过程控制及仪表PPT电子教案课件-第二章 基型控制器.ppt

辽宁科技大学电信学院,过程控制及仪表,第二章 基型控制器,基型控制器又称基型调节器，对来自变送器的1-5v直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差进行pid运算，输出4-20ma（dc）直流控制信号。,一、基型控制器介绍,调节器在控制回路中的位置？,第二章 基型控制器,基型控制器组成：由控制单元和指示单元组成。见图2-1。,第二章 基型控制器,控制单元： 输入电路(偏差差动和电平移动电路)、pid运算电路(由pd与pi运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路； 指示单元： 测量信号指示电路、设定信号指示电路、内设定电路。 调节器的信号： 输入信号、内设定信号：15v直流电压； 外设定信号：420ma直流电流，（它经过250精密电阻转换成15v直流电压） 调节器的工作状态： “自动”、“软手动”、“硬手动”及“保持”四种。,第二章 基型控制器,“自动”状态： 测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、比例积分电路对其偏差进行pd和pi运算后，再经过电路转换为420ma直流电流，作为调节器的输出信号去控制执行器。 “软手动”状态： 可以通过选择键位调节器处于“保持”(即它的输出保持切换前瞬间的数值)状态，或使输出电流可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。 “硬手动”状态： 调节器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。,第二章 基型控制器,在基型控制器基础上增设附加电路可构成各种特种控制器，如抗积分饱和控制器、前馈控制器、输出跟踪控制器、非线性控制器、也可附加某些单元具有报警、限幅等功能。,基型控制器有两个品种：全刻度指示控制器和偏差指示控制器。,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,二、输入电路偏差差动电平移动电路,第二章 基型控制器,组成：由ic1 及电阻组成。 输入：ui-us 。 输出： uo1 ，以 ub 为参考电压。 作用：1). 将（ui-us） 后放大两倍反相以uo1 输出，即 uo1= -2(ui-us)。 2).电平移动。将以零伏为基准的输入信号转换为以 ub 为基准的输出信号uo1。 电平移动的目的：使ic1工作在允许的共模输入电压范围内。,电路分析：,第二章 基型控制器,三、pd电路,组成：ic2 、 cd 、 rd 、 s； 输入信号： uo1 ； 输出信号： uo2,送pi电路； 作用：对uo1进行pd运算， 可设置t d 、 kp （或比例度），见图2-5。 t d为微分时间； kp为比例系数。,无源比例微分电路,s置断时，切除微分，只有比例作用,比例运放电路,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,定性分析：,uo1阶跃时，t0+时cd电压不能 突变，uo1全部加到ic2同相端， 随着cd充电，ucd从零按指数规律 上升，ut按指数规律下降，当cd 充电结束时，cd上电压与r9.1k电阻 上电压相等. ut（）= 1/n*uo1， 并保持不变。 uo2与ut的关系：uo2 = ut uo2与ut的曲线变化形状相同。,无源比例微分电路,s置断时，切除微分，只有比例作用,比例运放电路,n=10,可改变比例度,定量分析： ic2 看作理想运放，对无源比例微分网络有：,第二章 基型控制器,对比例运放电路有：,无源比例微分电路,s置断时，切除微分，只有比例作用,比例运放电路,n=10,可改变比例度,第二章 基型控制器,无源比例微分电路,s置断时，切除微分，只有比例作用,比例运放电路,n=10,第二章 基型控制器,快速的调节作用，超前作用,第二章 基型控制器,当图中开关处于“断”的位置时，微分作用切除，电路只有比例作用。问：当电路由断到通时ic2同相端电压会不会突变，对控制过程有无扰动。为什么？,第二章 基型控制器,四、pi电路 组成：由ic3 、ri 、cm 、ci 组成，有源pi运放电路； 输入信号： uo2 输出信号： uo3，送输出电路。 作用：将pd电路输出的uo2进行pi运算，输出以ub为基准的15v电压uo3至输出电路；手操信号输入，手自动切换在本级切入。,第二章 基型控制器,联动,限位,第二章 基型控制器,s3积分换档：x1，x10两档； s1 、s2：联动开关，完成自动、软手动、硬手动切换（系统手动操作）； 3.9k电阻、vd二极管：用于限幅器等（特种调节器）； vz：限位。 pi电路的等效电路：图2-8。,比例电路部分： ci 、cm 积分电路部分：ri 、cm m: x1档时，m=1; x10挡时，m=10.,比例,积分,比例输入,积分输入,第二章 基型控制器,定量分析： 设ic3 为理想运放，其输出电压由两部分组成：,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,缓慢的调节作用，直到偏差为零时才不变化。,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,作用：把pid输出uo3 （以ub为基准）转换成4-20ma.dc输出。实现电压电流转换。见图2-12。 组成：由ic4 、vt1和vt2复合管组成。,第二章 基型控制器,定性分析：,电流负反馈,复合管，提高放大倍数，降低基极电流。,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,第二章 基型控制器,手动操作电路分为软手操和硬手操两种方式，是在pi电路中附加手操电路来实现的，如图1-2-13所