過程控制儀表第4章模擬式調(diào)節(jié)器1

1、第四章第四章 模擬式調(diào)節(jié)器模擬式調(diào)節(jié)器 本章的主要內(nèi)容：本章的主要內(nèi)容： PID調(diào)節(jié)規(guī)律及實現(xiàn)方法調(diào)節(jié)規(guī)律及實現(xiàn)方法 基型基型PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 特種調(diào)節(jié)器特種調(diào)節(jié)器要求：要求：1 1）熟悉調(diào)節(jié)器的功能要求，掌握基本調(diào)節(jié)規(guī)律的）熟悉調(diào)節(jié)器的功能要求，掌握基本調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)學(xué)表示及其響應(yīng)特性；數(shù)學(xué)表示及其響應(yīng)特性；2 2）熟悉）熟悉 DDZ-DDZ-型調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成、電路原理及型調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成、電路原理及其應(yīng)用特點(diǎn)；其應(yīng)用特點(diǎn)； 調(diào)節(jié)器將來自變送器的測量信號 與調(diào)節(jié)器的內(nèi)給定或外給定信號 進(jìn)行比較，得到其偏差 ，即 然后調(diào)節(jié)器對該偏差信號按某一規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，輸出調(diào)節(jié)信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，以實

2、現(xiàn)對被控參數(shù)如溫度、壓力、流量或液位等的自動控制作用。 iVSVSiVV 4.1 4.1 PIDPID調(diào)節(jié)規(guī)律及實現(xiàn)方法調(diào)節(jié)規(guī)律及實現(xiàn)方法 調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律1. 基本概念和名詞基本概念和名詞 在定值自動控制(調(diào)節(jié))系統(tǒng)中，由于干擾使被控量(輸出)偏離設(shè)定值(期望值)，即被控參數(shù)(量)產(chǎn)生了偏差。 x=x-xr 式中： x：偏差量 x：被控量 xr：給定值 調(diào)節(jié)器特性是指它的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律。稱為調(diào)節(jié)器特性是指它的輸出信號隨輸入信號變化的規(guī)律。稱為調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律。設(shè)輸入信號為設(shè)輸入信號為x，輸出變化量為輸出變化量為y。 x0， y 0 ；x 0 ， y 0， y 0 ；x 0稱為反

3、作用調(diào)節(jié)器。 調(diào)節(jié)器輸入信號和輸出信號可能有不同的量綱，例如溫度調(diào)節(jié)器輸入調(diào)節(jié)器輸入信號和輸出信號可能有不同的量綱，例如溫度調(diào)節(jié)器輸入信號是溫度，而輸出信號為電壓或電流。為了便于特性的通用性，將輸入信號是溫度，而輸出信號為電壓或電流。為了便于特性的通用性，將輸入和輸出用相對量來表示：和輸出用相對量來表示： e= x/(xmax-xmin) 式中：xmax，xmin為被測量的最大值和最小值， xmax-xmin為測量范圍。 p= y/(ymax-ymin) 式中：ymax，ymin為輸出量的最大值和最小值， ymax-ymin為輸出范圍。2. 比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律理想理想PI

4、D的增量式數(shù)學(xué)表達(dá)式的增量式數(shù)學(xué)表達(dá)式 ：dttdeTdtteTteKtuDIc)()(1)()()(tu為調(diào)節(jié)器輸出的增量值，)(te為被控參數(shù)與給定值之差。 sTsTKsEsUsGDIcc11)()()(寫成傳遞函數(shù)形式寫成傳遞函數(shù)形式：第一項為比例（P）部分，第二項為積分（I）部分，第三項為微分（D）部分；Kc：為調(diào)節(jié)器的比例增益，TI：為積分時間（以s或min為單位），TD：為微分時間（也以s或min為單位）。 三個部分可以分別組合成P（比例），PI（比例積分），PD（比例微分），PID（比例積分微分）（一）比例調(diào)節(jié)器一）比例調(diào)節(jié)器微分方程表達(dá)式和時間特性微分方程表達(dá)式和時間特性 微分

5、方程為 p=Kpe （p為調(diào)節(jié)器輸出的增量值，e為被控參數(shù)與給定值之差 ) 其階躍響應(yīng)曲線(在輸入端加階躍信號,其輸出隨時間變化的曲線)浮球為水位傳感器，杠桿為控制器，活塞閥為執(zhí)行器。浮球為水位傳感器，杠桿為控制器，活塞閥為執(zhí)行器。如果某時刻如果某時刻Q2加大，造成水位下降，則浮球帶動活塞提高，加大，造成水位下降，則浮球帶動活塞提高，使使Q1加大才能阻止水位下降。加大才能阻止水位下降。epba=ebap CyK e 如果如果e = 0，則活塞無，則活塞無法提高，法提高，Q1 無法加大，調(diào)無法加大，調(diào)節(jié)無法進(jìn)行。節(jié)無法進(jìn)行。例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：例：自力式液位比例控制系統(tǒng)：比例控制過程比例

6、控制過程Q2htepQ1tttt 原來系統(tǒng)處于平衡，進(jìn)水原來系統(tǒng)處于平衡，進(jìn)水量與出水量相等，此時進(jìn)水閥量與出水量相等，此時進(jìn)水閥有一開度。有一開度。 t=0時，出水量階躍增加，時，出水量階躍增加，引起液位下降，浮球下移帶動引起液位下降，浮球下移帶動進(jìn)水閥開大。進(jìn)水閥開大。 當(dāng)進(jìn)水量增加到與出水量當(dāng)進(jìn)水量增加到與出水量相等時，系統(tǒng)重新平衡，液位相等時，系統(tǒng)重新平衡，液位也不再變化。也不再變化。 其特點(diǎn)是響應(yīng)快，調(diào)節(jié)及時，是最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律，但是會產(chǎn)生靜差。 e=0，p=0，即調(diào)節(jié)器無輸出，調(diào)節(jié)作用喪失。2. 調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù) P稱為比例帶（比例度），是輸入相對變化量與輸出相對變化量之比。它表示

7、輸出變化全范圍（100%）所對應(yīng)的輸入變化范圍。 KP是比例調(diào)節(jié)器的可調(diào)參數(shù)比例增益。 ueeremaxeminuminumax比例度除了表示比例度除了表示控制器輸入和輸出之間控制器輸入和輸出之間的增益外，還表明比例的增益外，還表明比例作用的有效區(qū)間。作用的有效區(qū)間。比例帶比例帶P的物理意義：的物理意義：使控制器輸出變化使控制器輸出變化100%時，所對應(yīng)的偏差變時，所對應(yīng)的偏差變化相對量。如化相對量。如P=50%表明：表明： 控制器輸入偏差控制器輸入偏差變化變化50% ，就可使控，就可使控制器輸出變化制器輸出變化100%，若輸入偏差變化超過若輸入偏差變化超過此量，則控制器輸出此量，則控制器輸出

8、飽和，不再符合比例飽和，不再符合比例關(guān)系。關(guān)系。puur0100%50%umaxuminP =50%P =100%例例:某比例控制器，溫度控制范圍為某比例控制器，溫度控制范圍為400800，輸出信號，輸出信號范圍是范圍是420mA。當(dāng)指示指針從。當(dāng)指示指針從600變到變到700時，控制時，控制器相應(yīng)的輸出從器相應(yīng)的輸出從8mA變?yōu)樽優(yōu)?6mA。求設(shè)定的比例度。求設(shè)定的比例度。700 60016 8800400204/100%解解maxmaxeueu/100%P50%答答:溫度的偏差在輸入量程的溫度的偏差在輸入量程的50區(qū)間內(nèi)（即區(qū)間內(nèi)（即200）時，）時，e和和u是是2倍的關(guān)系。倍的關(guān)系。u/

9、mAe/ e420800400P =50%( (二二) ) 比例積分控制（比例積分控制（PIPI） 當(dāng)要求控制結(jié)果無余差時，就需要在比例控制當(dāng)要求控制結(jié)果無余差時，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，加積分控制作用。的基礎(chǔ)上，加積分控制作用。（1） 積分控制（積分控制（I） 輸出變化量輸出變化量u(t)與輸入偏差與輸入偏差e的積分成正比的積分成正比01u(t)tIedtT當(dāng)當(dāng)e是幅值為是幅值為E的階躍時的階躍時01Eu(t)etIIdttTTTI 積分時間積分時間eEttuq積分作用具有保持功能，積分作用具有保持功能，故積分控制可以消除余差。故積分控制可以消除余差。q積分輸出信號隨著時間逐積分輸出信號隨

10、著時間逐漸增強(qiáng)，控制動作緩慢，故積漸增強(qiáng)，控制動作緩慢，故積分作用不單獨(dú)使用。分作用不單獨(dú)使用。v 積分控制的特點(diǎn)積分控制的特點(diǎn)當(dāng)有偏差存在時，積分輸出將隨時間增長（或當(dāng)有偏差存在時，積分輸出將隨時間增長（或減小）；當(dāng)偏差消失時，輸出能保持在某一值上。減小）；當(dāng)偏差消失時，輸出能保持在某一值上。eEttu 若將比例與積分組合起來，既能控制及時，又若將比例與積分組合起來，既能控制及時，又能消除余差能消除余差 。 （2） 比例積分控制（比例積分控制（PI）sTKsTKsGIIICC1111)(比例積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特性 稱為稱為PI調(diào)節(jié)器的積分增益，它定義為：調(diào)節(jié)器的積分增益，它定義為：在階躍信

11、號輸入下，其輸出的最大值與純在階躍信號輸入下，其輸出的最大值與純比例作用時產(chǎn)生的輸出變化之比。比例作用時產(chǎn)生的輸出變化之比。 Ti必須根據(jù)對象選定，對管道壓力、必須根據(jù)對象選定，對管道壓力、流量等滯后不大的對象，可選小一些，對流量等滯后不大的對象，可選小一些，對溫度則可選大些。溫度則可選大些。IK（三）比例微分調(diào)節(jié)器（三）比例微分調(diào)節(jié)器 由于大慣性系統(tǒng)(例如溫度對象)，即使受到大的擾動，被控量開始時變化仍不大，偏差很小，PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用很弱，但偏差卻以一定的速度增長。所以PI調(diào)節(jié)器就不能及時克服擾動的影響，會造成大的動態(tài)偏差和長的調(diào)節(jié)時間。加入微分作用，在偏差尚不大時，根據(jù)偏差變化趨勢（速

12、度），提前給出較大的調(diào)節(jié)作用，使過程的動態(tài)品質(zhì)得到改善。 1.微分作用微分作用 它的微分方程表達(dá)式為：在階躍輸入作用下，其輸出如下圖所示。dtdeTpDq 微分作用能超前控制。微分作用能超前控制。在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，微分立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作微分立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除于萌用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。芽狀態(tài)之中。q微分對靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)偏差存在，微分對靜態(tài)偏差毫無控制能力。當(dāng)偏差存在，但不變化時，微分輸出為零，因此不能單獨(dú)使用。但不變化時，微分輸出為零，因此不能單獨(dú)使用。必須和必須和P或或PI結(jié)合，組成結(jié)合，組成PD控制或控制或PID控

13、制?？刂啤 微分控制的特點(diǎn)微分控制的特點(diǎn)eEttu2.比例微分控制（比例微分控制（PD） 實際的比例微分控制實際的比例微分控制 理想微分作用持續(xù)時間太短，理想微分作用持續(xù)時間太短，執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般使用實執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般使用實際的比例微分作用。際的比例微分作用。sKTsTKsGDDDCC11)(DK稱為PD調(diào)節(jié)器的微分增益，它定義為：在階躍信號輸入下，其輸出的最大跳變值與純比例作用時產(chǎn)生的輸出變化之比。 （四）比例、積分、微分三作用調(diào)節(jié)器（四）比例、積分、微分三作用調(diào)節(jié)器（PID） 將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，只要將比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項作用

14、的強(qiáng)度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，三項作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果?？傻玫綕M意的控制效果。階躍響應(yīng)特性如下圖所示。 PID控制作用中，控制作用中，比例作用是基礎(chǔ)控比例作用是基礎(chǔ)控制；微分作用是用制；微分作用是用于加快系統(tǒng)控制速于加快系統(tǒng)控制速度；積分作用是用度；積分作用是用于消除靜差。于消除靜差。sKTsTKsTsTKsGDDIIDICC1111)( 傳統(tǒng)的PID經(jīng)驗調(diào)節(jié)大體分為以下幾步：1 關(guān)閉控制器的I和D元件，加大P元件，使產(chǎn)生振蕩。2 減小P，使系統(tǒng)找到臨界振蕩點(diǎn)。3 加大I，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定值。4 重新上電，觀察超調(diào)、振蕩和穩(wěn)定時間是否

15、符合系統(tǒng)要求。5 針對超調(diào)和振蕩的情況適當(dāng)增加微分項。 PID控制器參數(shù)用經(jīng)驗數(shù)據(jù)法確定控制器參數(shù)用經(jīng)驗數(shù)據(jù)法確定 PID控制器的參數(shù)整定不是唯一的，事實上比例、積分和微分三部分作用相互影響。從應(yīng)用的角度看，只要被控對象主要指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求即可。為此人們根據(jù)長期的實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，各種不同被控對象的PID的參數(shù)都是有一定的范圍。這就給現(xiàn)場調(diào)試提供了一個基準(zhǔn)。 下表給出了幾種常見被控量PID參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，可供參考。 物理量特 點(diǎn)KP TI/minTD/min液位 允許有靜差，可不用積分和微分 1.25-2.5 壓力 對象的滯后不大，可不用微分1.4-3.5 0.4-3 溫度 對象有較大的滯后，常用

16、微分1.6-5 3.0-10 0.5-3流量 時間常數(shù)小，并有噪聲，KP較小，TI較小，不用微分1.0-2.5 3.0-10二二. PID運(yùn)算電路的構(gòu)成運(yùn)算電路的構(gòu)成 由串聯(lián)反饋運(yùn)放和并聯(lián)反饋運(yùn)放可以構(gòu)成各種運(yùn)算電路，加入輸入和輸出電路就可以構(gòu)成P，PI，PD和PID各種調(diào)節(jié)器。（一（一）由由P，PD和和PI串聯(lián)組成的串聯(lián)組成的PID運(yùn)算電路運(yùn)算電路 其電路原理如下圖所示 考慮到各電路的輸入阻抗比輸出阻抗大得多。串聯(lián)時互相影響小，IC1IC3的開環(huán)增益K1，K2和K3都足夠大。dtdVFTdtVFTVFKdtdVKTdtVTKViDiIiPDDII11000式中 KP1=R3RP2/R4RP1

17、，KP2=R2/(R1+R2)=1/n KP3=C1/Cm KP=KP1KP2KP3 比例增益 KD=n 微分增益 KI=K3Cm/CI 積分增益 TDnCDRD 預(yù)調(diào)時間 TI=RICI 再調(diào)時間 F=1+TD/TI 相互干擾系數(shù) 圖示運(yùn)算電路的實際比例系數(shù)為：KP=KPF 實際再調(diào)時間為：TI=TIF 實際預(yù)調(diào)時間為：TD=TD/F F表示PID運(yùn)算電路實際的整定參數(shù)KP ， TI和TD之間互相干擾的程度。 當(dāng)F =1， KP ， TI和TD三個參數(shù)在調(diào)整時無相互影響。 當(dāng)F1，且與TI ，TD有關(guān)，調(diào)整TI將引起F變化，也就使TD和KP變化；調(diào)整TD也會引起F變化，從而使TI和KP隨之變

18、化。 F越大，互相影響越嚴(yán)重。 2. 省去省去P放大器的放大器的PID運(yùn)算電路運(yùn)算電路 如下圖所示，將比例放大器與 PD合并，信號只經(jīng)過一次反向，因此VO和Vi極性相反。DDZ-型調(diào)節(jié)器的PID運(yùn)算電路就是這種結(jié)構(gòu)。 由PD和PI串聯(lián)得到的PID運(yùn)算電路優(yōu)點(diǎn)是可以是測量值微分先行的調(diào)節(jié)器，測量值經(jīng)過微分后再與給定值比較，差值送入積分電路。由于給定值不經(jīng)過微分，在改變給定時，調(diào)節(jié)器輸出不會發(fā)生大的突變，避免給定值對系統(tǒng)大擾動。 串聯(lián)構(gòu)成的運(yùn)算電路的另一個優(yōu)點(diǎn)是F較小。 缺點(diǎn)是各級誤差積累放大，為保證整機(jī)精度，對各部分電路的精度要求較高。（二）由（二）由P， I和和D并聯(lián)組成的并聯(lián)組成的PID運(yùn)算

19、電路運(yùn)算電路 其原理電路如圖所示，由P，I和D三個運(yùn)算電路并聯(lián)連接，然后由加法器把他們的輸出相加（即V0=V01+V02+V03 ），構(gòu)成PID電路。這種方式的特點(diǎn)：避免級間誤差的積累放大，對保證整機(jī)精度有利；可消除參數(shù)TI，TD變化對整機(jī)實際整定參數(shù)（KP，TD，TI）的影響；由于比例級與積分，微分電路并聯(lián)，KP變化將使實際預(yù)調(diào)時間TD/KP和再調(diào)時間KPTI發(fā)生變化，即KP對TD，TI有影響。（三）串聯(lián)并聯(lián)混合式（三）串聯(lián)并聯(lián)混合式PID運(yùn)算電路運(yùn)算電路 為了消除PID參數(shù)之間的相互干擾，可采用串聯(lián)并聯(lián)混合電路，如下圖所示，PI和D并聯(lián)后再與變比例級串聯(lián)，其框圖如下圖所示。練習(xí)1.某比例積

20、分調(diào)節(jié)器的輸入、輸出范圍均為420mA DC，若設(shè)比例度P=100%，TI=2min，穩(wěn)態(tài)時其輸出為6mA；若在某一時刻輸入階躍增加1mA，試求經(jīng)過4min后調(diào)節(jié)器的輸出。2.某控制器初始輸出U0為1.5VDC，當(dāng)UI加入0.1V的階躍輸入時（給定值不變），U0為2V。隨后U0線性上升，經(jīng)5秒U0為4.5V，則比例增益，比例度，積分時間和微分時間分別是多少？ 4.2 4.2 DDZ-DDZ-型型基型基型PIDPID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 模擬式控制器用模擬電路實現(xiàn)控制功能。其發(fā)展經(jīng)歷了模擬式控制器用模擬電路實現(xiàn)控制功能。其發(fā)展經(jīng)歷了型（用電子管）、型（用電子管）、型（用晶體管）和型（用晶體管）和型（用集

21、成電路）。型（用集成電路）。PID，PI，PD和P調(diào)節(jié)器的組成基本相同，它們之間只是運(yùn)算電路部分不同，其中PID調(diào)節(jié)器是最完善的調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器的構(gòu)成調(diào)節(jié)器的構(gòu)成1、 DDZ-型儀表的主要技術(shù)指標(biāo)及外形型儀表的主要技術(shù)指標(biāo)及外形主要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)：測量信號：測量信號：15V.DC； 外給定信號：外給定信號：420mA.DC；內(nèi)給定信號：內(nèi)給定信號：15V.DC； 測量與給定信號的指示精度：測量與給定信號的指示精度：1；輸入阻抗影響：輸入阻抗影響：滿刻度的滿刻度的0.1； 輸出保持特性：輸出保持特性：0.1（每小時）；（每小時）；輸出信號：輸出信號：420mA.DC； 調(diào)節(jié)精度：調(diào)節(jié)

22、精度：0.5；負(fù)載電阻：負(fù)載電阻：250750。1-雙針垂直指示器雙針垂直指示器2-外給定指示燈外給定指示燈3-內(nèi)給定設(shè)定輪內(nèi)給定設(shè)定輪4-自動自動軟手動軟手動硬手動硬手動 切換開關(guān)切換開關(guān)5-硬手動操作桿硬手動操作桿6-輸出指示器輸出指示器7-軟手動操作板鍵軟手動操作板鍵DDZ-DDZ-基型調(diào)節(jié)器由控制單元和指示單元組成?？刂茊卧ㄝ敾驼{(diào)節(jié)器由控制單元和指示單元組成?？刂茊卧ㄝ斎腚娐?、入電路、PDPD與與PIPI電路、輸出電路、軟手動與硬手動操作電路；指示單元電路、輸出電路、軟手動與硬手動操作電路；指示單元包括輸入信號指示電路和給定信號指示電路。包括輸入信號指示電路和給定信號指示電路

23、。 全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成框圖 2 全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成原理全刻度指示調(diào)節(jié)器的構(gòu)成原理 二二. DDZ-型調(diào)節(jié)器的原理和特性型調(diào)節(jié)器的原理和特性它由集成運(yùn)放芯片代替晶體管分立元件，使它相對于DDZ-型具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：提高了調(diào)節(jié)器的性能指標(biāo)；采用集成電路，大大提高了可靠性，降低了功耗；有軟（積分）硬（比例）兩種手動操作方式；易于功能擴(kuò)展。 （一）工作原理（一）工作原理基型全刻度指示調(diào)節(jié)器原理圖如下圖所示。主要由6個運(yùn)放電路為核心，主電路A1 A4，指示電路A5和A6。1）調(diào)節(jié)器工作電源電壓為24VDC，偏移電壓為10VDC由高精度集成電源獲得。2）主電路（控制單元）包括輸入電路（偏差差動電

24、平移動電路）IC1，PID運(yùn)算電路（PDIC2和PIIC3串聯(lián)）。3）輸出電路（V/I轉(zhuǎn)換） IC4 ，以及內(nèi)給定電路。4）指示電路：輸入信號指示IC5和給定信號指示IC6 。5）給定信號：給定信號分為內(nèi)給定和外給定，由開關(guān)S6選擇。內(nèi)給定信號15VDC，外給定信號420mA，內(nèi)端子板上250精密電阻轉(zhuǎn)換為15VDC，面板上指示燈指示外給定狀態(tài)。6）調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)：它有自動，保持，軟手動和硬手動四種工作狀態(tài)。 工作狀態(tài)由開關(guān)工作狀態(tài)由開關(guān)S1和和S2切換：切換： S1和和S2為為“1”位置為位置為“自動自動”狀態(tài)；狀態(tài)； S1和和S2為為“2”位置為位置為“保持保持”狀態(tài)；狀態(tài)； S4按下為按

25、下為“軟手動軟手動”狀態(tài)；狀態(tài)； S1和和S2為為“3”位置為位置為“硬手動硬手動”狀態(tài)。狀態(tài)。 “自動自動”狀態(tài)：測量信號和給定信號通過輸入電路比較產(chǎn)生偏狀態(tài)：測量信號和給定信號通過輸入電路比較產(chǎn)生偏差信號，由差信號，由PD和和PI對偏差信號進(jìn)行對偏差信號進(jìn)行PID運(yùn)算后，再經(jīng)輸出電路轉(zhuǎn)運(yùn)算后，再經(jīng)輸出電路轉(zhuǎn)換為換為420mADC信號輸出，去控制執(zhí)行器。信號輸出，去控制執(zhí)行器。 “軟手動軟手動”狀態(tài)：輸出可按快慢兩種速度線性增加或減少，對狀態(tài)：輸出可按快慢兩種速度線性增加或減少，對工藝（生產(chǎn)）過程進(jìn)行手動控制。工藝（生產(chǎn)）過程進(jìn)行手動控制。 “保持保持”狀態(tài)：使調(diào)節(jié)器輸出保持切換前瞬間的數(shù)值

26、。狀態(tài)：使調(diào)節(jié)器輸出保持切換前瞬間的數(shù)值。 “硬手動硬手動”狀態(tài)：調(diào)節(jié)器輸出與給定電壓成正比，即與硬手動狀態(tài)：調(diào)節(jié)器輸出與給定電壓成正比，即與硬手動桿位置一一對應(yīng)。桿位置一一對應(yīng)。 DDZ-III型調(diào)節(jié)器軟、硬手動的切換過程可總結(jié)為型調(diào)節(jié)器軟、硬手動的切換過程可總結(jié)為: 自動切換到軟手動，無需平衡即可做到無擾動切換；2) 軟手動切換到硬手動，需平衡后切換才能做到無擾動切換；3) 硬手動切換到軟手動，無需平衡即可做到無擾動切換；4) 軟手動切換到自動，無需平衡即可做到無擾動切換。 （二）（二）DDZ-型調(diào)節(jié)器的特性分析型調(diào)節(jié)器的特性分析 在DDZ-型調(diào)節(jié)器中，由于積分增益高KI105（m=1時）

27、，不便于直接進(jìn)行測量，而采用閉環(huán)跟蹤誤差作為一項綜合指標(biāo)，它既包括積分增益有限引入的誤差，也包括了調(diào)節(jié)器各環(huán)節(jié)引入的誤差，能在一定程度上表明調(diào)節(jié)器構(gòu)成系統(tǒng)時的調(diào)節(jié)精度，也便于測量。1）電路構(gòu)成）電路構(gòu)成 將調(diào)節(jié)器接成自閉環(huán)系統(tǒng)如下圖所示。為構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)必須將正反作用開關(guān)置于反作用位置；為了及時跟蹤，將微分作用切斷，積分時間置于最?。╩=1）2）電路分析）電路分析 DDZ-型調(diào)節(jié)器閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)框圖如下圖所示。圖中1為輸入電路誤差，2為比例微分電路誤差，3為PI電路誤差，4為輸出電路誤差，設(shè)為各級折算到輸入級后的誤差總和，即電路的最大誤差。 設(shè)閉環(huán)跟蹤誤差為=VR-Vi ,則 因為DDZ-型調(diào)節(jié)

28、器輸入信號為15VDC，量程為4V，所以閉環(huán)跟蹤相對誤差為：由上式可知，閉環(huán)跟蹤誤差主要包括兩項閉環(huán)跟蹤誤差主要包括兩項： 由調(diào)節(jié)器開環(huán)增益決定KPKI，調(diào)節(jié)器各級誤差折算到輸入后的和。 KI很大，I、 4很小，可以忽略不計。則式中： 由上式可知：由于積分增益很高，由輸出電路引入的誤差可忽略不計；由PI電路引入的誤差與比例帶大小有關(guān)，當(dāng)比例帶很小時，P=2%時， 3很小，可忽略不計。 因此 當(dāng)比例帶最大時， P=500%DDZ-型調(diào)節(jié)器閉環(huán)跟蹤精度為0.5%,必須同時滿足 P=2% 0.5% 和 P=500% 0.5% 為此，當(dāng)P=2%時，調(diào)整輸入電路的運(yùn)放IC1的調(diào)0電位器，以滿足精度要求；

29、當(dāng)P=500%時，調(diào)整PI電路中的調(diào)0電位器，來滿足精度要求。 從以上分析可知從以上分析可知：跟蹤誤差取決于積分增益KI和各級引入的誤差，KI足夠大時主要取決于各級誤差；各級誤差由運(yùn)放參數(shù)決定，主要由失調(diào)電流和電壓引起，但它可通過調(diào)0電路來消除；溫度變化引起運(yùn)放的參數(shù)漂移，調(diào)零的方法無法解決。 4.3 特種調(diào)節(jié)器特種調(diào)節(jié)器 為了適應(yīng)多種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特殊要求，在基型調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，附加相應(yīng)的單元電路，形成了具有附加功能的調(diào)節(jié)器，即特種調(diào)節(jié)器。特種調(diào)節(jié)器的應(yīng)用可以大大提高過程自動化水平，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)和生產(chǎn)的安全性。 特種調(diào)節(jié)器的種類：特種調(diào)節(jié)器的種類： 抗積分飽和調(diào)節(jié)器抗積分飽和調(diào)節(jié)器非線性非線性P

30、ID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器微分先行微分先行PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器比例微分先行比例微分先行PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器一. 輸出限幅抗積分飽和調(diào)節(jié)器（一）積分飽和現(xiàn)象及其危害一）積分飽和現(xiàn)象及其危害 1. 積分飽和現(xiàn)象（過積分現(xiàn)象）積分飽和現(xiàn)象（過積分現(xiàn)象） 2. 積分飽和現(xiàn)象的危害積分飽和現(xiàn)象的危害 積分飽和現(xiàn)象在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是十分有害的，它會造成調(diào)節(jié)的滯后，使調(diào)節(jié)品質(zhì)變壞。如電路處于積分飽和狀態(tài)，當(dāng)偏差消失或反向時，例如偏差Vi由負(fù)值變?yōu)檎?，調(diào)節(jié)器輸出不能及時改變，調(diào)節(jié)閥不能及時動作，使調(diào)節(jié)器暫時喪失了調(diào)節(jié)功能，需要經(jīng)過一段時間使VF（上圖a）及V0（上圖b）恢復(fù)到開始限幅瞬間的數(shù)值，即使積分電路脫離積分飽和狀態(tài)時

31、，電路輸出才能對偏差作正確的反應(yīng)，這段等待時間就造成了調(diào)節(jié)的滯后，使調(diào)節(jié)過程的超調(diào)量加大。 要防止產(chǎn)生調(diào)節(jié)滯后作用，必須在輸出限幅的同時，采取抗積分飽和的措施。抗積分飽和的電路種類較多，下面我們以一個電路為例說明抗積分飽和的原理。（二）偏差反饋型積分限幅電路（二）偏差反饋型積分限幅電路 當(dāng)輸出V03在上下限設(shè)定電壓范圍內(nèi)，即 VL V03 VH （VL、VH及V03均對基準(zhǔn)電平VB而言）時，隔離二極管VD1、VD2均不導(dǎo)通，積分限幅電路不起作用，調(diào)節(jié)器對輸入偏差信號V02（及V01）按PI作用進(jìn)行運(yùn)算。 當(dāng)輸入超過上限，即V03 VH 時，IC5同相端電壓為正值，輸出正向飽和電壓VC，驅(qū)使VD

32、1導(dǎo)通，通過電阻加到IC7同相輔入端。因輸出V03超過上限，V02必定為負(fù)極性信號，VC與V02極性相反，由于IC5的開環(huán)增益很高，因此VC為很強(qiáng)的負(fù)反饋信號，它迫使V03保持在VH附近。此時，IC6輸出也為正信號，VD2截止，此路斷開。 當(dāng)輸出V03的小于下限VL時，即V03 VL ，VD2導(dǎo)通，E點(diǎn)電壓VE為負(fù)值，而此時的V02必定為正極性信號，因此 VE亦為很強(qiáng)的負(fù)反饋信號，它迫使 V03在 VL附近工作。非線性PID調(diào)節(jié)器分為： 分段PID調(diào)節(jié)器 不靈敏區(qū)的PID調(diào)節(jié)器 二. 非線性調(diào)節(jié)器 非線性調(diào)節(jié)器是整定參數(shù)（如KP）隨輸入信號大小變化的調(diào)節(jié)器，下圖所示即為非線性比例調(diào)節(jié)器的特性。不靈敏區(qū)的PID調(diào)節(jié)器，如右圖： 在控制點(diǎn)附近一個區(qū)域內(nèi)比例增益大幅降低，而在這個區(qū)域以外，則比例增益恢復(fù)原值 非