲线变化形状相同。无源比例微分电路S置断时，切除微分，只有比例作用比例运放电路n=10可改变比例度_+IC2R1RDRPRP0CDo1U1n1k9.1ko2U断通S1 BUTF2-5 PD图图电电路路下ppoppoRRRR 定量分析：定量分析：IC2 看作理想运放，对无源比例微分网络有：看作理想运放，对无源比例微分网络有：14第二章第二章 基型控制器基型控制器o1DTo1DDDDo1DDU (s)Rn1U (s)U (s)1nnRC s1nR
