调节控制单元

1、第第13章章 调节控制单元调节控制单元自动检测技术及仪表控制系统自动检测技术及仪表控制系统 第二版第二版化学工业出版社化学工业出版社自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社Contents13.1 常规控制规律13.2. 调节器控制规律的实现13.3 常规调节器基本电路分析13.4 可编程序调节器13.5 先进调节器自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13 调节控制单元调节控制单元v在实际工业生产应用中，调节器是构成自动控制系统的核心仪表，它的基本功能是将来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此所产生的偏差进行比例、积分或微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作，以实

2、现对不同被测或被控参数如温度、压力、流量或液位等的自动调节作用v如同其他仪表的发展过程一样，用作调节和控制作用的调节器也经历了从模拟仪表到数模混合仪表，最终再发展到全数字式仪表的过程。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（1）典型控制系统v 单回路典型控制系统v 正作用调节器：v 负作用调节器：0,0y 0,0y 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（2）基本控制规律比例（P）控制规律v输出信号的变化量 与偏差信号 之间存在比例关系：v比例调节阶跃响应输出特性 曲线：pyKy自动检测技术及仪表控制系统

3、第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（2）基本控制规律积分（I）控制规律v输出信号的变化量 与偏差信号 之间存在比例关系：v积分调节阶跃响应输出特性 曲线：11ydtTy自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（2）基本控制规律微分（D）控制规律v输出信号的变化量 与偏差信号 之间存在比例关系：v微分调节阶跃响应 输出特性曲线：DdyTdty自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（3）常规控制规律微分方程表示法v比例积分（PI）控制规律v比例微分（PD）控制规律v理想比例积分微分（PID）控

4、制规律01()pIyKdtT()pDdyKTdt01()pDIdyKdtTTdt自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（3）常规控制规律传感器函数表示法v比例积分（PI）控制规律v比例微分（PD）控制规律v理想比例积分微分（PID）控制规律( )1( )(1)( )pIY sW sKE sT s( )( )(1)( )pDY sW sKT sE s( )1( )(1)( )pDIY sW sKT sE sT s自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（3）常规控制规律图示法自动检测技术及仪表控制系统 第二版化

5、学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（3）常规控制规律频率特性表示法v比例积分（PI）控制规律v比例微分（PD）控制规律v理想比例积分微分（PID）控制规律2111()(1),()1,( )()PPIIIG jKG jKj TTT =arct an（）2()(1),()1,( )()PDPDDG jKj TG jKTT （）=arctan2111()(1),()1,( )()PDPDDIIIG jKj TG jKTTj TTT （）=arct an自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（3）常规控制规律频率特性表示法自动检测技术及仪表控制系

6、统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（4）使用PID控制规律的构成v由反馈回路PID环节构成的PID运算电路自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（4）使用PID控制规律的构成v由PD和PI串联构成的PID运算电路自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（4）使用PID控制规律的构成v由P、I、D串并联混合构成的PID运算电路自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.1 常规控制规律常规控制规律（4）使用PID控制规律的构成v实际PID调节器的阶跃响应曲线自动检测技术及仪表控

7、制系统 第二版化学工业出版社13.2 调节器控制规律的实现调节器控制规律的实现（1）DDZ-型调节器PID控制规律的实现vDDZ-型调节器的PID控制规律是利用运算放大器电路先分别形成PD核PI控制规律，然后串联形成PID控制规律。v由于微分控制规律只有在输入信号发生变化时才起作用，所以运算放大电路中先进行微分调节作用，然后再进行积分作用。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.2 调节器控制规律的实现调节器控制规律的实现（1）DDZ-型调节器PID控制规律的实现 比例微分电路v 比例微分电路构成：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.2 调节器控制规律的实现调节

8、器控制规律的实现（1）DDZ-型调节器PID控制规律的实现 比例微分电路v 比例微分规律阶 跃动态响应曲线：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.2 调节器控制规律的实现调节器控制规律的实现（1）DDZ-型调节器PID控制规律的实现 比例积分电路v电路组成：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.2 调节器控制规律的实现调节器控制规律的实现（1）DDZ-型调节器PID控制规律的实现 比例积分电路v比例积分调节规律 阶跃动态响应曲线：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.2 调节器控制规律的实现调节器控制规律的实现（1）DDZ-型调节器PID控制规律

9、的实现 PID控制规律传递函数vDDZ-型调节器PID控制规律是由PD环节和PI环节串联而成，因而PID控制规律的传递函数应是两者的乘积：( )( )( )PIDPDPIWsWs Ws自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.2 调节器控制规律的实现调节器控制规律的实现（2）数字式调节器控制规律的实现v数字式调节器可采用理想的PID调节算法，也可采用实际的PID调节算法，在此分别称完全微分型和不完全微分型。v完全微分型:v不完全微分型：10()nDnPninniITTyKTT110()DnDDnPninnnDDiIDDTTKTyKyTTTTTKK自动检测技术及仪表控制系统 第二版化

10、学工业出版社13.3 常规调节器基本电路分析常规调节器基本电路分析（1）DDZ-型调节器基本电路分析v基型调节器基本电路由指示单元和控制单元两部分组成，如图：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.3 常规调节器基本电路分析常规调节器基本电路分析（1）DDZ-型调节器基本电路分析v 主要性能：v 输入测量信号：15V DCv 内给定信号：15V DCv 外给定信号：420mA DCv 输入阻抗影响：=满刻度的0.1%v 输出信号：420mA DCv 负载电阻：250750v 比例度：P=2%500%v 积分时间：0.0125minv 微分时间：0.0410minv 调节精度：0.

11、5级自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.3 常规调节器基本电路分析常规调节器基本电路分析（2）数字式调节器基本电路分析v数字式调节器的典型电路结构：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.3 常规调节器基本电路分析常规调节器基本电路分析（2）数字式调节器基本电路分析v数字式调节器整体管理程序：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.3 常规调节器基本电路分析常规调节器基本电路分析（2）数字式调节器基本电路分析v数字式调节器设计思想：具有与常规模拟式调节器形同的外特征；保持常规模拟式调节器的操作方式；功能价格比较高；功能的模块化；具有自诊断的异常报警

12、功能；提供通讯功能自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.4 可编程序调节器可编程序调节器（1）可编程序调节器的工作原理v 可编程序调节器是数字式调节器的重要应用实例之一。v 在软件方面的功能，主要体现在为用户提供了将各种软件模块有机地连接起来的途径，从而使其具备了用户程序可根据实际控制需要，由用户自行进行编制的可能。v 能够完成一定特定功能的软件段形成各种典型的通用软件模块，并定义了相应的编程语言，这种编程语言介于高级语言与汇编语言之间，是一种面向过程控制的专用语言。v 用户使用编程语言可进行各种功能模块的组态，指明模块之间的连接顺序，定义输入和输出数据，以及确定模块调用的指令

13、代码等，从而最终形成能够完成某种调节功能的用户程序v 一般地，编程语言除了进行读入和输出数据的传送语句外，还有完成必要的运算与控制功能的语句自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.4 可编程序调节器可编程序调节器（1）可编程序调节器的工作原理v典型调节器SLPC*E，其所有功能都依靠寄存器完成，寄存器结构图：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.4 可编程序调节器可编程序调节器（2）程序控制规律的构成和实现v 在可编程序调节器的ROM中不仅存放有软件管理程序，同时还存放有各种运算模块和功能模块。将这些运算模块和功能模块通过一定的方式连接或组态起来，即可形成实用的具

14、有一定控制规律的用户程序。v 每个模块在组态过程中都要求使用一定的代码来描述模块间的组态关系。v 一般地用于可编程序调节器的代码分两类，一类是数字式的代码，其形式接近机器语言；另一类是类似助记符号的英文字符串或其他符号，其形式接近汇编语言。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.5 先进调节器先进调节器（1）增强型调节器v增强型调节器是数字式调节器的进一步发展，它除能够完成调节器的常规任务外，还对调节器各种功能的实现进行了改进和完善v增强型调节器的控制规律是在不完全微分PID基础上，根据实际需要再做进一步的改进而得到的,可以使实际PID控制规律所能得到的最佳过渡过程中存在的某些缺

15、陷得到克服或缓解，控制质量与可靠性得到提高。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.5 先进调节器先进调节器（1）增强型调节器v在不完全PID控制规律基础上，可对PID参数追加专家自整定功能，是控制规律始终采用最佳参数值，保证控制效果良好：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.5 先进调节器先进调节器（1）增强型调节器v对于具有两个以上干扰源及较大惯性滞后时间常数的被控对象来说，可采用串级控制与前馈加反馈控制，改善控制效果。 串级控制系统原理图自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.5 先进调节器先进调节器（1）增强型调节器 前馈加反馈控制系统原理图自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.5 先进调节器先进调节器（2）改进型PID控制算法v微分先行PID控制：微分运算对设定值变化不起作用，克服作用带来的输出突变：自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社13.5 先进调节器先进调节器（2）改进型PID控制算法v比例微分先行PID控制：自动检测技术及仪表