模拟量检测与控制

内容检测与转换技术模数和数模转换S7-300PLC模拟量处理模拟量闭环PID控制2/4/20231模拟量的基本概念模拟量：在时间上、数值上都连续变化的物理量。初始性模拟量大部分是自然界的初始变量。对非电量进行测量、处理、控制时，要把非电量转化成模拟电信号。标准的模拟电压信号：010V。标准的模拟电流信号：420mA或020mA。2/4/20232模拟量的基本概念连续性模拟量随时间的变化曲线是光滑而连续的，没有间断点。2/4/20233检测与转换技术现代检测技术的一个明显特点是采用电测法，即电测非电量。首先将被测物理量从研究对象中检出并转换成电量，然后再根据需要对变换后的电信号进行某些处理，最后以适当的形式输出。2/4/20234检测与转换技术传感器直接与被测对象发生联系，它的功能是将被测参数直接或间接转换成电信号。它的好坏直接影响检测装置的质量，是检测装置的重要部件；传感器往往也被称为敏感元件或一次元件。2/4/20235检测与转换技术中间变换装置根据不同情况有很大的伸缩性。在简单的检测系统中可能完全省略，将传感器的输出直接进行显示或记录（比如由热电偶和毫伏表组成的测温系统）。大多数测试系统而言，中间变换环节是必不可少的。信号的变换包括：放大，调制、解调、滤波等等。功能强大的检测系统往往还要将计算机作为一个中间变换环节，以实现诸如波形存储、数据采集、非线性校正和消除系统误差等功能。远距离测量时还需要数据传输装置。

2/4/20236检测与转换技术机床轴承故障监测系统中的中间变换装置由带通滤波器、A/D变换和计算机中的FFT分析软件三部分组成。测试系统中传感器为加速度计，它负责将机床轴承振动信号转换为电信号；带通滤波器用于滤除传感器测量信号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大，A/D信号采集卡用于对放大后的测量信号进行采样，将其转换为数字量；FFT（快速傅里叶变换）分析软件则对转换后的数字信号进行FFT变换，计算出信号的频谱；最后由计算机显示器对频谱进行显示。另外，测试系统的测量分析结果还可以和生产过程相连，当机床振动信号超标时发出报警信号，防止加工废品的产生。2/4/20237检测与转换技术传感器变送器显示器A/D被测参数参数显示电信号标准电信号变送器分为电流输出型和电压输出型。电压输出型变送器具有恒压源特性，输入阻抗很高。如果变送器距离PLC较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如1A干扰电流在10M输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远处传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。电流输出型变送器具有恒流源的性质，内阻很大，输入阻抗较小(例如250)。线路上的干扰信号在模块的输入端阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适合于远程传送。2/4/20238检测与转换技术——检测仪表的工作特性检测仪表的工作特性-----能满足被测参数测量和系统运行需要而应具有的仪表输入/输出特性。通过量程与零点的调整与迁移来实现。

2/4/20239检测与转换技术——检测仪表的工作特性被测参数经传感器进入变送器，经变送器输出标准信号。两者为单值关系且呈一定比例关系。被测量量程被测量上、下限偏差值to仪表工作特性信号输出上、下限偏差2/4/202310检测与转换技术——检测仪表的工作特性根据仪表的工作特性，可以由变送器输出的任一信号大小，确定该信号所对应的被测参数值：一个DDZ-III型温度检测仪表(输出范围为420mA)，其测温范围为50150C。用其检测一个物体温度，测得与其配接的变送器输出信号为12mA，该物体温度是多少？2/4/202311检测与转换技术——检测仪表的工作特性量程调整零点调整与零点迁移a)零点调整b)正零点迁移c)负零点迁移2/4/202312检测与转换技术——测量误差——类型明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。粗大误差2/4/202313检测与转换技术——测量误差——类型指检测仪表本身或其他原因引起的有规律的误差，它反映了测量值偏离真值的程度。来源主要有：仪表的示值不准（如刻度分度差错），零值误差（如零点漂移），仪表的结构误差（如电子元器件老化）等，由仪表引入的系统误差；者由实验者造成的服从一定规律的误差；由于实验条件不能满足理论公式或测量方法产生的误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。系统误差2/4/202314检测与转换技术——测量误差——类型在相同条件下对同一被测参数进行多次重复测量，各测量值之间存在差异，这种误差的绝对值及符号是不确定的，称为随机误差。它服从一定的统计规律，因此可以通过测量增加次数，利用概率论和统计学方法，对测量结果进行统计处理，从而减小其对测量结果的影响。随机误差2/4/202315检测与转换技术——测量误差——类型当测量参数随时间迅速变化时，由于检测元件中的各种运动关系和能量转换，使检测仪表的测量值不能及时跟随被测参数的变化而产生的误差，称为动态误差。由于检测仪表工作在闭合控制系统中，所有其动态特性会直接影响整个系统的控制品质。动态误差2/4/202316检测与转换技术——测量误差——绝对误差读数绝对误差：测量值：仪表读数真实值仪表的最大绝对误差

：真值是无法得到的，常用精度更高的仪器示值A来近似代替：读数绝对误差：2/4/202317检测与转换技术——测量误差——相对误差实际相对误差：示值相对误差：引用相对误差：！！为减少仪表读数误差，仪表应尽量工作在量程的70%-80%。注：2/4/202318检测与转换技术——检测仪表的性能指标精密度 在相同条件下，对同一个量进行重复测量时，这些测量值之间的相互接近程度即分散程度，它反映了随机误差的大小。准确度 它表承测量仪器指示值对真值的偏离程度，它反映了系统误差的大小。精确度是精密度和准确度的综合反映，它反映了系统综合误差的大小，常用测量误差的相对值表示。2/4/202319精度等级：

按国家统一规定的允许误差大小划分成的等级。精度等级常以一定符号内的数字标明，在仪表面上。我国仪表精度等级为：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等级数越小，精度越高。

校验用标准表多为0.1，0.2级；工业现场多为0.4~0.5级。检测与转换技术——检测仪表的性能指标2/4/202320检测与转换技术——检测仪表的性能指标允许误差例：某仪表的精度等级为1.5，则允许误差为±1.5%2/4/202321仪表灵敏度η：仪表指针的线位移或角位移与被测参数的变化之比。反映仪表对被测参数变化的敏感程度。提高灵敏度≠提高精确度！！检测与转换技术——检测仪表的性能指标2/4/202322①圆形表用角位移：②直线形表用角位移：例:量程0~200满量程指针超过270℃满量程3000移动距离40mm检测与转换技术——检测仪表的性能指标2/4/202323检测与转换技术——检测仪表的性能指标可靠性：可靠性是反映检测仪表在规定条件下，在规定时间内是否耐用的一种综合质量指标。常用的可靠性指标有：平均无故障工作时间平均修复时间有效度：指平均无故障时间与平均无故障时间及平均修复时间之和的比值。2/4/202324灵敏限：指能够引起仪表指示值（输出信号）发出变化（动作）的被测参数（输入信号）的最小（极限）变化量。与灵敏度是不同的概念。检测与转换技术——检测仪表的性能指标2/4/202325检测与转换技术——检测仪表的性能指标某DDZ-III型测温仪表的测温范围为2001200C，出厂前校验时各点的测量结果如下（单位：

C）：被校表读数200300400500600700800900100011001200标准表读数2012984035015996017989021001109812022/4/202326检测与转换技术——检测仪表的性能指标1.该仪表的最大绝对误差被校表读数200300400500600700800900100011001200标准表读数201298403501599701798902100110981202绝对误差-1+2-3-1+1-1+2-2-1+2-2最大绝对误差：2/4/202327检测与转换技术——检测仪表的性能指标最大相对误差：仪表精度为0.3，由于国家规定的精度等级中没有0.3级仪表，所以该仪表的精度等级选为0.4级。量程：工作特性：2.该仪表的精度等级、量程和仪表的工作特性2/4/2023283.现有该仪表和0.5级200800C两个测温仪表，要测600C的温度，采用哪个测温仪表好？检测与转换技术——检测仪表的性能指标采用该仪表时，可能出现的最大示值相对误差为：采用0.5级200800C仪表时，可能出现的最大示值相对误差为：可见，用量程范围适当的0.5级仪表测量，能得到比量程范围大的0.4级仪表更准确的结果。2/4/202329检测与转换技术——检测仪表的性能指标因此，在选用仪表时，应根据被测参数的大小，在满足被测参数测量范围的前提下，应尽可能选择量程小的仪表，并使测量值大于所选仪表满刻度的三分之二。2/4/202330标准值0992023043985026047058008951000测量值01002003004005006007008009001000有一支温度计，其量程范围为0~1000℃,精度为0.5级，其标尺上、下限偏转角为270o。0+1-2-4+2-2-4-50+50检测与转换技术——检测仪表的性能指标2/4/202331检测与转换技术——检测仪表的性能指标4.对于202℃这一点，相对误差对于895℃这一点，相对误差1.2.最大相对误差：3.灵敏度2/4/202332温度：表征物体冷热程度的一个物理量。名称符号单位绝对零点冰融点水沸点人体体温华氏F℉-459.6732212100摄氏C℃-273.15010037.5开氏TK0273.15373.15

F=1.8℃+32

K=℃+373.15温标：将温度数值化的一套规则和方法。检测与转换技术——温度检测与变送2/4/202333通过热辐射来测温，不会破坏被测介质的温度场，误差小，反应速度快；测温上限原则上不受限制；易受被测物体热辐射率及环境因素（物体与仪表间的距离、烟尘和水汽等）的影响。检测与转换技术——温度检测与变送——分类接触式非接触式接触测量，简单、可靠、精度高；测温元件有时可能破坏被测介质的温度场或与被测介质发生化学反应；因受到耐高温材料的限制，测温上限有界。2/4/202334检测与转换技术——温度检测与变送——分类类型型式原理测温范围(℃)准确度(℃)特点常用种类接触式膨胀式膨胀-200~6500.1~5结构简单，响应速度慢，适于就地测量汞温度计双金属式温度计压力表式压力-20~6000.5~5具有防爆能力，响应速度慢，测量精度低，适于远距离传送液体压力温度计蒸汽压力温度计热电阻热阻效应-200~8500.01~5响应速度较快，测量精度高，适于低、中温度测量，输出信号能远距离传送铂电阻温度计铜电阻温度计热敏电阻温度计热电偶热电效应-200~18002~10响应速度快，测量精度高，线性度差，适于中、高温度测量，输出信号能远距离传送N型、K型、E型、J型、T型、B型等非接触式辐射式热辐射100~30001~20响应速度快，线性度差，适于中、高温度测量，测量精度易受环境影响辐射温度计光电高温计红外测温计2/4/202335检测与转换技术——温度检测与变送——分类举例膨胀式温度计---基于物体受热时产生体积膨胀.双金属式温度计--用两种膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成螺旋形。温度越高，产生的膨胀长度差越大，引起的弯曲角度越大。2/4/202336辐射式温度计---根据物体的热辐射特性，物体的辐射能通过光学系统中的透镜聚焦到检测元件，再通过热敏元件或光敏元件将其转换成电信号，经过信号处理电路，输出与被测温度相对应的响应信号，从而实现对不同温度范围的测量。检测与转换技术——温度检测与变送——分类举例2/4/202337检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶将两种不同材质的导体或半导线在其端点实现物理接触；当回路两端温度不同时，回路中出现电势差。这种将热能转换成电能的现象称为热电效应。AB热电偶产生的直流热电势与温度有准确的单值对应关系，且幅值不超过几十毫伏。热电偶------基于热电效应实现温度检测.2/4/202338检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶冷端热端AB热电偶的总热电动势=接触电动势+温差电动势工作原理2/4/202339检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶热电偶的热电特性----当热电偶材质确定且冷端温度恒定时，热端温度与热电动势之间呈单值函数关系在实际使用中，只要保持冷端温度为t0，根据仪表测得的热电动势EAB(t,t0)，就计算出被测温度t或者通过分度表查出所对应的被测温度t。实践证明，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势，温差电动势只占极小部分，可以忽略不计，则：工作原理2/4/202340检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。2/4/202341检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶可以用同样的方法证明，断开热电偶的任何一个极，用第三种导体引入测量仪表，其总电动势也是不变的。

这种性质在实用上有着重要的意义，可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器；也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。

中间导体定律2/4/202342检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶热电偶回路两接点（温度为t、t0）间的热电势，等于热电偶在温度为t、tc时的热电势与在温度为tc、t0时的热电势的代数和。tc称中间温度。中间温度定律2/4/202343检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶中间温度定律查分度表求得

测量的热电动势应用：2/4/202344检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶用镍铬-镍硅(K型)热电偶测炉温。当热电偶的冷端温度为40时，测得的热电动势为35.72mV，问：被测炉温为多少？再反向查分度表，可知37.331mV所对应的温度为t=900.1C，即被测炉温为900.1C中间温度定律查阅K型热电偶分度表，可知：2/4/202345冷端温度补偿---热电偶只有在冷端温度保持不变时，才能保证热电动势与被测温度之间呈单值函数关系。---热电偶的分度表一般是在冷端温度t0=0℃情况下测定。热电偶的冷端必须保持恒定（0℃），以避免测量误差。检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶2/4/202346检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶冷端处理方法一:用冰水混合物保持在0℃2/4/202347检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶补偿导线法补偿导线是用热电特性与热电偶相近的材料制成的导线。根据中间导体定律，用补偿导线将热电偶的冷端延长至控制室等需要的地方，可以使热电偶的冷端远离热源，从而保证冷端稳定，不会对热电偶回路引入超出允许的附加测量误差。补偿导线法在使用时需要注意：补偿导线只能与相应型号的热电偶配套使用，可参考国际电工委员会指定的标准；补偿导线与热电偶连接处的两个接点温度应相同；连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别于热电偶的正负极相对应连接；补偿导线连接端的工作温度范围不能超过0100C，否则会给测量带来误差。2/4/202348检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶电桥补偿法热敏铜质电阻电位器只要选取铜电阻，使得：则无论冷端温度如何变化，电桥产生的不平衡电压正好补偿冷端温度变化引起的热电动势变化：使回路电动势只与被测温度有关。2/4/202349检测与转换技术——温度检测与变送——热电偶常用工业热电偶类型

热电偶名称分度号测温范围（℃）特点适用场合铂铑10-铂S0~1700热电性能稳定，抗氧化性强，测温范围广，测量精度高，线性差，价格高精密测量；有氧化性、惰性气体环境铂铑30-铂铑6B0~1700测温上限高，稳定性好，抗氧化性强，线性较差，价格高高温测量；不适用于还原性气体环境镍铬-镍硅K-200~+1300测温范围宽、线性好、热电动势大，价格低，但稳定性较B型或S型热电偶差中高温测量镍铬-康铜E-200~+1000热电动势较大，耐磨蚀，价格低，中低温测量稳定性好中低温测量；有氧化性、惰性气体环境铁-康铜J-200~+1300价格便宜，热电动势较大化工过程温度测量铜-康铜T-200~+400精度高，价格低，但铜易氧化低温测量镍铬硅-镍硅N-200~+1300在相同条件下，尤其在1100~1300℃的高温条件下，高温稳定性及使用寿命较K型热电偶好，性能与S型热电偶近似，但价格较小在测温范围内，有全面代替廉价金属热电偶和部分S型热电偶的趋势铂铑13-铂R0~1700与S型热电偶性能相似，热电动势较大S型热电偶相似环境2/4/202350检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻热电阻适用于<500C的中、低温度测量。测量精度高、性能稳定、灵敏度高，不需要冷端补偿；输出为电信号，可以实现远距离传送和自动控制。利用金属导体或半导体的电阻值随温度变化而改变的性质来实现温度测量电阻温度系数

α描述温度每变化1℃时热电阻阻值的相对变化量。金属热电阻，α>0,即电阻值随着温度的升高而增加.半导体热电阻，其温度系数α可正可负，且线性度差.工作原理及其特点2/4/202351检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻不适用于测量体积小和温度瞬变对象的温度。热电阻热电偶较大空间的平均温度点温度冷端温度补偿与桥式电路配接中、低温区稳定性好、准确度高测温上限高工作原理及其特点2/4/202352检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻金属热电阻应具备的特性：①电阻温度系数较大且稳定，测温灵敏度高；②电阻率大,从而在相同灵敏度下减小元件的尺寸；③电阻值与温度之间呈单值关系；④具有化学稳定性和耐热性。常用金属热电阻目前世界上用作热电阻的材料主要有铂、铜及镍；我国镍储量较少，故只采用铂、铜两种金属热电阻。2/4/202353检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻常用金属热电阻0200400600800-2001234CuPtNit/℃价格便宜，线性程度好，但温度高易于氧化。精度高、稳定性好、性能可靠、耐氧化能力强、测温范围宽。但电阻温度系数比较小，电阻值与温度之间呈非线性关系，且价格较贵。2/4/202354检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻热电阻引线热电阻接入结构一:二线制热电阻位于热温现场，而仪表显示或变送位于远离现场的部分，两者之间的连线电阻会对热电阻精度构成影响。理想值r的影响不容忽视。误差实际值2/4/202355检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻热电阻引线电桥平衡时：热电阻接入结构二:三线制

避免或减少导线电阻对测温的影响.2/4/202356检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻热电阻引线热电阻接入结构二:四线制

在热电阻感温元件的两端各连接两根导线的引线方式称为四线制。其中，两根引线为热电阻提供恒流源；在热电阻上产生的压降通过另两根引线引至电位计进行测量。这种方式能完全消除引线电阻的附加影响，且在连接导线阻值相同时，还可以消除连接导线的影响，因此，主要用于高精度的温度测量。2/4/202357检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻半导体热敏电阻灵敏度高；体积小；反应快速；且Rt>>R（连线电阻），可以采用长距离连线；互换性、稳定性不好，有非线性；应用受限。由多种金属氧化物按比例烧结成的半导体构成。2/4/202358检测与转换技术——温度检测与变送——热电阻半导体热敏电阻04080120160180107106105104103102101PTC正温度系数:在某区段灵敏度高，适于位式温度传感器。NTC负温度系数:线性度好，用于连续变化温度场合.PTC2/4/202359检测与转换技术——温度检测与变送—集成温度传感器利用pn结的伏安特性与温度之间的关系研制的一种固态传感器。特点：体积小；热惯性小、反应快；测温精度高；稳定性好；价格低等。分电压型和电流型两种：电压型温度系数约10mV/C；电流型温度系数约1μA/C。2/4/202360检测与转换技术——温度检测与变送—集成温度传感器AD590两端元件；供电电压：直流（+4~+30V），1.5mW(+5V)；高阻抗（710MΩ）输出；0C时输出273.2μA；温度系数1μA/C；测温范围-55~+150C；使用范围广泛。2/4/202361检测与转换技术—温度检测与变送—DDZ-III型温度变送器功能：与各种热电偶、热电阻配合使用，将被测温度转换成统一的标准电流（电压），作为显示仪表，调节器或计算机模拟输入采集的输入，以实现被测温度的显示、记录或控制。根据与传感器配接电路的不同，具有热电偶、热电阻和毫伏输入三种形式。2/4/202362模数和数模转换2/4/202363模数和数模转换将模拟量转换为数字量的过程称为模/数(AnalogtoDigital)转换，简称A/D转换。实现A/D转换的电路称为模/数转换器(AnalogtoDigitalConverter)，简称ADC。把数字量转换为模拟量的过程称为数/模(DigitaltoAnalog)转换，简称D/A转换。完成D/A转换的电路称为数/模转换器(DigitaltoAnalogConverter)，简称DAC。2/4/202364模数和数模转换——ADC基本工作原理A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成。2/4/202365模数和数模转换——ADC基本工作原理将时间上连续变化的信号，转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。采样2/4/202366模数和数模转换——ADC基本工作原理模拟信号经过采样后，得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度一般是很短暂，在下一个脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在采样电路之后须加保持电路。保持2/4/202367模数和数模转换——ADC基本工作原理量化输入的模拟电压经过采样保持后，得到的是阶梯波。该阶梯波仍是一个可以连续取值的模拟量。量化：设数字量的位数为n，将满量程（FSR）电压值（由参考电压VR设定的）分为2n等分，然后将采样所得的模拟量与这些分层进行比较，落在哪个分层内，便量化为相应的数字量而n位数字量只能表示2n个数值，因此，用数字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类似于四舍五入的近似问题。量化单位q：每个分层所包含的最大值和最小值之差假设：参考电压5V，8位数字量q=电压量程范围/2n=5.0V/256≈0.019V=19mV2/4/202368模数和数模转换——ADC基本工作原理编码用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码。自然二进制编码双极性二进制编码2/4/202369t0t1t2t3t4t5t6t7t76543210幅度模数和数模转换——ADC基本工作原理采样，量化，编码采样3.75.76.56.65.23.21.71.1量化35665311编码0111011101101010110010012/4/202370分辨率表示输出数字量变化一个最低有效位（LeastSignificantBit——LSB）所对应的输入模拟电压的变化量。n为数字量的二进制位数模数和数模转换——ADC主要性能例如，A/D转化器的输出为12位二进制数，最大输入模拟电压为10V，则其分辨率为：满量程电压量化单位q就是ADC的分辨率，一般用位数n来间接表示分辨率。分辨率2/4/202371模数和数模转换——ADC主要性能相对分辨率A／D转换器分辨率与位数之间的关系(满量程电压为10V)

位数

级数

相对分辨率（1LSB）

分辨率（1LSB）

810121416

256102440961638465536

0.391%0.0977%0.0244%0.0061%0.0015%

39.1mV9.77mV2.44mV0.61mV0.15mV2/4/202372模数和数模转换——ADC主要性能例：某信号采集系统要求用一片ADC在1s内对16个热电偶的输出电压进行转换。已知热电偶输出电压范围为025mV(对应于0450C温度范围)，需分辨的温度为0.1C，问应选择几位的A/D转化器？其转换时间至少要求多少？相对分辨率2/4/202373模拟量是连续的，而数字量是断续的，当A/D转换器的位数固定后，这种由A/D转换器有限分辨率所造成的真实值与转换值之间的误差称为量化误差。量化带内的任意采样输入电压都是产生同一数字量。量化误差：实际模拟输入电压理想模拟输入电压理想模拟输入电压定义为量化带中点对应的模拟输入电压值一般量化误差为0.5LSB。模数和数模转换——ADC主要性能采样电压0112233445566778理想电压0.51.51.53.54.55.56.57.5编码000001010011100101110111量化误差2/4/202374模数和数模转换——ADC主要性能相对量化误差量化误差和分辨率是统一的，即提高分辨率可以减小量化误差。2/4/202375模数和数模转换——ADC主要性能转换精度转换精度是指输出数字量所对应的模拟电压的实际值与理想值之差。2/4/202376模数和数模转换——ADC主要性能精度和分辨率是两个不同的概念：

①精度是指转换后所得结果相对于实际值的准确度；②分辨率是指转换器所能分辨的模拟信号的最小变化值。2/4/202377(3)转换时间：指A/D转换器完成一次A/D转换所需时间。转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。其倒数是转换速率。(4)温度系数：是指A/D转换器受温度影响的程度。一般用环境温度变化1℃所产生的相对误差来表示，单位是PPM/℃(10-6/℃)。模数和数模转换——ADC主要性能2/4/202378模数和数模转换——逐次逼近式ADC模拟输入Ui+-A去码/留码逻辑环形计数器数据寄存器时序与逻辑控制D／A转换器数字量输出锁存器基准电源UREFUf=UREF(a12-1+a22-2+…+an2-n)并行数字量输出SAR比较器结构2/4/202379工作原理设定在SAR中的数字量经D／A转换器转换成反馈电压Uf；SAR

顺次逐位加码控制

Uf的变化；Uf与等待转换的模拟量Ui进行比较，大则弃，小则留，逐次逼近；最终留在SAR

的数据寄存器中的数码作为数字量输出。模数和数模转换——逐次逼近式ADC2/4/202380工作过程设8位逐次逼近寄存器SAR，基准电压10.24V，模拟输入电压8.3VtU123456781.02410.24Ui5.127.688.968.328.08.168.248.288.30V时钟脉冲12345678模数和数模转换——逐次逼近式ADC2/4/202381工作过程8位逐次逼近A／D转换过程

次数

SAR中的数码D/Ａ产生的

(V)

去／留码判断

本次操作后SAR

中的数码

12345678

100000001000000111000001101000011001000110011001100111011001111

5.127.688.968.328.08.168.248.28

，留1，留1，留0，留0，留1，留1，留1，留1

1000000011000000110000001100000011001000110011001100111011001111模数和数模转换——逐次逼近式ADC2/4/202382经过8

次比较之后，SAR的数据寄存器中所建立的数码11001111即为转换结果。数码对应的反馈电压Uf=8.28V，它与输入的模拟电压Ui=8.3V相差0.02V，不过两者的差值已小于1LSB所对应的量化电压0.04V。逐次逼近式A／D转换器的转换结果通过数字量输出锁存器并行输出。工作过程模数和数模转换——逐次逼近式ADC2/4/202383模数和数模转换——DAC基本工作原理DAC一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、参考电压、解码网络和求和电路等组成。数字量以并行或串行方式输入，并存储在数码缓冲寄存器中；寄存器输出的每位数码管驱动对应对应数位上的电子开关，将在解码网络中获得的相应数位取值送入求和电路；求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。2/4/202384模数和数模转换——DAC基本工作原理d1-+d3d2d4I3I2I1S2S1I4S4S3IoRfVOVRR4R2R8R①Si：电子模拟开关，R：片内权电阻di=1，Si闭合di=0，Si断开2/4/202385模数和数模转换——DAC基本工作原理可以用二进制数字控制开关的通断，不同组合→不同的电流信号d1加权最大，为最高有效位MSB；dn加权最小，为最小有效位LSB2/4/202386模数和数模转换——DAC基本工作原理②理想运放(虚短、虚断）若已知Rf、R、d1d2d3…dn，即可得VOR-2R电阻网络，Rf=R/2，2/4/202387模数和数模转换——DAC主要性能(1)分辨率：DAC常用分辨率来表示分辨最小电压的能力。分辨率等于DAC所能分辨的最小输出电压和最大输出电压之比。最小输出电压是指输入数字量只有最低有效位为1时的输出电压，最大输出电压是指输入数字量各位为全1时的输出电压。例：若ADC的最大输出电压为10V，要想使转换误差在10mV以内，应选多少位DAC？要想转换误差在10mV以内，就必须能分辨出10mV电压。210=1024，至少需要10位DAC。2/4/202388模数和数模转换——DAC主要性能(2)转换精度DAC的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差。(3)转换速度从输入的数字量发生突变开始，到输出电压进入与稳定值相差0.5LSB范围所需要的时间。(4)温度系数在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化的变化量。2/4/202389S7-300PLC模拟量处理生产过程中有大量的连续变化的模拟量需要PLC来测量和控制：非电量：例如温度、压力、流量、频率等。强电电量：例如发电机的电流、电压、有功功率、无功功率和功率因素等。S7-300PLC的模拟量I/O模块包括模拟量输入模块SM331，模拟量输出模块SM332，模拟量输入/输出模块SM334和SM335。2/4/202390S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的用途生产过程物理量标准的模拟信号传感器变送器•压力•温度•流量•速度•pH值•粘性•等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模拟量输出模板MR模块ADC结果存储器PIW...PIW...:::PIW...模拟量输入模板CPU::::::LPIW304TPQW320:模拟执行器

物理量......................................2/4/202391S7-300PLC模拟量处理——模拟量输入模块示意图各模拟量输入通道共用一个A/D转换器，用多路开关切换。各通道转换过程和转换结果的存储是顺序进行的。2/4/202392S7-300PLC模拟量处理——模拟量输出模块示意图2/4/202393S7-300PLC模拟量处理——量程卡测量的类型：通过量程卡上的适配开关可以设定测量的类型和范围。允许的设置为“A”，“B”，“C”和“D”。量程卡安放在模板的左侧，每两个通道为一组，共用一个量程卡。如图模块有8个通道，因此有4个量程卡。没有量程卡的模拟量模板具有适应电压和电流测量的不同接线端子，这样，通过正确地连接有关端子可以设置测量的类型。2/4/202394如果模拟量模板的分辨率小于15位，则模拟量写入累加器时向左对齐。不用的位用“0”填充。SM331模板积分时间、分辨率和扰动频率抑制三者的关系分辨率参数数据积分时间/ms2.516.620100干扰抑制频率/Hz400605010精度/bit(包括符号位)9121214S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的参数设置SM335输入信号的分辨率为13位+符号，模拟输出为11位+符号。2/4/202395双击S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的参数设置输入测量范围的选择2/4/202396SM335(输入)SM331S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的参数设置输入模块设置2/4/202397输入测量范围的选择：电压、电流双极性：±80mV，±2.5V，±3.2mA，±250mV，±5V，±10mA，±500mV，±10V，±20mA，±1V转换结果的额定范围-27648到+27648。单极性：0to2V，0to20mA，1to5V，4to20mA转换结果的额定范围0到+27648。S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的参数设置不使用的输入必须在硬件上短路连接同时在软件上不激活（“deactivated”）。不激活的模拟输入可以减少循检时间。2/4/202398可设置的电阻值的范围：

0to150Ohm，0to300Ohm，0to600Ohm

转换结果的额定范围0到+27648。

温度：热电阻或热电偶来测量。转换结果的额定值用温度的十倍值来表示：

传感器： 温度范围： 转换结果的额定范围：

• Pt100 -200to+850ºC -2000to+8500

• Ni100 -60to+250ºC -600to+2500

• K型热电偶 -270to+1372ºC -2700to+13720

• N型热电偶 -270to+1300ºC -2700to+13000

• J型热电偶 -210to+1200ºC -2100to+12000

• E型热电偶 -270to+1000ºC -2700to+10000.输入测量范围的选择：电阻、温度S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的参数设置2/4/202399SM335(输出)SM332S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的参数设置输出模块设置2/4/2023100输出电压电流的选择S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的参数设置-27648到+27648可转换为双极性电压或电流的额定范围：±10V，±20mA0到+27648可转换为单极性的电压或电流的额定范围：0到10V，1到5V，0到20mA，4到20mA如果被转换的数值超限，模拟输出模板被禁止(0V,0mA)。不用的输出通道在硬件上必须保持开路（与模拟输入不同），在软件上不激活（“deactivated”）。2/4/2023101选择输出如何响应CPUSTOP的情况（不是每种模板所有设置都可能）。•切到替代值(SV)——缺省的替代值被置为”0”;也就是，所有的输出被断开。可以在“替代值”行中为每个输出设置替代值。替代值必须处于额定范围内。•保持最后值(KLV)——模板是否保持CPU进入STOP模式前输出最后值。•无电压或电流输出(OCV)——模板是否在CPUSTOP时断开输出(V/I=0V/mA)。S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的参数设置CPUSTOP响应2/4/2023102S7-300PLC模拟量处理——模拟量的表达方式模拟量用补码的形式表达：第15位=0为正数，第15位=1为负数。范围超上限超上界额定范围超下界超下限测量范围±10V电压例如：>=11.75911.7589:

10.000410.007.50

0-7.50-10.00-10.0004:

-11.759<=-11.76单位3276732511:

276492764820736

0-20736-27648-27649:

-32512-32768测量范围4..20mA电流例如：>=22.81522.810:

20.000520.00016.000

::4.0003.9995:

1.1852<=1.1845单位3276732511:

276492764820736

::0-1:

-4864-32768测量范围-200...+850ºC温度例如

Pt100单位3276710000:

85018500:

::-2000-2001:

-2430-32768>=1000.11000.0:

850.1850.0:

::-200.0-200.1:

-243.0<=-243.1测量范围0...300Ohm电阻例如：>=352.778352.767:

300.011300.000225.000

::0.000不允许负值单位3276732511:

276492764820736

::0-32768-1:

-4864在不同测量范围下模拟量的表达方式2/4/2023103S7-300PLC模拟量处理——模拟量的表达方式模拟输出量的表达方式范围超上限超上界额定范围超下界超下限单位>=3276732511:

2764927648:

0:-6912-6913:::-27648-27649:

-32512<=-32513

输出范围：电压011.7589:

10.000410.0000:

00to10V1to5V05.8794:

5.00025.0000:

1.0000011.7589:

10.000410.0000:

0:::::::-10.0000-10.0004:

-11.75890±10V00.9999

00输出范围：

电流023.515:

20.000720.000:

00to20mA4to20mA022.81:

20.00520.000:

4.000023.515:

20.000720.000:

0:::::::-20.000-20.007:

-23.5150±20mA03.9995

002/4/2023104S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的寻址S7-300为模拟量输入和输出保留了特定的地址区域，地址范围从字节256到767，每个模拟量通道占2字节。每个模拟量模板占用16个字节的访问区域。槽位决定模板的起始地址号码。用装载和传送指令来访问模拟模板：例如：指令“LPIW322”读取机架0上第8号槽的第二通道。

M号机架的N号槽的模拟量模块的起始字节地址为：128M+(N-4)16+256在程序中对模拟量输入地址的访问

2/4/2023105S7-300PLC模拟量处理——模拟量模板的寻址IM256

to270336

to350352

to366368

to382304

to318320

to334272

to286288

to302(发送)槽口号 234567891011384

to398400

to414432

to446448

to462464

to478480

to494496

to510416

to430机架1机架0电源模板IM(接收)

电源模板CPU512

to526528

to542544

to558560

to574576

to590592

to606608

to622624

to638机架2IM(接收)

电源模板机架3640to654656to670672to686688

to702704

to718720

to734736

to750752

to766IM(接收)

电源模板2/4/2023106实际的工程量，如压力、温度、流量、物位等要采用各种类型传感器进行测量。传感器将输出标准电压、电流、温度、或电阻信号供PLC采集，PLC的模拟量输入模板将该电压、电流、温度、或电阻信号等模拟量转换成数字量——整形数(INTEGER)。在PLC程序内部要对相应的信号进行比较、运算时，常需将该信号转换成实际物理值（对应于传感器的量程）。而经程序运算后得到的结果要先转换成与实际工程量对应的整形数，再经模拟量输出模板转换成电压、电流信号去控制现场执行机构。这样就需要在程序中调用功能块完成量程转换。S7-300PLC模拟量处理——模拟量的规范化2/4/2023107如一个压力调节回路中，压力变送器输出4-20mADC信号到SM331模拟量输入模板，SM331模板将该信号转换成0-27648的整形数。然后在程序中要调用FC105将该值转换成0-10.0MPa的工程量（实数）。经PID运算后得到的结果仍为实数，要用FC106转换为对应阀门开度0-100%的整形数0-27648后，经SM332模拟量输出模板输出4-20mADC信号到调节阀的执行机构。

S7-300PLC模拟量处理——模拟量的规范化2/4/2023108单极性输入模拟量满量程对应0～27648，双极性输入模拟量满量程对应-27648～+27648。例：压力变送器的量程为0～10MPa，输出信号为4～20mA，模拟量输入模块的量程为4～20mA，转换后的数字量为0～27648，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。解：0～10MPa(0～10000kPa)对应于转换后的数字0～27648，转换公式为：P=10000

N/27648（kPa）根据模拟量输入模块的输出值计算对应的物理量S7-300PLC模拟量处理——模拟输入量的规范化2/4/2023109例：某温度变送器的量程为−100℃～500℃，输出信号为4～20mA，某模拟量输入模块将0～20mA的电流信号转换为数字0～27648，设转换后得到的数字为N，求以0.1℃为单位的温度值。单位为0.1℃的温度值−1000～5000对应于数字量5530～27648，根据比例关系，得出温度T的计算公式为：根据模拟量输入模块的输出值计算对应的物理量S7-300PLC模拟量处理——模拟输入量的规范化2/4/2023110例：水罐的液位以升为单位来测量，它的容量是500升。例A显示当水罐空时传感器检测到0V电压，当水罐满时传感器检测到10V电压。例B显示当水罐空时传感器检测到-10V电压，当水罐满时传感器检测到10V电压。例B测量的液位具有双倍的分辨率，因为水罐的容量被分配到-27648至+27648更大的范围单位。规范化：模拟模板-10V至+10V的电压范围对应-27648至+27648数值范围，这个数值范围转化为实际物理范围称为规范化（或整定）。标准块FC105用于模拟量的规范化。S7-300PLC模拟量处理——模拟输入量的规范化2/4/2023111HI_LIM=500.0LO_LIM=0.00双向(M0.0=´1´)(传感器也提供负电压)BHI_LIM=500.0LO_LIM=0.00单向(M0.0=´0´)(传感器只提供正电压)AOUTININOUTxx+1Δxx+1ΔS7-300PLC模拟量处理——模拟输入量的规范化2/4/2023112IN：IN输入端的模拟值可直接从模板上读取或从一个INT格式的数据接口上读取。LO_LIM(下界)和HI_LIM(上界)输入参数：用于定义规范化的物理量范围。本例中,转换为0到500升范围。OUT：规范化后的值（实际物理量），以实数格式存储在OUT输出端(LO_LIM<=OUT<=HI_LIM)。BIPOLAR：BIPOLAR输入端用来决定是否仅正值或负值也被转换。如果带有状态“0”（单向）的操作数被传送到该参数，做从0至+27648范围的规范化。如果带有状态“1”（双向）的操作数被传送到该参数，做从-27648至+27648范围的规范化。RET_VAL：如果该程序块执行无误，则RET_VAL端输出为0。S7-300PLC模拟量处理——模拟输入量的规范化2/4/2023113S7-300PLC模拟量处理——模拟输入量的规范化SCALE(FC105)功能将一个整形数INTEGER(IN)转换成上限、下限(LO_LIM，HI_LIM)之间的实际工程值，结果写到OUT。2/4/2023114AI2AI1重量0至500kg-15V...+15VAI1AI2AO1AO2V010模拟器0...10VPIW304AI模板0...27648QW6DO模板0至500kgBCD显示1230重量显示当I0.6=´1´练习：显示零件重量S7-300PLC模拟量处理——模拟输入量的规范化2/4/2023115任务：零件在传送带终端要被称重(光栅)。用模拟器的电位器(0至10V)可设置0至500kg的当前重量。当开关(I0.6)被接通时，在BCD数字显示器显示当前重量(0至500kg)。只需要每250ms纪录当前重量。在OB35中编程读并且显示当前重量。练习：显示零件重量S7-300PLC模拟量处理——模拟输入量的规范化2/4/2023116S7-300PLC模拟量处理——模拟输出量的规范化示例：用户程序计算出的0.0到100.0%范围内的模拟量用FC106转化为范围0至27648（单向）或-27648至+27648（双向）。当转化的值输出到模拟输出模板，该模板将用例如0V至+10V（单向）或-10V至+10V（双向）的值驱动模拟量执行器（例如伺服阀）。例A显示当程序值为0%时用0值(0V或0mA)驱动模拟量执行器，当程序值为100%时用最大值(例如+10V或20mA)驱动模拟量执行器。例B显示当程序值为0%时用最小值(-10V或-20mA)驱动模拟量执行器，当程序值为100%时用最大值(例如+10V或20mA)驱动模拟量执行器。2/4/2023117S7-300PLC模拟量处理——模拟输出量的规范化2764800.0(LO_LIM)100.0(HI_LIM)INOUT0.0(LO_LIM)100.0(HI_LIM)INOUT27648-27648AB单向(M0.0=´0´)(只提供正电压给执行器)双向(M0.0=´1´)(提供正负电压给执行器)02/4/2023118规范化：程序计算出的值(示例中的百分比)转化为模拟输出模板的数值范围。标准块FC106用于模拟输出操作规范化。IN：程序计算出的值必须以REAL格式传送。LO_LIM(下界)和HI_LIM(上界)：用于定义程序值的范围。本例中，范围为0.0%到100.0%。OUT：规范化后的值以INT格式在OUT输出端输出。BIPOLAR：用来决定是否仅正值或负值也被转换。“0”(单向)做从0至+27648范围的规范化。“1”（双向），做从-27648至+27648范围的规范化。RET_VAL： 如果该程序块执行无误，则RET_VAL端输出为0。S7-300PLC模拟量处理——模拟输出量的规范化2/4/2023119S7-300PLC模拟量处理——模拟输出量的规范化UNSCALE(FC106)功能将一个上限、下限(LO_LIM，HI_LIM)之间的REAL(IN)转换成整数，结果写到OUT。2/4/2023120S7-300PLC模拟量处理——模拟量的规范化2/4/2023121S7-300PLC模拟量处理——设计举例(搅拌控制系统)2/4/2023122OB1S7-300PLC模拟量处理——设计举例(搅拌控制系统)2/4/2023123OB1续S7-300PLC模拟量处理——设计举例(搅拌控制系统)2/4/2023124OB1续S7-300PLC模拟量处理——设计举例(搅拌控制系统)2/4/2023125OB1续S7-300PLC模拟量处理——设计举例(搅拌控制系统)2/4/2023126OB1续S7-300PLC模拟量处理——设计举例(搅拌控制系统)2/4/2023127OB100S7-300PLC模拟量处理——设计举例(搅拌控制系统)2/4/2023128S7-300PLC模拟量处理——设计举例(乒乓控制算法)乒乓控制算法要求2/4/2023129S7-300PLC模拟量处理——设计举例(乒乓控制算法)FC12/4/2023130S7-300PLC模拟量处理——设计举例(乒乓控制算法)DB1OB12/4/2023131模拟量闭环PID控制——框图给定测量值控制信号被控量控制量扰动偏差2/4/2023132闭环控制必须保证系统是负反馈，如果系统接成了正反馈，将会失控，被控量会往单一方向增大或减小，给系统的安全带来极大的威胁。闭环控制系统的反馈极性与很多因素有关，例如因为接线改变了变送器输出电流或输出电压的极性，或改变了位移传感器(编码器)的安装方向，都会改变反馈的极性。可以用下述方法来判断反馈的极性：在调试时断开D/A转换器和执行机构之间的连线，在开环状态下运行PID控制程序。控制器中有积分环节，因为反馈被断开了，不能消除余差，D/A转换器的输出电压会向一个方向变化。这时如果接上执行器，能减小误差，则为负反馈，反之为正反馈。模拟量闭环PID控制——负反馈2/4/2023133通过设置控制器的正反作用形式保证闭环系统负反馈。当控制器的测量y增加时，控制器的输出u减小，正作用控制器，控制器的放大倍数为正；当控制器的测量y增加时，控制器的输出u增加，反作用控制器，控制器放大倍数为负。使整个控制系统的开环放大倍数设为负数，可以实现负反馈。模拟量闭环PID控制——负反馈2/4/2023134tty(t)y(t)模拟量闭环PID控制——时域指标2/4/2023135比例放大系数积分时间微分时间控制作用的初始值模拟量闭环PID控制——PID控制算法2/4/2023136不需要被控对象的数学模型结构简单，容易实现有较强的灵活性和适应性使用方便模拟量闭环PID控制——PID控制算法优点2/4/2023137模拟量闭环PID控制——PID控制算法数字PIDPID调节器D/A被控对象测量元件sp(n)e(n)u(n)c(t)pv(t)+-执行机构变送器A/Du(t)pv(n)PLC周期性地执行PID控制程序，执行的周期称为采用周期Ts。2/4/2023138模拟量闭环PID控制——PID控制算法数字PID采用数值近似法，用矩形法求定积分，用一阶差分近似微分：则当t=kT时：令u(k)与u(k1)相减，可化为递推形式的u(k)表达式：PID位置控制算法2/4/2023139模拟量闭环PID控制——PID控制算法数字PIDPID增量式控制算法二者的选用主要看执行元件的要求。例如对于调节阀一般用PID位置控制算式，对于步进电机一般用PID增量控制算式。2/4/2023140增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，完全消除误差。模拟量闭环PID控制——PID控制算法比例控制2/4/2023141模拟量闭环PID控制——PID控制算法积分控制积分调节的“大方向”是正确的，有减小误差的作用。一直要到系统处于稳定状态，这时误差恒为零，比例部分和微分部分均为零，积分部分才不再变化，并且刚好等于稳态时需要的控制器的输出值，因此积分部分的作用是消除稳态误差，提高控制精度。因为积分时间TI在积分项的分母中，TI越小，积分项变化的速度越快，积分作用越强。每次PID运算时，在原来的积分值的基础上，增加一个与当前的误差值ev(n)成正比的微小部分。误差为负值时，积分的增量为负。只要误差不为零，控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。2/4/2023142模拟量闭环PID控制——PID控制算法比例积分控制控制器输出中的积分项与当前的误差值和过去历次误差值的累加值成正比，因此积分作用本身具有严重的滞后特性，对系统的稳定性不利。而比例项没有延迟，只要误差一出现，比例部分就会立即起作用。因此积分作用很少单独使用，它一般与比例和微分联合使用，组成PI或PID控制器。PI和PID控制器既克服了单纯的比例调节有稳态误差的缺点，又避免了单纯的积分调节响应慢、动态性能不好的缺点，因此被广泛使用。如果积分作用太强（即积分时间太小），其累积的作用会使系统输出的动态性能变差，超调量增大，甚至使系统不稳定。积分作用太弱（即积分时间太大），则消除稳态误差的速度太慢，积分时间的值应取得适中。2/4/2023143误差的微分就是误差的变化速率，误差变化越快，其微分绝对值越大。误差增大时，其微分为正；误差减小时，其微分为负。控制器输出量的微分部分与误差的微分成正比，反映了被控量变化的趋势。有经验的操作人员在温度上升过快，但是尚未达到设定值时，根据温度变化的趋势，预感到温度将会超过设定值，出现超调。于是调节电位器的转角，提前减小加热的电流。闭环控制系统的振荡甚至不稳定的根本原因在于有较大的滞后因素。因为微分项能预测误差变化的趋势，这种“超前”的作用可以抵消滞后因素的影响。适当的微分控制作用可以使超调量减小，增加系统的稳定性。模拟量闭环PID控制——PID控制算法微分控制2/4/2023144对于有较大的滞后特性的被控对象，如果PI控制的效果不理想，可以考虑增加微分控制，以改善系统在调节过程中的动态特性。微分时间与