控制儀表復(fù)習(xí)總結(jié)

緒論控制系統(tǒng)的組成：調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、變送器聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式：控制儀表及裝置采用統(tǒng)一信號(hào)傳輸氣動(dòng)單元組合儀表：20~100kPa氣壓信號(hào)電動(dòng)單元組合儀表：DDZ-II型0-10mA直流電流DDZ-III型4-20mA直流電流或者1—5直流電壓注：國際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：電流4-20mA，電壓1-5電流信號(hào)傳輸和電壓信號(hào)傳輸電流信號(hào)：儀表之間相互串接，一臺(tái)儀表發(fā)生故障影響其它儀表的使用，適合遠(yuǎn)距離傳送；電壓信號(hào)：儀表之間相互并聯(lián)，增加或取消某個(gè)儀表不影響其他儀表的工作，容易引入誤差，不適合遠(yuǎn)距離傳送變送器的信號(hào)傳輸：四線制傳輸：供電電源和輸出信號(hào)各用兩根線；電源與信號(hào)分別傳送，對(duì)電流信號(hào)零點(diǎn)及元器件功耗無嚴(yán)格要求兩線制傳輸：兩根傳輸導(dǎo)線既是電源線，又是信號(hào)線；節(jié)省電纜線和安裝費(fèi)用，有利于安全防爆；采用這種方式，電流信號(hào)下限不能為零，DDZ-II儀表只能用四線制本質(zhì)安全防爆兩個(gè)必要條件：自身不產(chǎn)生非安全火花；安全場所的非安全火花不能竄入危險(xiǎn)場所實(shí)現(xiàn)方法：在現(xiàn)場使用本質(zhì)安全型防爆儀表，在控制室和危險(xiǎn)場所儀表之間設(shè)置安全柵注意：除了上述之外，還需注意系統(tǒng)的安全和布線調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的正作用和反作用偏差：￡=Xj-xs（X,—變送器輸出，xs—給定值）正偏差￡>0 反偏差￡V0正作用調(diào)節(jié)器：如果偏差￡>0,調(diào)節(jié)器輸出變化量Ay>0反作用調(diào)節(jié)器：如果偏差￡<0,調(diào)節(jié)器輸出變化量Ay>0調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)通常是指其變化量Ay，其實(shí)際輸出為y=Ay+y比例運(yùn)算（P）數(shù)學(xué)表達(dá)式：Ay=Kp?￡ （Kp為比例增益）傳遞函數(shù)：W（s）=堂賓=KpE（s） P特點(diǎn)：響應(yīng)非常及時(shí)，沒有絲毫滯后，系統(tǒng)有余差

比例度8:8= x100%P比例積分運(yùn)算(PI)理想的數(shù)學(xué)表達(dá)式：Ay=Kp(e+T1"?dt)(T[—積分時(shí)間)傳遞函數(shù)：W(s)=Kp(1+任?)I實(shí)際數(shù)學(xué)表達(dá)式：Ay實(shí)際數(shù)學(xué)表達(dá)式：Ay=七8[1+(K-1)(1-e-KiTI)]I1+占——，積分增益Kj1+ \平實(shí)際PI調(diào)節(jié)特性接近于理想PI調(diào)節(jié)器的特性積分時(shí)間：當(dāng)偏差為階躍信號(hào)時(shí)，調(diào)節(jié)器的積分輸出增大到與比例輸出相等所需的時(shí)間積分時(shí)間越短，積分速度越快，積分作用越強(qiáng)特點(diǎn)：能消除余差，積分作用控制動(dòng)作緩慢，與比例作用組合使用傳遞函數(shù)：W(s)=Ay&)

Ay(0)調(diào)節(jié)精度a:控制點(diǎn)最大偏差的相對(duì)變化量，表征調(diào)節(jié)器消除余差的能力A=日廠x100%(值越低，調(diào)節(jié)精度越高，消除余差能力越強(qiáng))PI比例微分運(yùn)算規(guī)律(PD)理想數(shù)學(xué)表達(dá)式：Ay=K0+T竺)(K—微分時(shí)間)pddtP傳遞函數(shù)：W(s)=Kp(1+TDs)上十實(shí)際數(shù)學(xué)表達(dá)式：Ay=七s?[1+(KD-1)e乙](、一微分增益)傳遞函數(shù)：W(s)=Kp(+TDs)?——T一d1+亡sD理想與實(shí)際偏差較大，一般以實(shí)際為準(zhǔn)微分時(shí)間：衡量微分作用的強(qiáng)弱微分時(shí)間越長，微分輸入衰減越慢，微分作用越強(qiáng)特點(diǎn)：根據(jù)偏差變化速度調(diào)節(jié)，超前調(diào)節(jié)，微分作用在偏差輸出恒定不變時(shí)輸出為零，與比例作用組合使用

比例積分微分運(yùn)算規(guī)律理想數(shù)學(xué)表達(dá)式：Ay=Kp（e+.1E?dt+T*理想數(shù)學(xué)表達(dá)式：Ay=Kp（eddtTOC\o"1-5"\h\zT ddtddti傳遞函數(shù)：W⑴=七(1+￡+TDS)I[ 1 T1+ft—+ s（F一相互干擾系數(shù)）\o"CurrentDocument"實(shí)際傳遞函數(shù)：w(s)= ^4 t—（F一相互干擾系數(shù)）1+ +—sKjTjS KD各輸出波形請(qǐng)自行參考課本基型控制器：對(duì)來自變送器的1-5V直流電壓信號(hào)與給定值相比較，所產(chǎn)生的偏差信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出4-20mA的控制信號(hào)組成：輸入電路、PD電路、PI電路、輸出電路、軟手操電路和硬手操電路輸入電路：采用偏差差動(dòng)電平移動(dòng)電路（特點(diǎn)）輸入電路的作用：①將偏差信號(hào)放大兩倍后輸出②電平移動(dòng)，將以0V為基準(zhǔn)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成以電平VB（10v）為基準(zhǔn)的輸出信號(hào)采用偏差差動(dòng)輸入的作用：使導(dǎo)線上壓降陳偉共模信號(hào)，消除導(dǎo)線上壓降引起的誤差進(jìn)行電平移動(dòng)的作用：使運(yùn)算放大器工作在允許的共模電壓輸入范圍以內(nèi)5.PD電路特點(diǎn)：時(shí)間，增益V同向端輸入，輸入阻抗高可通過開關(guān)切換為分作用在微分網(wǎng)絡(luò)中可調(diào)節(jié)微分在比例電路中可調(diào)整比例o2R1Rp9.1kaRp01k5.PD電路特點(diǎn)：時(shí)間，增益V同向端輸入，輸入阻抗高可通過開關(guān)切換為分作用在微分網(wǎng)絡(luò)中可調(diào)節(jié)微分在比例電路中可調(diào)整比例o2R1Rp9.1kaRp01knrdRVo1IC2+6.PI電路CjCj與CM組成比例運(yùn)算電路CM與%組成積分運(yùn)算電路簡化電路:積分飽和問題：只要△V簡化電路:積分飽和問題：只要△V或存在，就不△V。2斷對(duì)電容CM充放電，是電容電壓不斷增加七或減小，而輸出電壓是被限幅的，一旦被限幅，輸出電壓就與電容電壓不相等，產(chǎn)生“積分飽和”積分飽和的后果：當(dāng)輸入電壓極性相反，輸出電壓不能及時(shí)跟上輸入電壓的變化，從而使控制品質(zhì)變壞。積分飽和解決辦法：借助于特種控制器，在輸出被限制時(shí)，停止對(duì)電容繼續(xù)按原來的方向充放電，使其不產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象輸出電路：電壓一電流轉(zhuǎn)換電路負(fù)載電壓以零伏為基準(zhǔn)手動(dòng)操作電路軟手操：按一定速率積分輸出硬手操：迅速調(diào)節(jié)輸出無平衡無擾動(dòng)切換無擾動(dòng)切換：自動(dòng)手動(dòng)切換瞬間調(diào)節(jié)其輸出不發(fā)生變化無平衡切換：自動(dòng)手動(dòng)切換時(shí)無需實(shí)現(xiàn)調(diào)平衡DDZ-III型調(diào)節(jié)器中，無平衡無擾動(dòng)切換：自動(dòng)—軟手操；硬手操—軟手操；軟手操—自動(dòng)；硬手操—自動(dòng)必須進(jìn)行平衡操作切換：自動(dòng)—硬手操；軟手操—硬手操無平衡無擾動(dòng)切換的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)-軟手操：有自動(dòng)切換到軟手操，如果不扳動(dòng)軟手操開關(guān)，運(yùn)算放大器的反向端是浮空的，由于電路具有保持性，使輸出不變軟手操（硬手操）—自動(dòng)：手動(dòng)操作時(shí)，電容*右端右端接在VB，電容CM左端與運(yùn)放的反向端連接，電位也為VB，因此切換瞬間電容無充放電現(xiàn)象。抗積分飽和調(diào)節(jié)器積分反饋限幅調(diào)節(jié)器：采用反饋電路限制積分電容兩端電壓，不讓其超出正常工作范圍PI-P調(diào)節(jié)器：在調(diào)節(jié)器輸出超過正常工作范圍時(shí)，切除積分作用，使其在純比例調(diào)節(jié)規(guī)律下工作變送器基本概念與原理作用：將各種工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)構(gòu)成：測量部分，放大部分，反饋部分原理：負(fù)反饋原理輸入輸出關(guān)系：要求輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間保持線性關(guān)系……… K輸入輸出關(guān)系y=E(Cx+zo)KF>>1，采用深度負(fù)反饋，實(shí)現(xiàn)輸入輸出線性化量程調(diào)整、零點(diǎn)遷移和零點(diǎn)調(diào)整量程調(diào)整：使變送器輸出信號(hào)的上限值與輸入信號(hào)（測量范圍）上限值相對(duì)應(yīng)零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移：使變送器的輸出信號(hào)的下限制與測量信號(hào)下限值相對(duì)應(yīng)當(dāng)乂狙偵=0，零點(diǎn)調(diào)整；當(dāng)乂嘛。0，零點(diǎn)遷移零點(diǎn)遷移后，僅改變了測量的上下限，未改變變送器的量程（測量范圍大小不變）調(diào)整原因：變送器輸出信號(hào)范圍不變C1-5V或4-20mA），而輸入信號(hào)隨使用場合不同而變化力平衡式差壓變送器I=K(AP+^0F')+ 1。-F，輸入與輸出線性，opl-Aol-Kol-l-A-tgO1123lf-Kf量程調(diào)整：改變矢量角0和電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)Kf，其中0變化范圍4。-15。，可調(diào)整量程比tg15；tg4。"3.83；電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)可改變量程比 3:1，故可調(diào)整最大量程比為3.8x3:1=11.4:1注意：量程調(diào)整時(shí)，調(diào)整量程范圍會(huì)影響儀表的零點(diǎn)，而調(diào)整零點(diǎn)時(shí)會(huì)影響儀表的滿度值，故在進(jìn)行儀表的調(diào)校時(shí)，應(yīng)反復(fù)調(diào)整差動(dòng)變送器：將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)電容式差壓變送器特點(diǎn)：采用差動(dòng)電容作為檢測元件，沒有杠杠機(jī)構(gòu)，無機(jī)械傳遞及調(diào)整裝置，測量部分采用全封閉焊接固體化結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定、可靠，具有較高的精度構(gòu)成：測量部分和轉(zhuǎn)換放大部分。輸入壓差作用于感壓膜片，產(chǎn)生位移，使差動(dòng)電容的電容量發(fā)生變化。電容一電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，與調(diào)零信號(hào)相加后同反饋信號(hào)比較，差值放大后得倒整機(jī)輸出電流。注：電容差值與位移關(guān)系非線性，兩電容的差與兩電容的和之比與位移成線性關(guān)系溫度變送器：品種：直流毫伏變送器熱電偶溫度變送器熱電阻溫度變送器組成：量程單元（不一致）：對(duì)輸入信號(hào)、零點(diǎn)調(diào)整遷移信號(hào)、反饋信號(hào)疊加運(yùn)算、且有一些其他功能，如冷端溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償、以及引線電阻補(bǔ)償放大單元（相同）：對(duì)信號(hào)進(jìn)行電壓放大和功率放大。對(duì)儀表進(jìn)行隔離供電直流一交流一直流（DC/AC/DC）變化電路，既為功率放大電路提供方波電源，又為

運(yùn)放和量程單元提供直流電。熱電偶溫度計(jì)中冷端溫度補(bǔ)償：在四線制溫度計(jì)中用兩個(gè)銅電阻對(duì)冷端溫度補(bǔ)償線性化原理：熱電偶溫度變送器：由于熱電勢與溫度非線性，欲使輸入信號(hào)與溫度線性化，只需負(fù)反饋電壓與溫度關(guān)系非線性，且與熱電偶的特性相一致，則經(jīng)過兩者相減后，放大電路的輸入線性化，而放大電路輸入輸出是線性的，即整個(gè)電路線性化。（折線法近似非線性曲線）熱電偶溫度變送器：采用正反饋方法，把熱電阻兩端電壓信號(hào)引至運(yùn)放的同相端，使運(yùn)放的輸出電流隨熱電勢增大而增大（即隨升高而增大），從而補(bǔ)償熱電阻隨被測溫度升高其變化量逐漸減小的趨勢，最終使得放大電路輸入信號(hào)與溫度線性關(guān)系。熱電偶溫度及的引線電阻補(bǔ)償電路：三線制連接，只有量程上限完全補(bǔ)償。四線制溫度變送器的隔離式輸入輸出電路目的：為了避免輸入和輸出之間有直接點(diǎn)的聯(lián)系（隔離式供電將溫度變送器與外部電源隔離，隔離輸出電路將變送器和外部負(fù)載隔離）實(shí)現(xiàn)方法：采用直流一交流一直流變化器讀變送器進(jìn)行隔離式供電，在功率放大器和輸出回路之間設(shè)置隔離變送器（電流互感器）。運(yùn)算器乘除器矩形脈沖調(diào)高調(diào)寬式乘除器構(gòu)成原理：應(yīng)用調(diào)寬電路與調(diào)高電路構(gòu)成基本的乘法運(yùn)算，采用深度負(fù)反饋原理，在\和S之間加入反饋乘法電路，使輸出信號(hào)的大小僅與輸入信號(hào)x、x和x1 1 2 3有關(guān)，而不受變量漂移和非線性的影響。乘法器的乘法關(guān)系：占空系數(shù)S和控制矩形脈沖幅值的信號(hào)x相乘乘除器的輸入輸出關(guān)系：V=N*U)%*+1 (乘除運(yùn)算)。 V.+K)其中：N2-1，K3其中：N2-1，K33-1采用這種運(yùn)算關(guān)系的原因：①可實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算、乘后開方運(yùn)算、乘法運(yùn)算、和除法運(yùn)算等不同運(yùn)算②K2和K3的大小和正負(fù)均可改變，以適應(yīng)氣體流量測量時(shí)的溫度和壓力的補(bǔ)償當(dāng)V=V，K=-1時(shí)，有:V=（NV-1）V+K）+1（乘后開方）i3o3 o i1 i2 2, ，…N■當(dāng)V.=5V，K=-1時(shí)，有:V=—V-1）V+K）+1（乘法運(yùn)算）i3 3 o4i1 i2 2當(dāng)V.=如K=—1時(shí)，有:V=4N"_：+1（除法運(yùn)算）12 2 oV+K自激振蕩時(shí)間分割器作用：實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算。輸入輸出關(guān)系V= 21=22kVV振蕩器的起振條件：V31>V11限幅條件：N2<2.5，N3<2.5量程條件：輸入信號(hào)1~5V，輸出信號(hào)1~5V或4~20mA工組原理較為復(fù)雜，見課本P88開方器主要用于流量的自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制系統(tǒng)一般情況下，不用乘除器作為開方器使用，因?yàn)槌顺髦袥]有小信號(hào)切除電路相比于乘除器，去除了不必要的輸入電路2、3及兩套附加偏置電路，將比例放大器的輸出接至乘法電路2的輸入端，增設(shè)了小信號(hào)切除電路。輸入輸出關(guān)系：Vo=KVVI1—1+1=2\VI]—1+1小信號(hào)切除電路：輸入信號(hào)小于滿量程1%時(shí)，使開方器輸出為零輸入電壓匕v1.04V時(shí)，輸出信號(hào)被切除,七=1輸入電壓V.=1.4v時(shí)，V=1.4v °輸入電壓Vj>1.0邳時(shí)，儀表有正常輸出，V。=2?/~—1+1原因：輸入信號(hào)很小時(shí)，放大系數(shù)非常大，輸入信號(hào)的小波動(dòng)會(huì)引起輸出信號(hào)很大的變化執(zhí)行器執(zhí)行器基本概念組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分類別：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：兩種：薄膜式和活塞式薄膜式：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、輸出行程小活塞式：輸出行程長、推動(dòng)力大，價(jià)格昂貴，只在特殊情況下使用輸入輸出關(guān)系：上=~~Aq =K（一階滯后環(huán)節(jié)）p （Ts+1）C Ts+1克服非線性：在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上附加閥門定位器。

閥門定位器：氣動(dòng)執(zhí)行器的主要附件，與氣動(dòng)執(zhí)行器配套使用作用：增大執(zhí)行器的輸出功率，提高閥門位置的線性度種類：氣動(dòng)閥門定位器：只接受氣信號(hào)(20~100kPa)，需要先用電一氣轉(zhuǎn)換器將調(diào)節(jié)器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)電一氣閥門定位器：具有電一氣轉(zhuǎn)換和閥門定位雙重功能，輸入信號(hào)為電信號(hào)應(yīng)用場合：增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力；加快執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作速度；實(shí)現(xiàn)分程控制；改善調(diào)節(jié)閥的流量特性。電一氣閥門定位器按力平衡原理工作。4—20mA直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)入到轉(zhuǎn)換組件的線圈中，當(dāng)信號(hào)增加時(shí)，產(chǎn)生的電磁力矩讓杠杠做逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，使擋板靠近噴嘴，背壓增大，放大后的氣壓信號(hào)也增大，該信號(hào)作用在調(diào)節(jié)閥的膜頭上，是閥桿下移，經(jīng)反饋機(jī)構(gòu)杠杠的另一側(cè)產(chǎn)生反饋力矩，杠杠做順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，當(dāng)兩力矩相平衡時(shí)，閥桿就穩(wěn)定在某一位置。氣動(dòng)閥門定位器接受調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)，成比例輸出信號(hào)控制氣動(dòng)執(zhí)行器，執(zhí)行器閥桿的位移通過機(jī)械裝置反饋到閥門定位器上，組成閉環(huán)，使輸入輸出線性。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)A'Ad, …、流量方程：Q=5.09『、:——(m3/h)(開度增大，阻力系數(shù)減小，流量增加。)5P流量系數(shù)：國際單位制：在控制閥全開，閥前閥后壓差為100kPa，流體密度1g/Cm3，每小時(shí)通過閥門的流量A每小時(shí)通過閥門的流量A=5.09—工程單位制：5工程單位制：5—40、的水，在1kgf