过程控制及仪表PPT电子教案课件-第二章 基型控制器

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1、辽宁科技大学电信学院过程控制及仪表第二章基型控制器基型控制器又称基型调节器，对来自变送器的1-5V直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，输出4-20MA（DC）直流控制信号。一、基型控制器介绍调节器在控制回路中的位置？第二章基型控制器基型控制器组成：由控制单元和指示单元组成。见图2-1。第二章基型控制器控制单元：输入电路(偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路(由PD与PI运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路；指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路、内设定电路。调节器的信号：输

2、入信号、内设定信号：1～5V直流电压；外设定信号：4～20mA直流电流，（它经过250Ω精密电阻转换成1～5V直流电压）调节器的工作状态：“自动”、“软手动”、“硬手动”及“保持”四种。第二章基型控制器“自动”状态：测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、比例积分电路对其偏差进行PD和PI运算后，再经过电路转换为4～20mA直流电流，作为调节器的输出信号去控制执行器。“软手动”状态：可以通过选择键位调节器处于“保持”(即它的输出保持切换前瞬间的数值)状态，或使输出电流可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过

3、程进行手动控制。“硬手动”状态：调节器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。第二章基型控制器在基型控制器基础上增设附加电路可构成各种特种控制器，如抗积分饱和控制器、前馈控制器、输出跟踪控制器、非线性控制器、也可附加某些单元具有报警、限幅等功能。基型控制器有两个品种：全刻度指示控制器和偏差指示控制器。第二章基型控制器第二章基型控制器二、输入电路—偏差差动电平移动电路第二章基型控制器组成：由IC1及电阻组成。输入：Ui-Us。输出：Uo1，以UB为参考电压。作用：1).将（Ui-Us）后放大两倍反相以Uo1输

4、出，即Uo1=-2(Ui-Us)。2).电平移动。将以零伏为基准的输入信号转换为以UB为基准的输出信号Uo1。电平移动的目的：使IC1工作在允许的共模输入电压范围内。电路分析：同相输入端等效电路反相输入端等效电路第二章基型控制器三、PD电路组成：IC2、CD、RD、S；输入信号：Uo1；输出信号：Uo2,送PI电路；作用：对Uo1进行PD运算，可设置TD、KP（或比例度），见图2-5。TD为微分时间；KP为比例系数。无源比例微分电路S置断时，切除微分，只有比例作用比例运放电路第二章基型控制器第二章基型控制器第二章基型控制器定

5、性分析：ΔUo1阶跃时，t0+时CD电压不能突变，ΔUo1全部加到IC2同相端，随着CD充电，UCD从零按指数规律上升，ΔUT按指数规律下降，当CD充电结束时，CD上电压与R9.1k电阻上电压相等.ΔUT（∞）=1/n*ΔUo1，并保持不变。ΔUo2与ΔUT的关系：ΔUo2=αΔUTΔUo2与ΔUT的曲线变化形状相同。无源比例微分电路S置断时，切除微分，只有比例作用比例运放电路n=10可改变比例度定量分析：IC2看作理想运放，对无源比例微分网络有：第二章基型控制器对比例运放电路有：无源比例微分电路S置断时，切除微分，只有比例作用

6、比例运放电路n=10可改变比例度第二章基型控制器无源比例微分电路S置断时，切除微分，只有比例作用比例运放电路n=10第二章基型控制器快速的调节作用，超前作用第二章基型控制器当图中开关处于“断”的位置时，微分作用切除，电路只有比例作用。问：当电路由断到通时IC2同相端电压会不会突变，对控制过程有无扰动。为什么？第二章基型控制器四、PI电路组成：由IC3、RI、CM、CI组成，有源PI运放电路；输入信号：ΔUo2输出信号：Uo3，送输出电路。作用：将PD电路输出的ΔUo2进行PI运算，输出以UB为基准的1~5V电压ΔUo3至输出电

7、路；手操信号输入，手自动切换在本级切入。第二章基型控制器联动限位第二章基型控制器ΔS3积分换档：X1，X10两档；S1、S2：联动开关，完成自动、软手动、硬手动切换（系统手动操作）；3.9k电阻、VD二极管：用于限幅器等（特种调节器）；VZ：限位。PI电路的等效电路：图2-8。比例电路部分：CI、CM积分电路部分：RI、CMm:X1档时，m=1;X10挡时，m=10.比例积分比例输入积分输入Δ第二章基型控制器定量分析：设IC3为理想运放，其输出电压由两部分组成：Δ第二章基型控制器第二章基型控制器Δ第二章基型控制器第二章基型控制器

8、缓慢的调节作用，直到偏差为零时才不变化。第二章基型控制器第二章基型控制器第二章基型控制器作用：把PID输出ΔUo3（以UB为基准）转换成4-20mA.DC输出。实现电压—电流转换。见图2-12。组成：由IC4、VT1和VT2复合管组成。第二章基型控制器定性分析：