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)控制單元自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng)自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版第二版化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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 先進調(diào)節(jié)器自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13 調(diào)節(jié)控制單元調(diào)節(jié)控制單元v在實際工業(yè)生產(chǎn)應用中，調(diào)節(jié)器是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的核心儀表，它的基本功能是將來自變送器的測量信號與給定信號相比較，并對由此所產(chǎn)生的偏差進行比例、積分或微分處理后，輸出調(diào)節(jié)信號控制執(zhí)行器的動作，以實

2、現(xiàn)對不同被測或被控參數(shù)如溫度、壓力、流量或液位等的自動調(diào)節(jié)作用v如同其他儀表的發(fā)展過程一樣，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)字式儀表的過程。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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 負作用調(diào)節(jié)器：0,0y 0,0y 自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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輸出信號的變化量 與偏差信號 之間存在比例關系：v比例調(diào)節(jié)階躍響應輸出特性 曲線：pyKy自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng)

3、第二版化學工業(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輸出信號的變化量 與偏差信號 之間存在比例關系：v積分調(diào)節(jié)階躍響應輸出特性 曲線：11ydtTy自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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輸出信號的變化量 與偏差信號 之間存在比例關系：v微分調(diào)節(jié)階躍響應 輸出特性曲線：DdyTdty自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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)律圖示法自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化

5、學工業(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自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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檢測技術及儀表控制系

6、統(tǒng) 第二版化學工業(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運算電路自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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運算電路自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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運算電路自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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實際PID調(diào)節(jié)器的階躍響應曲線自動檢測技術及儀表控

7、制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實現(xiàn)（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實現(xiàn)vDDZ-型調(diào)節(jié)器的PID控制規(guī)律是利用運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)律只有在輸入信號發(fā)生變化時才起作用，所以運算放大電路中先進行微分調(diào)節(jié)作用，然后再進行積分作用。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實現(xiàn)（1）DDZ-型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實現(xiàn) 比例微分電路v 比例微分電路構(gòu)成：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實現(xiàn)調(diào)節(jié)

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

9、的實現(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)應是兩者的乘積：( )( )( )PIDPDPIWsWs Ws自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.2 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實現(xiàn)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實現(xiàn)（2）數(shù)字式調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實現(xiàn)v數(shù)字式調(diào)節(jié)器可采用理想的PID調(diào)節(jié)算法，也可采用實際的PID調(diào)節(jié)算法，在此分別稱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自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化

10、學工業(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：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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 輸入測量信號：15V DCv 內(nèi)給定信號：15V DCv 外給定信號：420mA DCv 輸入阻抗影響：=滿刻度的0.1%v 輸出信號：420mA DCv 負載電阻：250750v 比例度：P=2%500%v 積分時間：0.0125minv 微分時間：0.0410minv 調(diào)節(jié)精度：0.

11、5級自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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)：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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)器設計思想：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；功能價格比較高；功能的模塊化；具有自診斷的異常報警

12、功能；提供通訊功能自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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)器的重要應用實例之一。v 在軟件方面的功能，主要體現(xiàn)在為用戶提供了將各種軟件模塊有機地連接起來的途徑，從而使其具備了用戶程序可根據(jù)實際控制需要，由用戶自行進行編制的可能。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，并定義了相應的編程語言，這種編程語言介于高級語言與匯編語言之間，是一種面向過程控制的專用語言。v 用戶使用編程語言可進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)功能的用戶程序v 一般地，編程語言除了進行讀入和輸出數(shù)據(jù)的傳送語句外，還有完成必要的運算與控制功能的語句自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(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，同時還存放有各種運算模塊和功能模塊。將這些運算模塊和功能模塊通過一定的方式連接或組態(tài)起來，即可形成實用的具

14、有一定控制規(guī)律的用戶程序。v 每個模塊在組態(tài)過程中都要求使用一定的代碼來描述模塊間的組態(tài)關系。v 一般地用于可編程序調(diào)節(jié)器的代碼分兩類，一類是數(shù)字式的代碼，其形式接近機器語言；另一類是類似助記符號的英文字符串或其他符號，其形式接近匯編語言。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.5 先進調(diào)節(jié)器先進調(diào)節(jié)器（1）增強型調(diào)節(jié)器v增強型調(diào)節(jié)器是數(shù)字式調(diào)節(jié)器的進一步發(fā)展，它除能夠完成調(diào)節(jié)器的常規(guī)任務外，還對調(diào)節(jié)器各種功能的實現(xiàn)進行了改進和完善v增強型調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是在不完全微分PID基礎上，根據(jù)實際需要再做進一步的改進而得到的,可以使實際PID控制規(guī)律所能得到的最佳過渡過程中存在的某些缺

15、陷得到克服或緩解，控制質(zhì)量與可靠性得到提高。自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.5 先進調(diào)節(jié)器先進調(diào)節(jié)器（1）增強型調(diào)節(jié)器v在不完全PID控制規(guī)律基礎上，可對PID參數(shù)追加專家自整定功能，是控制規(guī)律始終采用最佳參數(shù)值，保證控制效果良好：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.5 先進調(diào)節(jié)器先進調(diào)節(jié)器（1）增強型調(diào)節(jié)器v對于具有兩個以上干擾源及較大慣性滯后時間常數(shù)的被控對象來說，可采用串級控制與前饋加反饋控制，改善控制效果。 串級控制系統(tǒng)原理圖自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.5 先進調(diào)節(jié)器先進調(diào)節(jié)器（1）增強型調(diào)節(jié)器 前饋加反饋控制系統(tǒng)原理圖自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.5 先進調(diào)節(jié)器先進調(diào)節(jié)器（2）改進型PID控制算法v微分先行PID控制：微分運算對設定值變化不起作用，克服作用帶來的輸出突變：自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng) 第二版化學工業(yè)出版社13.5 先進調(diào)節(jié)器先進調(diào)節(jié)器（2）改進型PID控制算法v比例微分先行PID控制：自動檢測技術及儀表