13控制器结构.

—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系1P：△u=KPeI：△u=1/TI∫edtD：△u=TDdtdeδ作用及时消除余差超前作用△u=Kp（e+edt+TD）dtdeIT1et△utt=0AKpAAtTKIPKPA（KD-1）复习—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系2控制器介绍控制器的作用是将被控变量测量值与结定值进行比较，然后对比较后得到的偏差进行比例、积分、微分等运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。模拟调节器（控制算法由电路实现）数字控制器（含CPU，控制算法由程序实现）—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系3一般控制器还需要具备如下功能，以适应自动控制的需要：偏差指示指示偏差信号模拟调节器——指针式表头全刻度指示：输入信号和设定值分别由不同的指针在0～100％范围指示偏差值指示：仅利用一个指针来指示偏差信号±30％数字控制器——通过LED或者液晶屏显示输出显示显示调节器输出信号的大小，习惯上输出显示表也称作阀位表。内、外给定的选择给定信号可以由调节器内部产生，也可以由其它仪表外部提供—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系4内给定的调整若设定值为内给定，用户可以调整调节器上的内给定拨盘来改变设定值正、反作用的选择何谓正作用？何谓反作用？手/自动双向切换何谓手动？何谓自动？为什么要进行手自动切换？手动操作可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变控节器的输出无扰动切换手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即控制器的输出信号不发生突变（即必须要求无扰动切换）Kp/Ti/Td的设置改变控制器的特性—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系5模拟控制器外形图12345667DDZ－III型调节器正面图1－位号牌2－内外给定指示3－内给定设定拨盘4-A/M/H切换5－阀位表6－软手动操作扳键7－双针全刻度指示表—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系6数字控制器外形图—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系7基型调节器的构成方框图第二节DDZ―Ⅲ型电动调节器—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系8基型调节器的电路分析(1)输入电路作用：是偏差检测与放大；Ii250ΩRCM实际是偏差差动电平移动电路①②是电平移动目的：①是为了消除集中供电引入的误差。②是为了保证运算放大器的正常工作—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系9－＋R1R2R3R4R5R6R7R8UBU01U/01UiUCM1UCM2US同相端电压)(312!BCMCMSTUUUUU反相端电压)21(31012!BCMCMiFUUUUUUU01=-２（Ui－Us）③将与零伏为基准的输入信号，变成与10伏为基准的输出。结论：②输出只与偏差有关，与线路上的压降无关。U01变化范围：－８～＋８V。U01=２（Ui－Us）正反作用切换开关0.47～2.33V↓3.8～5.66VK①二倍偏差放大。—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系10021UUFTUU02tUT011UntU01△U01△U01tUO21、工作原理(2)比例微分电路—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系112、传递函数)(1)(02SUSUF)(11)(1)(0101SUSCRRnnSUnSUDDDT)(11)(0102SUSKTSTKSUDDDDKD=n—微分增益TD=nRDCD—微分时间电容C的阻抗：1CS—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系12)(11)(0102SUSKTSTKSUDDDDKD=n—微分增益TD=nRDCD—微分时间0102])1(1[)(UeKKtUtTKDDDD阶跃输入响应时间函数t=0+:0102UUt=∞:0102UKUD:DDKTt0101021368.0UKUKKUDDDtUO2?1T(t=T)ΔT63.2%Δ思考：TD如何测试？S的作用：—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系13工作原理S3→“×1”：m＝1S3→“×10”：m＝10P运算：)()(0203sUCCsUMIPI运算：msUSCRsUMII)(1)(0203PI运算（理想）：)()11()(0203sUSCmRCCsUIIMI)()11()(0203sUTCCsUIMI(3)比例积分电路—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系14实际PI：)(1)1(11)11()(023303sUSCRACCASTCCsUMIMIIMISTKSTCCWIIIMISPI1111)(IIICmRT当KI→∞时为理想情况IMImCCAK3—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系15阶跃输入响应时间函数02103])1([UeKKCCUtKTIIMIIIt-△U03t△U0202UCCMI02UCCKMIIt=0+:t=∞:0203UCCUMISTKSTCCWIIIMISPI1111)(0203UKCCUIMI回忆：TI如何测试？t=TI时:02032UCCUMITI—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系16(4)整机传递函数U02输入电路PD电路PI电路UiUS-e-2U01SKTSTnDDD11STKSTCCIIIMI1111U03SKTSTKTKKTSTSTTTKsWDDIIIIDDDIIDP1111)(SKTSTKSFTSFTFKDDIIDIP1111F干扰系数MIPCCnK2PPFKK/IIFTT/FTTDD/FKKII/FKKDD/sKTsKTsTsTKsWDDIIDIp///////11)11()(et△utt=0AAKKDP//AKKIP//—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系17(5)输出电路作用:将比例积分电路输出的以UB为基准的1~5VDC电压信号U03转换为流过负载RL（一端接地）的4~20mADC输出电流I0—电压-电流转换电路定性分析：U03↑→UF↑→A4输出↓→IC1↑→IC2↑→I0↑U04↓UF↓(直至UF＝UT)定量分析：I0＝I/0－If—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系18差动输入运算放大器03242304URRRUHRUI04/02304RUIf)(2324030HHRRRRRUI当U03＝1～5V时，I0＝４～20mAUB＝10V，UE＝24V，UF＝21.2V;选择A4应同时满足共模输入电压及最大输出范围的要求U03＝5V时，U04＝23.75V;—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系19(6)手操电路硬手操的操作旋钮手操电路的作用是实现手动操作，它有软手操与硬手操两种操作方式—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系20软手操电路－＋CMUBU03－VRRM1RM2RM1RM2＋VRS41S42S43S44－＋CMUBU03UR(-VR)RM103()??()RUSUS11MMCRS()??RUSRVS03211()RMMVUSCRS031RMMVUtCR当S41按下时：—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系21当S41按下时：－＋CMUBU03－VRRM1RM2RM1RM2＋VRS41S42S43S4403211()RMMVUSCRS031RMMVUtCR当S42按下时：032121()()RMMMVUSCRRS0312()RMMMVUtCRR当S43按下时：03211()RMMVUSCRS031RMMVUtCR当S44按下时：032121()()RMMMVUSCRRS0312()RMMMVUtCRR快速上升慢速上升快速下降慢速下降—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系22扳键S4扳向软手操输入电压+UR一侧时，+VR通过由RM、CM和A3组成的积分电路使U03线性下降；当扳键S4扳向-UR一侧时，U03线性上升。按下扳键S4的时间越长，U03的改变越大如果S41～S44都不按下的时候，如右图：在实际电路中：CM＝10μF，RM1＝30kΩ，RM2＝470kΩ如果使U03的输出在1～5V全量程范围内变化，则：在快速手操状态下，需要6秒在慢速手操状态下，需要100秒电容CM上没有电流，CM上的电压保持不变，即U03不变说明该手操电路有很好的保持性。（输出保持：－0.1％/小时）－＋CMUBU03—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系23硬手操电路－＋CMUBU03RHRFWHUH—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系24因为RF==RH=30kΩ所以U03=–UH03()??()HUSUS1()1FHFMRRRCS－＋CMUBU03RHRFWHUH1//FMHRCSRFHRR—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系25手自动操作之间的切换自动(A)软手动(M)硬手动(H)由于S2的作用，使积分电容CI的右端电压恒等于UB。①→A：UF不变，U03不会跳变。无平衡无扰动切换②→M：－＋CMUBU03UF不变，U03不会跳变。无平衡无扰动切换③→H：－＋CMUBU03RHRFWHUHU03=–UHUF会变，U03会跳变。必须进行预平衡操作，然后进行切换—过程控制基础及应用—浙江大学信息学院控制系26BiLURURRI21)211(0(7)指示电路oiUU－＋RRR500kΩRRL820ΩUBU0Ui330ΩI0I/0IF作用：01iLIUR可以通过调整指示表的机械零点去除调整RL，把1～5V的Ui转化成1～5mA的Io。为什么指示表头不直接与RL串接在一起？RUUIBiF2把1～5V输入转化成1～5mA的电流信号，该电流通过动圈表头指示出来。