绪论1. 控制系统的组成：调节器、执行器、变送器2. 联络信号和传输方式：控制仪表及装置采用统一信号传输气动单元组合仪表：20 ~ 100kPa气压信号电动单元组合仪表： ddz-ii型 0_l0mA直流电流DDZ-III型 4 - 20mA直流电流或者1 - 5V直流电压注：国际标准信号：电流 4 - 20mA电压1 - 5V3. 电流信号传输和电压信号传输电流信号：仪表之间相互串接，一台仪表发生故障影响其它仪表的使用， 适合远距离传送；电压信号：仪表之间相互并联，增加或取消某个仪表不影响其他仪表的工作，容易 引入误差，不适合远距离传送4. 变送器的信号传输：四线制传输：供电电源和输出信号各用两根线；电源与信号分别传送，对电流信号 零点及元器件功耗无严格要求两线制传输：两根传输导线既是电源线，又是信号线；节省电缆线和安装费用，有利于安全防爆；采用这种方式，电流信号下限不能为零， DDZ-II仪表只能用四线制5. 本质安全防爆两个必要条件：自身不产生非安全火花；安全场所的非安全火花不能窜入危险场所实现方法：在现场使用本质安全型防爆仪表，在控制室和危险场所仪表之间设置安 全栅注意：除了上述之外，还需注意系统的安全和布线调节器1.调节器的正作用和反作用偏差：；二Xi-Xs ( Xi —变送器输出，Xs —给定值)正偏差E > 0反偏差e <0正作用调节器：如果偏差 ；> 0，调节器输出变化量 0 > 0反作用调节器：如果偏差 ；:::0，调节器输出变化量 y 02.调节器的运算规律调节器的输出信号通常是指其变化量 y，其实际输出为y = y①比例运算(P)数学表达式： 迥=Kp • ； ( Kp为比例增益)Y(s) ..传递函数：W( s ) KpE(s)特点：响应非常及时，没有丝毫滞后， 系统有余差1比例度:100%KP②比例积分运算（PI）1理想的数学表达式： y二Kp（ ； •〒 dt）（ T —积分时间）11传递函数:W(s)二 KP，积分增益K7(0)传递函数：1恥）2〒s）实际数学表达式：ty 二 Kp；[1 (% 一 1)(1 —e KT|)]实际PI调节特性接近于理想 PI调节器的特性积分时间：当偏差为阶跃信号时，调节器的积分输出增大到与比例输出相等 所需的时间积分时间越短，积分速度越快，积分作用越强特点：能消除余差，积分作用控制动作缓慢，与比例作用组合使用理想数学表达式:d ；二 Kp(；〒d )dt（KP —微分时间）调节精度厶：控制点最大偏差的相对变化量， 表征调节器消除余差的能力A11 0 % （值越低，调节精度越高，消除余差能力越强）③比例微分运算规律（PD)传递函数：W(s)二 Kp(1 TdS)实际数学表达式：©t~y = Kp ； [1 ( Kd - 1)e ] ( kd —微分增益)传递函数：j 1W(S)= Kp 1 TdS1 + TdS理想与实际偏差较大，一般以实际为准微分时间：衡量微分作用的强弱微分时间越长，微分输入衰减越慢，微分作用越强特点：根据偏差变化速度调节，超前调节，微分作用在偏差输出恒定不变时 输出为零，与比例作用组合使用④比例积分微分运算规律, 1 lx ― d®理想数学表达式：y = Kp( dt td )TI ‘ dt传递函数：1%s)二 Kp(1 tds)T|S1 T1 D sQT Q C实际传递函数：W(S)二 |S F ( F—相互干扰系数)1 Td1 D sKiTs Kd各输出波形请自行参考课本3. 基型控制器：对来自变送器的 1-5/直流电压信号与给定值相比较，所产生的偏差信号进行PID运算，输出4 -20mA的控制信号组成：输入电路、PD电路、PI电路、输出电路、软手操电路和硬手操电路4. 输入电路：采用偏差差动电平移动电路 （特点）输入电路的作用：①将偏差信号放大两倍后输出 ②电平移动，将以0V为基准的信号转换成以电平Vb（ 10v）为基准的输出信号采用偏差差动输入的作用：使导线上压降陈伟共模信号，消除导线上压降引起的误 差进行电平移动的作用：使运算放大器工作在允许的共模电压输入范围以内5. PD电路Vo2特点：同向端输入，输入阻抗高可通过开关切换为分作用在微分网络中可调节微分 时间，在比例电路中可调整比例 增益6. PI电路Ci与Cm组成比例运算电路CM与R组成积分运算电路输出电压就与电容电压不相等，产生“积分饱和” 积分饱和的后果：当输入电压极性相反，输出电压不能及时跟上输入电压的变化，从而使控制品质变坏。
积分饱和解决办法：借助于特种控制器，在输出被限制时，停止对电容继续按原来 的方向充放电，使其不产生积分饱和现象7. 输出电路：电压一电流转换电路负载电压以零伏为基准8. 手动操作电路软手操：按一定速率积分输出 硬手操：迅速调节输出无平衡无扰动切换无扰动切换：自动手动切换瞬间调节其输出不发生变化 无平衡切换：自动手动切换时无需实现调平衡 DDZ-III型调节器中，无平衡无扰动切换：自动一；软手操；硬手操 一；软手操；软手操一；自动；硬手操 一；自动 必须进行平衡操作切换：自动r硬手操；软手操 r硬手操无平衡无扰动切换的实现自动 > 软手操:有自动切换到软手操， 如果不扳动软手操开关， 运算放大器的反向端是浮空的，由于电路具有保持性，使输出不变软手操（硬手操）T自动：手动操作时，电容 C右端右端接在Vb，电容Cm左端 与运放的反向端连接，电位也为 VB ,因此切换瞬间电容无充放电现象9. 抗积分饱和调节器积分反馈限幅调节器：采用反馈电路限制积分电容两端电压，不让其超出正常工作 范围PI-P调节器：在调节器输出超过正常工作范围时，切除积分作用，使其在纯比例调 节规律下工作变送器1. 基本概念与原理作用：将各种工艺参数转换成统一标准信号构成：测量部分，放大部分，反馈部分 原理：负反馈原理输入输出关系：要求输出信号与输入信号之间保持线性关系K输入输出关系 y （Cx - z。
1 + KFKF 1，采用深度负反馈，实现输入输出线性化2. 量程调整、零点迁移和零点调整量程调整：使变送器输出信号的上限值与输入信号（测量范围）上限值相对应零点调整和零点迁移：使变送器的输出信号的下限制与测量信号下限值相对应当Xmin =0，零点调整；当Xmin = 0，零点迁移零点迁移后，仅改变了测量的上下限，未改变变送器的量程（测量范围大小不变） 调整原因：变送器输出信号范围不变（1-5V或4-20mA）,而输入信号随使用场合不 同而变化3. 力平衡式差压变送器1 o =l ' iKp( P Fo) Fo，输入与输出线性，l 1 ■ A l f ■ KfKp11 l 3 A tg 二-丨2 If Kf量程调整：改变矢量角 二和电磁结构常数 Kf，其中二变化范围4 - 15，可调整量程 比tg 15/tg4c & 3' 83 ；电磁结构常数可改变量程比 3 : 1，故可调整最大量程比为3. 8 3:1=11.4:1注意：量程调整时，调整量程范围会影响仪表的零点，而调整零点时会影响仪表的满度 值，故在进行仪表的调校时，应反复调整差动变送器：将位移信号转换成电压信号4. 电容式差压变送器特点：采用差动电容作为检测元件，没有杠杠机构，无机械传递及调整装置，测量 部分采用全封闭焊接固体化结构。
结构简单，性能稳定、可靠，具有较高的精度构成：测量部分和转换放大部分输入压差作用于感压膜片，产生位移，使差动电 容的电容量发生变化电容一电流转换电路转换成电流信号，与调零信号相加后同反馈 信号比较，差值放大后得倒整机输出电流注：电容差值与位移关系非线性，两电容的差与两电容的和之比与位移成线性关系5. 温度变送器：品种：直流毫伏变送器 热电偶温度变送器 热电阻温度变送器组成：量程单元（不一致）：对输入信号、零点调整迁移信号、反馈信号叠加运算、 且有一些其他功能，如冷端温度补偿、非线性补偿、以及引线电阻补偿放大单元（相同）：对信号进行电压放大和功率放大对仪表进行 隔离供电直流一交流一直流 （DC/AC/DC）变化电路，既为功率放大电路提供方波电源，又为运放和量程单元提供直流电热电偶温度计中 冷端温度补偿：在四线制温度计中用两个铜电阻对冷端温度补偿 线性化原理：热电偶温度变送器：由于热电势与温度非线性，欲使输入信号与温度线性化，只需 负反馈电压与温度关系非线性，且与热电偶的特性相一致 ，则经过两者相减后，放大电路的输入线性化，而放大电路输入输出是线性的，即整个电路线性化 （折线法近似非线性曲线）热电偶温度变送器：采用正反馈方法，把热电阻两端电压信号引至运放的同相端， 使运放的输出电流随热电势增大而增大（即随升高而增大） ，从而补偿热电阻随被测温度升高其变化量逐渐减小的趋势，最终使得放大电路输入信号与温度线性关系。
热电偶温度及的引线电阻补偿电路：三线制连接，只有量程上限完全补偿6.四线制温度变送器的隔离式输入输出电路目的：为了避免输入和输出之间有直接点的联系（隔离式供电将温度变送器与外部电源 隔离，隔离输出电路将变送器和外部负载隔离）实现方法：采用直流一交流一直流变化器读变送器进行隔离式供电，在功率放大器和输 出回路之间设置隔离变送器（电流互感器） 运算器1. 乘除器矩形脉冲调高调宽式乘除器构成原理：应用调宽电路与调高电路构成基本的乘法运算，采用深度负反馈原理，在x,和S之间加入反馈乘法电路，使输出信号的大小仅与输入信号 x2和x3有关，而不受变量漂移和非线性的影响乘法器的乘法关系：占空系数 S和控制矩形脉冲幅值的信号 x相乘乘除器的输入输出关系：（乘除运算）N（Vi 一1）（«2 +心）丄,（V 3 + K3 ）其中:NoNNN3K2Vp2N2_1, K3一 N3采用这种运算关系的原因：①可实现乘除运算、乘后开方运算、乘法运算、 和除法运算等不同运算②K2和K3的大小和正负均可改变， 以适应气体流量测量 时的温度和压力的补偿当 V3 =V0，K3 = —1 时，有：VO = JNCVi - 1）（V2 十 K2）+1 （乘后开方）当Vi3 = 5V K3 二 -1 时，有：乂二以“1 - 1）（V2 • K2） T （乘法运算）4, ,亠 V" — 1当V\2 = 5V K2工-1时，有：V。
4N 匕 1 (除法运算)V3 + £2. 自激振荡时间分割器作用：实现乘除运算输入输出关系V?2k Vi V2k MiVi V21振荡器的起振条件：V31 - V11限幅条件：N2乞2. 5，N3乞2. 5量程条件：输入信号1 ~ 5V，输出信号1 ~ 5/或4 ~ 20mA工组原理较为复杂，见课本 P883.开方器主要用于流量的自动检测和自动控制系统一般情况下，不用乘除器作为开方器使用，因为乘除器中没有小信号切除电路相比于乘除器，去除了不必要的输入电路 2、3及两套附加偏置电路，将比例放大器的输出接至乘法电路 2的输入端，增设。