运算器和执行器

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1、运算器——乘除器和开方器执行器——气动执行器模拟控制仪表的运用第3章运算器和执行器运算器接受来自变送器或转换器的统一标准信号，它可对一个或几个输入信号进行加、减、乘、除、平方、开方等多种运算，以实现各种算法，满足自动检测和控制系统的要求。执行器接受来自调节器的控制信号，由执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构（调节阀），改变控制量，使被控变量符合预期要求。3.1运算器3、1、1乘除器（一）概述乘除器可对两个或三个1-5V的直流电压信号进行下列四种运算，运算结果以1-5V直流电压或4-20MA直流电流

2、输出。乘除器最基本的运算关系是乘除复合运算，而实现乘除复合运算的基础是乘法运算。1、乘法运算的实现方法可用霍尔元件的霍尔效应，也可用单向矩形脉冲或正、负矩形脉冲的调宽调高原理来构成乘法线路。在电动仪表中，目前普遍应用单向矩形脉冲的调宽调高原理实现乘法运算。乘法电路由调宽电路、调高电路和滤波电路串联而成。其中调高电路和滤波电路通常称为乘法电路M。调宽电路K1调高电路K2滤波电路UDMX2X1简单乘法电路方框图此电路实现：对于单向矩形脉冲（图3-1），其直流分量为：矩形脉冲周期矩形脉冲幅值矩形脉冲宽度直流分量UmTt0t

3、pU图3-1单向矩形脉冲乘法运算的实现方法滤波取直流分量，完成乘法运算控制矩形脉冲的宽度（调宽）控制矩形脉冲的幅值（调高）调宽电路k1滤波电路调高电路k2x1sUDx2M图3-2简单乘法电路方框图x2滤波电路调高电路k2调宽电路k1SUDM1放大器Kx3调高电路k3滤波电路xfM2－x1图3-3乘除器构成方框图乘除器的构成原理－负反馈x2滤波电路调高电路k2调宽电路k1SUDM1放大器Kx3调高电路k3滤波电路xfM2－x1输入电路1N1乘法电路1比较器比例放大电路N0输出电路输入电路2N2附加偏置电路1乘法电路

4、2附加偏置电路2输入电路3N3Ui1Ui2Ui3Uo3+－UfSU22Uo2UoU11U31U21U23图3-4乘除器方框图自激振荡时间分割器U22＝U11U21/U31（二）工作原理2、应用负反馈原理构成乘除器简单乘法电路难以达到运算精度的要求，因为是开环的，电路元件变量的漂移会造成输出不稳定，并且很难保证调宽电路S和X1的线性关系。为了提高运算精度，应采用负反馈技术，即在X1与S间设置一个放大系数足够大的放大器，而在反馈回路上再设置一套调高和滤波电路（即乘法电路M2，其系数为K3）。电路的第三个输入信号X3（作

5、为除数）加入新增的调高电路。设放大器的放大系数为K，放大器的输入偏差信号为ε，放大器的输入偏差信号为Xf,则可得到：放大器K调宽电路K1调高电路K2滤波电路滤波电路调高电路K3SεXfX2X1UDM1X3M2乘除器构成方框图求解上述四式可得：当，即满足深度负反馈条件时，则有：设，则：上式即为乘除复合运算的关系式。此式表明，在满足深度负反馈条件下，乘除器的输出信号的大小仅与输入信号有关而不受电路变量漂移和非线性的影响。3、1、2开方器（一）概述开方器对1-5V的直流电压信号进行开方运算，运算结果以1-5V的直流电压或4

6、-20MA的直流电流输出。其运算关系为：其中K为开方系数。开方器的作用是实现开方运算，它是控制系统中经常使用的一种运算器。通常运用于节流式流量计中，对差压变送器的输出信号进行开方运算后可以得到与被测流量成比例的信号。实现开方运算有许多方法，对乘除器作适当改动或者直接使用乘除器都可以。但一般来说在开方器中还设有小信号切除电路，这是因为开方器对小信号的运算精度很低，而乘除器中没有小信号切除电路，所以在工程上还是比较少用乘除器来实现开方运算的。一般还是用开方器开方器在节流装置流量测量中的应用差压变送器节流装置开方器指示记录

7、仪比例积算器控制器瞬时流量累计流量qPxy开方运算的实现通过改变乘除器信号线的连接方式来实现开方运算或对乘除器线路作适当改进，也可采用折线逼近和应用霍尔元件等方法来实现。小信号切除2y=Kdydx=由可得xKx可见，x很小时,动态放大系数很大，x稍有波动，就会引起输出y的很大变化，造成开方器在小信号输入时的较大运算误差。所以,在信号小于输入满量程的1%时，应将输出信号切除。UiUo输入电路1N1乘法电路1K2比较器乘法电路2K3+－UfSU22U21比例放大电路N2小信号切除电路输出电路N0U23U23开方运算部

8、分U11图3-13开方器方框图（二）工作原理振荡条件：U23U21（4.5V）U11自激振荡时间分割器的起振条件实际的切除值可通过UL来调整小信号切除电路开方器的输入输出特性一、开方器的构成原理在模拟式仪表中有许多种方法可以实现开放运算。如利用二极管的开关作用构成折线电路，并通过调整电路元件的参数，使其输入与输出之间呈开放运算特性，如图4－2（