过程控制仪表课后答案第3章

思考与练习题参考答案第 3 章 模拟式控制器思考与练习题(1)工业上常用控制器的控制规律有哪几种？答：工程上常用的控制器的控制规律有比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）以及比例积分微分（PID）四种，由此产生相应的四种常用控制器。(2)在模拟控制器中，一般采用什方式实现各种控制规律？答：可以用负反馈放大器来实现。其原理组成如图 3.1 所示。由图可知：UoUrUf R2R1放大器 KUi Uf KF图 3.1（a）负反馈放大电路图图 3.1(b)负反馈放大电路方框图UofiUK0FfO根据上述三个关系式可求得输出与输入的关系为： FKUi10当放大器的放大倍数足够大时， FK1, 则上式分母中的 1 可忽略不计，上式可近似表示为： 01KFUi这就是说，只要放大器的放大倍数足够大，那么在引入负反馈构成闭环后，其闭环放大倍数 K就只与反馈系数 F 有关。而反馈系数就是前面分析的分压系数，这样就实现了比例控制规律。由于闭环放大倍数 K与反馈系数 F 成倒数关系，即后者衰减，前者放大，或者是，后者为除的关系，则前者就是乘的关系。换句话说，两者之间互成逆运算关系。由此得到了启发，若要闭环放大器起积分运算作用，它的反馈电路应是微分运算电路。反之，要得到微分运算关系的放大电路，其反馈电路应该用积分电路。(3) 试述 DDZ型控制器的功能。答： DDZ型控制器的作用是将变器送来的 15VDC 测量信号与15VDC 给定信号进行比较得到偏差信号，然后再将其偏差信号进行PI D 运算，输出 420mADC 信号，最后通过执行器，实现对过程参数的自动控制。一台 DDZ型工业控制器除能实现 PID 运算外，还具有如下功能，以适应生产过程自动控制的需要。获得偏差并显示其大小显示控制器的输出提供内给定信号并能进行内外给定选择进行正/反作用选择进行手动操作，并具有良好的手动/自动双向切换性能(4)基型控制器由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？答：基型控制器由控制单元和指示单元两大部分组成。控制单元包括输入电路、比例微分（PD）电路与比例积分（PI）电路、软手动与硬手动操作电路和输出电路等，指示电路包括测量信号指示电路和给定信号指示电路。输入电路的主要作用是将测量信号与给定信号相减，获得偏差信号。并将两个以零伏为基准的输入电压转换成了以电平 VB=10V 为基准的偏差电压输出，从而实现了信号的电平移动，使运算放大器的输入端电压进入其共模电压范围内。比例微分运算电路的作用是接受由输入电路送来的以 10V 电平为基准的输出信号对它进行比例微分运算，再经比例放大的后输出，送给比例积分电路。比例积分运算电路主要是给控制器的控制规律引入积分作用。手动操作是由手动操作电路实现的。输出电路其作用是将比例积分电路送来的以 10V 为基准的 15VDC电压信号转换成以 0V 为基准的 420mADC 输出电流送给执行机构。指示电路的作用是将以零伏为基准的 420mADC 转换成以 VB=10V 为基准的 15mADC 的输出电流信号，用电流表加以指示（5）DDZ型控制器的输入电路为什么要采用差动输入方式？为什么要进行电平移动？答： 采用差动输入方式，使引线电阻 RCN上的压降 VCM以共模电压形式加入输入电路，由于输入电路对共模电压信号有很强的抑制作用，使 VCM 不致引起误差。输出电压 V01与引线电阻上的附加压降VCM1、V CM2无关，因而消除了它们对输出电压 V01的影响。在输入电路中进行电平移动，将偏差电平抬高到+10V 的基准上，这样在同样条件下，运算放大器的输入端电压数值就在共模电压范围要求之内，输入电路就能正常工作了。输入电路将两个以零伏为基准的输入电压转换成了以电平 VB=10V 为基准的偏差电压输出，从而实现了信号的电平移动，使运算放大器的输入端电压进入其共模电压范围内。（6）DDZ型控制器有哪几种工作状态？什么是软手动状态和硬手动状态？答： DDZ型控制器有自动（A）、软手动（M）和硬手动（H）三种工作状态，软手动操作又称速度式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成积分关系而变化。硬手动操作又称比例式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成比例关系而变化。（7）什么是控制器的无扰动切换？DDZ型控制器如何实现“手动/自动”无扰动切换？为什么从软手动方式向硬手动方式切换需要事先平衡？答：所谓无扰动切换是指在切换时控制器的输出不发生变化，对生产过程无扰动。型控制器由自动或硬手动向软手动的切换（AH M）以及由软手动或硬手动向自动的切换(MH A)均为无平衡无扰动的切换方式。所谓无平衡切换，是指在自动、手动切换时，不需要事先调平衡，可以随时切换至所需要位置。当从任何一种操作状态切换到软手动操作时，运算放大器 IC 的反向端为浮空状态， 03都能保持切换前的值，所以，凡是向软手动（M 方式）方向的切换，均为无平衡无扰动的切换。控制器处于软手动（M 方式），或硬手动（H 方式）时，电容 CI两端电压值等于 V02，而且 CI的一端与 V 相连，在从手动向自动切换的前后是等电位的，在切换瞬间，CI 没有放电现象，V 03不会突变，控制器的输出信号也不会突变。所以，凡是向自动（A 方式）的切换也均为无平衡无扰动的切换。凡是向硬手动方向的切换，从自动到硬手动或从软手动到硬手动（A、MH），均为有平衡的无扰动切换。即要做到无