2.4 PID调节器的电路实例.4.ppt

2.4PID调节器的电路实例,DDZ-型基型调节器，是指在它的基础之上，增加一些附加电路，便可使其功能大大扩展，以适应生产过程控制的要求。其应包括输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（硬手动和软手动）切换,电路、输出电路及指示电路等。原理如图2-12所示。,1电路如图2-14所示。,2.4.1输入电路,2传递函数,而V+V-则VO1=-2（Vi-VS）（2-25）,3电路的作用（1）提高输入阻抗,为使15V的测量信号的数值不受影响，调节器本身对Vi、VS都应有较大的输入阻抗，使它们不从信号源取用电流。,（2）求偏差Vi-VS进行相减运算，满足PID电路的要求。（3）将偏差放大两倍为了提高调节器对偏差的灵敏度，对其后的运算有利，但过大易使运放饱和，这里只要求放大两倍。,（4）消除传输线上压降的影响DDZ-采用共同电源，在Vi的传输线上可能包括其它仪表的电流，导线电阻虽不大而其压降有时不可忽略。采用差动输入方式，避免误差。,（5）进行电平转移Vi、VS都是从零伏起算的电压信号，调节器是靠运放进行运算放大的，运放本身有一定的共模电压允许范围（219V）。为了使被运算的信号处在这个允许的范围之内，必须从零伏起算的信号改为从基准电压VB起算，即进行电平转移。,设Vs=15V，VCM1=VCM2=01V,VB=0,则,显然，由于超出允许范围，运放不能正常工作。当VB=10V时V+=V-=3.75.7V,V,保证了输入电压在允许范围之内，能正常放大。当VB=0时，VO1=-2（Vi-VS）=-8+8V使后面PID的IC不能正常放大。,VB=10时，输出为VO1=-2（Vi-VS）=218V使后面PID的运放也能工作于允许电压范围之内。同时，当VB=10V时，运放的运算关系不变。,2.4.2PID运算电路,由PD和PI两个运算电路串联而成，如图所示。,1PD电路由A2组成PD电路，微分的作用可根据需要通过开关S8引入或切除。S8置“断”，A2蜕变为比例放大器，这时,式中比例增益,PD的传函，前已导出,（2-26）,这时不工作的微分电容被开关S8接在分压器上，使CD充上电压(n-1)/nVo1，这样开关S8，可随时切换到“通”，从而保证了无扰动切换。,这里，微分增益,=2.42585s,微分时间,比例增益,2PI电路由A3组成，开关K3为积分时间倍乘开关。,则,得,比例增益,Ti=mRICI积分时间,在效果上等于把RI增加m倍，加在RI上的信号幅度减小m倍，积分输出的最终极限幅度也将下降m倍，则,积分增益,A3后面的电阻、VD1、VT1构成射随器，是为了与其它单元配合，便于加输出限幅而设置的。,m=1时,m=10时,Ti=6.21500s,Ki=104,2.4.3输出电路,如图2-16所示。其任务是将PID输出电压VO3=15V变换为420mA的电流输出，并进行电平转移。,为使调节器的输出电流不随负载电阻大小的变化，须使输出电路具有良好的恒流特性。这里采用A4以强烈的电流负反馈来保证，同时在A4后面用VT1、VT2组成复合管，减轻A4负担，提高放大倍数，增进恒流特性，提高电流转换精度。,若R3=R4=10K，R1=R2=4R3,由V+V-得,则,而,这里是在忽略了If、IB的条件下得出的，忽略IB误差不大，但If一般不能忽略。,If占的6%以上，忽略它将会产生较大误差。为了提高转换精度应取R1R2，可以证明，当取,例，当IO=4mA时,R1=4（R3+Rf）=40.25K时，可以精确获得关系：,2.4.4手动操作电路及自动手动切换自动调节与手动操作状态间的平滑无扰动切换是生产过程对调节器提出的基本要求，上述切换是在比例积分运算器上通过S1实现的。如图2-17所示。,1自动软手动,（1）AM上面的S1置“M”断开A3的输入CM无放电回路*VO3保持不变（称为“保持”或“浮动”状态）AM无冲击,“保持”或“浮动”状态是有条件和暂时的。由于IC不可能是理想的；CM的漏阻也不可能，因此，A3的输出总要随时间缓慢变化。应选用品质优良的,（2）软手动S42-VM接入按Ti=（RM1+RM2）CM=100s的时间积分,IC与CM，在制造工艺上也应注意。,S41-VM接入Ti=6s,同理，S43（或K44）+VM接入这种通过手动操作来改变输出的方式，动作比较和缓，所以，称为“软手动”。,（3）AM下面的S1置“M”CI与VB接通使CI右端电压为VB保证MA的无扰动切换,2软手动硬手动（1）MH上面的S1置“M”A3接成图2-18的形式，这时,其传函为惯性环节。,时间常数T=RFCM=301031010-6=0.3sVH改变时，VO3很快达到新的稳态值。MH时要做到无扰动切换，须先调RPH与当时的VO3一致。