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1、过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系1P ：u =KPeI ： u =1/ TI edtD ： u = TD作用及时作用及时消除余差消除余差超前作用超前作用 u =Kp（e + edt +TD ）etu utt=0AKpAKPA（KD -1）复复 习习过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系2控制器介绍 控控控控制制制制器器器器的的的的作作作作用用用用是
2、是是是将将将将被被被被控控控控变变变变量量量量测测测测量量量量值值值值与与与与结结结结定定定定值值值值进进进进行行行行比比比比较较较较，然然然然后后后后对对对对比比比比较较较较后后后后得得得得到到到到的的的的偏偏偏偏差差差差进进进进行行行行比比比比例例例例、积积积积分分分分、微微微微分分分分等等等等运运运运算算算算，并并并并将将将将运运运运算算算算结结结结果果果果以以以以一一一一定定定定的的的的信信信信号号号号形形形形式式式式送送送送往往往往执行器，以实现对被控变量的自动控制。执行器，以实现对被控变量的自动控制。执行器，以实现对被控变量的自动控制。执行器，以实现对被控变量的自动控制。模拟调节器
3、（控制算法由电路实现）模拟调节器（控制算法由电路实现）模拟调节器（控制算法由电路实现）模拟调节器（控制算法由电路实现）数字控制器（含数字控制器（含数字控制器（含数字控制器（含CPUCPU，控制算法由程序实现），控制算法由程序实现），控制算法由程序实现），控制算法由程序实现） 过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系3一般控制器还需要具备如下功能，以适应自动控制的需要：一般控制器还需要具备如下功能，以适应自动控制的需要：一般控制器还需要具备如下功能，以适应自动控制的需要：一般控
4、制器还需要具备如下功能，以适应自动控制的需要： 偏差指示偏差指示偏差指示偏差指示 指示偏差信号指示偏差信号指示偏差信号指示偏差信号模拟调节器模拟调节器模拟调节器模拟调节器指针式表头指针式表头指针式表头指针式表头全刻度指示全刻度指示全刻度指示全刻度指示：输入信号和设定值分别由不同的指针在：输入信号和设定值分别由不同的指针在：输入信号和设定值分别由不同的指针在：输入信号和设定值分别由不同的指针在 0 0 0 0100100100100范围指示范围指示范围指示范围指示偏差值指示偏差值指示偏差值指示偏差值指示：仅利用一个指针来指示偏差信号：仅利用一个指针来指示偏差信号：仅利用一个指针来指示偏差信号：仅
5、利用一个指针来指示偏差信号30303030数字控制器数字控制器数字控制器数字控制器通过通过通过通过LEDLEDLEDLED或者液晶屏显示或者液晶屏显示或者液晶屏显示或者液晶屏显示输出显示输出显示输出显示输出显示显显显显示示示示调调调调节节节节器器器器输输输输出出出出信信信信号号号号的的的的大大大大小小小小，习习习习惯惯惯惯上上上上输输输输出显示表也称作阀位表。出显示表也称作阀位表。出显示表也称作阀位表。出显示表也称作阀位表。内、外给定的选择内、外给定的选择内、外给定的选择内、外给定的选择给给给给定定定定信信信信号号号号可可可可以以以以由由由由调调调调节节节节器器器器内内内内部部部部产产产产生生
6、生生，也也也也可以由其它仪表外部提供可以由其它仪表外部提供可以由其它仪表外部提供可以由其它仪表外部提供过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系4 内给定的调整内给定的调整内给定的调整内给定的调整 若若若若设设设设定定定定值值值值为为为为内内内内给给给给定定定定，用用用用户户户户可可可可以以以以调调调调整整整整调调调调节器上的内给定拨盘来改变设定值节器上的内给定拨盘来改变设定值节器上的内给定拨盘来改变设定值节器上的内给定拨盘来改变设定值正、反作用的选择正、反作用的选择正、反作用
7、的选择正、反作用的选择何谓正作用？何谓反作用？何谓正作用？何谓反作用？何谓正作用？何谓反作用？何谓正作用？何谓反作用？ 手手手手/ / / /自动双向切换自动双向切换自动双向切换自动双向切换何何何何谓谓谓谓手手手手动动动动？何何何何谓谓谓谓自自自自动动动动？为为为为什什什什么么么么要要要要进进进进行行行行手手手手自动切换？自动切换？自动切换？自动切换？ 手动操作手动操作手动操作手动操作 可可可可以以以以调调调调整整整整手手手手操操操操拨拨拨拨盘盘盘盘或或或或者者者者手手手手操操操操扳扳扳扳键键键键来来来来改改改改变变变变控控控控节器的输出节器的输出节器的输出节器的输出 无扰动切换无扰动切换无扰
8、动切换无扰动切换 手手手手自自自自动动动动切切切切换换换换时时时时都都都都希希希希望望望望不不不不给给给给控控控控制制制制系系系系统统统统带带带带来来来来扰扰扰扰动动动动，即即即即控控控控制制制制器器器器的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号不不不不发发发发生生生生突突突突变变变变（即即即即必须要求无扰动切换）必须要求无扰动切换）必须要求无扰动切换）必须要求无扰动切换） KpKpKpKp/Ti/Td/Ti/Td/Ti/Td/Ti/Td的设置的设置的设置的设置 改变控制器的特性改变控制器的特性改变控制器的特性改变控制器的特性过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应
9、用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系5模拟控制器外形图12345667DDZIII型调节器正面图1位号牌 2内外给定指示 3内给定设定拨盘4-A/M/H切换 5阀位表 6软手动操作扳键7双针全刻度指示表过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系6数字控制器外形图过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系7基型
10、调节器的构成方框图第二节第二节 DDZ型电动调节器型电动调节器 过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系8基型调节器的电路分析(1)(1)输入电路输入电路输入电路输入电路作用 ： 是偏差检测与放大；Ii250RCM实际是偏差差动电平移动电路是电平移动目的： 是为了消除集中供电引入的误差。 是为了保证运算放大器的正常工作过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系
11、9R1R2R3R4R5R6R7R8UBU01U/01UiUCM1UCM2US同相端电压同相端电压反相端电压反相端电压U0101= - -（Ui iUs）将与零伏为基准的输入信号，变成与将与零伏为基准的输入信号，变成与10伏为基准的输出。伏为基准的输出。结论：结论： 输出只与偏差有关，与线路上的压降无关。输出只与偏差有关，与线路上的压降无关。U U0101变化范围：变化范围：V。U0101= （Ui iUs）正反作用切换开关0.472.33V3.85.66VK二倍偏差放大。二倍偏差放大。过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院
12、控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系10tUTtU01U01U01tUO21 1、工作原理、工作原理(2)(2)比例微分电路比例微分电路比例微分电路比例微分电路过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系112 2、传递函数、传递函数 KD=n 微分增益微分增益TD=nRDCD 微分时间微分时间 电容C的阻抗：过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制
13、系12KD=n 微分增益微分增益TD=nRDCD 微分时间微分时间 阶跃输入响应时间函数t=0+ :t= :tUO2?(t=T)T63.2%思考：TD如何测试？S的作用：过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系13工作原理工作原理S3 “1” ： m1S3 “10”：m10P运算：运算：I I运算：运算：PIPI运算（理想）：运算（理想）：(3)(3)比例积分电路比例积分电路比例积分电路比例积分电路过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大
14、学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系14实际实际PI：当当 KI I 时为时为理想情况理想情况过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系15阶跃输入响应时间函数t-U03tU02t=0+ :t= :回忆： TI如何测试？t=TI时时:TI过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系16(4) (4) 整机传递函数整机传
15、递函数整机传递函数整机传递函数U0202输入电路PD电路PI电路UiUS-e-2U0101U0303F干扰系数etu utt=0A过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系17(5)(5)输出电路输出电路输出电路输出电路作用: 将比例积分电路输出的以UB为基准的15VDC电压信号U03转换为流过负载RL（一端接地）的420mADC输出电流I0电压-电流转换电路定性分析：定性分析：U03UF A4输出输出 IC1 IC2 I0 U04 UF (直至直至UF UT )定量分析：定量
16、分析：I0 I/0 If过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系18差动输入运算放大器差动输入运算放大器当当U03 15V时，时， I0 20mAUB 10V ，UE 24V，UF 21.2V;选择选择A4应同时满足应同时满足共模输入电压共模输入电压及最大输出范围的要求及最大输出范围的要求U03 5V 时，时，U04 23.75V;过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学
17、信息学院控制系19(6)(6)手操电路手操电路手操电路手操电路硬手操的操作旋钮硬手操的操作旋钮手操电路的作用是实现手动操作，它有软手操与硬手操两种操作方式手操电路的作用是实现手动操作，它有软手操与硬手操两种操作方式 过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系20软手操电路CMUBU03VRRM1RM2RM1RM2VRS41S41S42S42S43S43S44S44CMUBU03UR (-VR)RM1当当S41按下时：按下时：过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用
18、过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系21当当S41按下时：按下时：CMUBU03VRRM1RM2RM1RM2VRS41S41S42S42S43S43S44S44当当S42按下时：按下时：当当S43按下时：按下时：当当S44按下时：按下时：快速上升快速上升慢速上升慢速上升快速下降快速下降慢速下降慢速下降过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系22n扳扳键键S4扳扳向向软软手手操操输输入入电电压压+UR一一侧侧
19、时时，+VR通通过过由由RM、CM和和A3 组成的积分电路使组成的积分电路使U03线性下降；线性下降；n当扳键当扳键S4扳向扳向-UR一侧时，一侧时，U03线性上升。线性上升。n按下扳键按下扳键S4的时间越长，的时间越长， U03的改变越大的改变越大如果如果S41S44都不按下的时候，如右图：都不按下的时候，如右图：在实际电路中：在实际电路中：CM10F，RM130k， RM2470k如果使如果使U03的输出在的输出在15V全量程范围内变化，则：全量程范围内变化，则：在快速手操状态下，需要在快速手操状态下，需要6秒秒在慢速手操状态下，需要在慢速手操状态下，需要100秒秒 电容电容CM上没有电流
20、，上没有电流， CM上的电压保持不变，即上的电压保持不变，即U03不变不变说明该手操电路有很好的保持性。说明该手操电路有很好的保持性。（输出保持：（输出保持：0.1/小时）小时）CMUBU03过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系23硬手操电路CMUBU03RHRFWHUH过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系24因为因为 RF=RH=30k所以所以 U
21、03=UH CMUBU03RHRFWHUH过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系25手自动操作之间的切换自动自动( (A)A)软手动软手动( (M)M)硬手动硬手动( (H)H)由于由于S2的作用，使积分电容的作用，使积分电容CI的右端电压恒等于的右端电压恒等于UB。AA：U UF F不变，不变， U U0303不会跳变。不会跳变。无平衡无扰动切换无平衡无扰动切换MM：CMUBU03U UF F不变，不变， U U0303不会跳变。不会跳变。无平衡无扰动切换无平衡无扰动切换
22、HH：CMUBU03RHRFWHUHU03=UHU UF F会变，会变， U U0303会跳变。会跳变。必须进行预平衡操作，然后进行切换必须进行预平衡操作，然后进行切换必须进行预平衡操作，然后进行切换必须进行预平衡操作，然后进行切换过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系26(7)(7)指示电路指示电路指示电路指示电路RRR 500kRRL820UBU0Ui330I0I/0IF作用：作用：可以通过调整指示可以通过调整指示表的机械零点去除表的机械零点去除调整调整R RL L，把把1 15V5V的的U Ui i转化成转化成1 15mA5mA的的I Io o。为什么指示表头不直接与为什么指示表头不直接与R RL L串接在一起串接在一起？把把15V输入转化成输入转化成15mA的电流信号，该电的电流信号，该电流通过动圈表头指示出来。流通过动圈表头指示出来。
