化工仪表及自动化实验四

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1、实验四：电动III型调节器一．实验目皿aname="top">1.了解电动III型调节器的结构和使用方法2.了解PID控制输出特怿/li>二．实验仪器及设夿/strong>1.电动III型调节器（VI86-E310＿1叿/li>2.校验信号发生噿（DFX-02＿1叿/li>3.单笔记录仿（XWFJ-100＿1叿/li>4.0.5级直流毫安表1叿/li>三．调节器特怿/strong>　　调节器将来自变送器的测量信号与设定值相比较后产生的偏差（e=y-r）进行比例、积分、微分（PID）运算，并输出标准统一信号去控制执行机构的动作，以实现对被控变量的自

2、动控制〿br>　　调节器上通过对三个参数（比例度δ、积分时间TI、微分时间TD）的设置改变控制规律以及控制作用的强弱〿/p>＿）若TI为∞，TD丿，积分项和微分项都不起作用，则为比例控制〿br>＿）若TD丿，微分项不起作用，则为比例积分控制〿＿）若TI为∞，积分项不起作用，则为比例微分控制〿/p>1.了解测温元件的种类与使用方法2.掌握测温元件与显示仪表的正确配接方法1．比例控制（P＿　　比例控制规律时，调节器的输出变化量与输入偏差成正比例，在时间上没有延滞。其开环输出特性如囿4-1所示〿　　比例增益Kc是调节器的输出变釿Δu(t)与输入变釿e(

3、t)之比〿Kc越大，在相同偏差e(t)输入下，输出Δu(t)也越大。因歿Kc是衡量比例作用强弱的因素。工业生产上所用的调节器，一般都用比例度δ来表示比例作用的强弱。在电动III型调节器丿δ=1/Kc×100%＿因此比例庿δ与比例增盿Kc成反比。δ越小，刿Kc越大，比例控制作用就越强；反之，δ越大，则Kc越小，比例控制作用就越弱〿2．比例积分控制（PI＿　　具有积分控制规律的调节器，其输出信号的大小不仅与偏差信号的大小有关，而且还将取决于偏差存在的时间的长短。在幅度丿A的阶跃偏差作用下，积分调节器的开环输出特性如囿4-2所示〿　　积分控制规律在工业

4、生产上很少单独使用，因为它的输出逐步增大，控制作用总是滞后于偏差的存在。因此都是将比例作用与积分作用组合成比例积分控制规律来使用〿　　比例积分控制规律是比例作用与积分作用的叠加。在阶跃偏差作用下，比例积分调节器的开环输出特性如囿4-3所示。当偏差的阶跃幅度为A时，比例输出立即跳变臿KcA,尔后积分输出随时间线性增长。在Kc咿A确定的情况下，直线的斜率将取决于积分时间TI的大小：TI越大，直线越平坦，说明积分作用越弱；TI越小，直线越陡峭，说明积分作用越强。因耿TI是描述积分作用强弱的一个物理量〿 3．比例微分控制（PD＿　　微分输出只与偏差的变化

5、速度有关，而与偏差的存在与否无关，即偏差固定不变时，不论其数值有多大，微分作用都无输出。微分控制要与比例控制结合在一起使用〿　　在阶跃偏差信号（幅度A）的作用下，实际PD调节器开环输出特性参见图4-4。在偏差跳变瞬间，输出跳变幅度为比例输出皿KD倍（KD是微分增益），即KDKcA,然后按指数规律下降，彿t趋于无穷大时仅有比例输出KcA。因此决定微分作用的强弱有两个因素：一个是开始跳变幅度的倍数，取决于KD，另一个是降下来所需要的时间，用微分时间TD来衡量。输出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越强。通常KD=10，因此用TD来表示微分控制作用的强

6、弱。微分时闿TD越大，微分控制作用越强〿/p>4．比例积分微分控制（PID＿　　在幅度为A的阶跃偏差作用下，实陿PID控制可看成是比例、积分和微分三部分作用的叠加，其开环特性如囿4-5所示〿四．实验内容　　利用信号发生器输凿4~20mA直流电流给调节器，与调节器设定值比较得到偏差信号。调节器对偏差进衿PID运算后输出控制信号。本实验中调节器输出信号通过显示仪表记录。调节器内部已经设置成正作用（即调节器正偏差增大，调节器的输出将增大）〿电动III型调节器＿VI86-E310）正面板、侧面板及背面接线端子示意图见图4-7〿接线后，按以下步骤进行实验：

7、1.信号发生器各开关位置设定：“短路开关和相位切换开关”置于向“上”的方向＿br>“输出电流量程切换开关”置于‿0”；“电县电流切换开关”置于“电流”；“电浿Ω输出切换开关”置于“电流‿/li>2.调节器手自动设置开关置于“手动”，旋转手动操作旋钮，观察调节器输出阀位表以及输出值是否相应变化（从记录仪上读得）〿/li>3.比例度P调试〿br>置调节器于“手动”状态，比例度旋钮放圿00%，通过手操使调节器输出丿2mA。改变信号发生器“输出电流调整”旋钮开关，使其输出丿2mA（从电流表上读得）。调整调节器设定值，使偏差为0（测量值指针与设定值指针对齐

8、）〿然后将调节器置于“自动”，此时调节器输出电流对应为12mA。调节器微分时间罿，积分时间置最大，此时相当于比例控制。将信号发生器输出突