自动化专业英语教程第2版王宏文主编翻译PART4ppt课件

1、自动化专业英语教程,教学课件,July 28, 2007,1,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,A 过程控制系统 1. 课文内容简介：以热变换器为例，形象地介绍过程 控制系统中典型的三个基本操作：测量（M ）、设定（D ）和执行（A ）。 2. 温习过程控制系统中绪论的内容。 生词与短语 ensuing adj. 相继的 variable adj. 变化的，可变的；n. 变量,2,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,latent heat 潜伏热 deviation

2、 n. 偏差 throttle v. 调节（阀门） thermocouple n. 热电偶 transmitter n. 热敏电阻 conveyor n. 传送带，传送机,3,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,4. 难句翻译 1 provided there are no heat losses to surroundings provided：只要，是表示条件关系的连词。 2 That is, we want to have instruments that control the variables without requ

3、iring intervention from the operator. 这就是说，我们需要一些不用操作人员介入就可控制这些变量的设备。,4,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,5. 参考译文 A 过程控制系统 此部分的主要目的是满足读者对自动过程控制的需要和激励读者来学习。自动过程控制与持续过程变量、温度、压力、流量、成分和期望操作值一类的量有关。正如我们在后续的章节中所看到的，过程本身是动态的。变化不断发生，并且如果激励未加入，重要的过程变量与安全有关的变量、产品质量和生产率将不能获得期望值。 为了强化概念，让我们来考虑一个

4、过程流通过浓缩流加热的热变换器，其过程框图如图4-1A-1,5,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,图 4-1A-1 热交换器,6,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,此单元的目的是把一过程流从某一入口温度Ti(t)加热到某一期望出口温度T(t)。如前所述，热介质是浓缩流。 只要对周围环境没有热损失，过程流所获得的能量等同于浓缩流释放的热量。也就是说，热变换器和管子均绝缘。在这种情况下，释放的热量就是浓缩流浓缩的潜热。 在此过程中，有许多变量可变化，从而造成出口温度偏

5、离期望值。如果发生此情况，激励必须加入以更正此偏差。也就是说，激励将控制出口温度以维持其期望值。 完成此目的的一种方法是首先测量温度T(t)，然后与期望值比较，基于此比较值，确定以什么来更正偏差。浓缩流的流量可用于更正偏差。也就是说，如果温度高于期望值，那么到热变换器的浓缩流的流量（能量）可调节减少。如果温度低于期望值，那么到热变换器的浓缩流的流量（能量）可调节增加。所有这些均可由操作者人工完成，并且如果过程简单明了，这将不成问题。然而，在大多数过程控制工厂中，均有数百个变量必须,7,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,保持期望值

6、，那么更正过程将需要大量的操作人员。因此，我们希望自动的完成此控制。这就是说，我们需要一些不用操作人员介入就可控制这些变量的设备。这就是我们所说的自动过程控制。 为完成此目的，必须设计和实现控制系统。一种可能的控制系统和其基本元件如图4-1A-2所示。,图4-1A-2 热交换器控制回路,8,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,首先是测量过程流的出口温度，完成此任务的是传感器（热电偶、阻抗温度仪、*系统温度计、电热调节器等）。传感器会与热敏电偶相连，热敏电偶从传感器采一输出点，并把其转换为足够强的信号传递给一控制器。控制器接受与温度

7、相关的信号，并与期望值相比较。依赖于此比较值，控制器可确定怎样保持温度在期望值。基于此决定，控制器给终端控制元件传送另一信号，其反过来操作流量。 前面的段落介绍了控制系统的四个基本元件。它们是： 传感器，通常称为主要元件。 热敏电偶，通常称为次要元件。 控制器，控制系统的“脑”。 终端控制系统，经常为控制阀但不总是。一般其它终端控制元件为可变的速度泵、传送机和电动机。 这些元件的重要性在于它们执行的是在每一个控制系统中所必须的三个基本操作。这些操作是：,9,P4UIA A Process Control System 第四部分第一单元课文A 过程控制系统,测量（M ）：传感器和热偶电阻的组合元

8、件经常测量被控变量。 设定（D ）：基于测量值，控制器决定怎样维持变量在期望值。 执行（A ）：作为控制器决定后的结果，系统必须采取一定的措施，通常有终端控制元件完成。 如上所述，在每一个控制系统中这三个基本操作：M、D和A都会存在。在某些系统中，决定-执行操作相当简单，而在另一些系统中操作很复杂。工程人员设计控制系统时必须确保采取的措施要影响控制变量，也就是说，采取的措施要影响测量值。否则，系统是不可控的且有可能弊大于利。,10,P4UIB Fundamentals of Process Control 第四部分第一单元课文B 过程控制的基本要素,B 过程控制的基本要素 1.课文内容简介：介

9、绍过程控制系统中自动过程控制的重要术语、调节和伺服系统、传输信号和过程控制所需背景等重要概念。 2.温习过程控制系统中关于过程控制的任务和要求方面的内容。 3.生词与短语 manipulated variable 操纵量 disturbance n. 扰动 upset n. 干扰 fouling n. 阻塞 regulatory control 调节控制 servo control 伺服控制,11,P4UIB Fundamentals of Process Control 第四部分第一单元课文B 过程控制的基本要素,pneumatic adj. 气动的 representation n. 表示

10、符号 transducer n. 传感器 thermodynamics n. 热力学 modeling n. 建模 simulation n. 仿真,12,P4UIB Fundamentals of Process Control 第四部分第一单元课文B 过程控制的基本要素,4. 难句翻译 1 Thus, the many principles in automatic process control apply to both cases. 因而，自动过程控制中的很多原理对两者都适用。 2 psig: pounds per square inch gauge 表压（计算压强，剩余压强） 磅每

11、平方英寸 psia: pounds per square inch absolute 绝对压强 磅每平方英寸 pounds per square inch of area 磅每平方英寸面积 psi: pounds per square inch 磅每平方英寸（1psi = 0.070kg/cm2） psid: pounds per square inch differential 压差 磅每平方英寸,13,P4UIB Fundamentals of Process Control 第四部分第一单元课文B 过程控制的基本要素,3 The input signal may be 4 to 20 m

12、A and the output 3 to 15 psig. 输入信号在4到20mA之间，输出信号在3到15 psig之间。 5. 参考译文 B 过程控制的基本要素 自动过程控制的重要术语 目前，定义一些用于自动过程控制领域的术语是必要的。第一个术语是被控量，此变量必须维持或控制在某一期望值。在前面的例子中，过程出口温度T(t)是被控量。第二个术语是参考点，即被控量的期望值。操纵量是用于维持被控量处于期望值的变量，在上例中，流量是操纵量。最后，造成被控量偏离参考点的任何变量被定义为扰动或干扰。在大多数过程中存在许多不同,14,P4UIB Fundamentals of Process Cont

13、rol 第四部分第一单元课文B 过程控制的基本要素,的扰动。在图4-1A-2所示的热变换器的例子中，入口过程温度Ti(t)、过程流量q(t)、流能量的质量、周围环境、过程流体成分、阻塞等均可能是扰动。在这里重要的是理解在过程控制工业中，大多数情况下，正是因为扰动的存在才需要自动过程控制。如果没有扰动，设计-操作情况将盛行，并且将没有必要不断监测过程。 下面的附加术语也很重要。开环指的是控制器与过程开断的情况。也就是说，控制器并不决定怎样维持控制量在参考点。在开环控制中的另一个例子是控制器采取的措施（A）不能影响测量（M）。的确，这是控制系统设计的一个重大缺陷。闭环控制指的是控制器与过程连接，参

14、考点与被控量比较并决定更正措施的情况。 基于这些术语的定义，自动过程控制系统的对象可陈述如下：自动过程控制系统的对象是尽管有扰动存在，也可利用操作量来维持被控量在其设置值。,15,P4UIB Fundamentals of Process Control 第四部分第一单元课文B 过程控制的基本要素,调节和伺服系统 在一些过程中，由于扰动，被控量偏离恒定的参考点。调节控制指的是设计的系统补偿扰动。在另一些情况中，最重要的扰动是参考点本身，也就是说，参考点可能是时间的函数（典型的是成批处理），因此被控量必须随参考点变化。伺服控制指的是控制设计的系统达到此目的。 在过程控制工业中，调节控制远远比伺服

15、控制更为普遍。然而，设计这两种控制的基本方法基本是一样的。因此自动过程控制中的很多原理对两者都适用。 传输信号 现在解释几个用于控制系统仪表间通讯的信号。目前，用于过程工业的信号主要有三类，气动信号或气压通常在3到15表压，6到30表压或3到27表压的信号也较常用到。在管系和仪表图（P that is, the engineer needs to look at the complete plant rather than only one piece of equipment. 这并不一定是最安全的全局操作，也就是说，工程师应从整个工厂着眼，而不是仅注意某一台设备。,31,P4U2B Fin

16、al Control Elements and Controllers 第四部分第二单元课文B 终端控制元件和控制器,5. 参考译文 B 终端控制元件和控制器 控制阀 控制阀是最普遍的终端控制元件。在过程工厂中，控制阀被用于操纵流量，从而使控制量维持在设定值。在本节中，应用于过程控制的控制阀的许多重要方面被介绍。 在管道过程系统中，控制阀作为可变阻尼，通过改变口的大小来改变流量阻尼和流量本身的大小。控制阀的作用就是调节流量。本部分介绍控制阀的作用（故障条件）、控制阀尺寸和它们的特点。 选择控制阀时工程师必须回答的问题是：当能量传递到控制阀时，怎样做能使其失效。此问题涉及到阀门的失效点。回答此问

17、题主要考虑或应该考虑的是可靠性。如果认为出于安全考虑，阀门应该关闭，那么必须指定“无信号则关”（FC）的阀门，另一种可能是“无信号则开”（FO）的阀门，当能量提供失败时，,32,P4U2B Final Control Elements and Controllers 第四部分第二单元课文B 终端控制元件和控制器,此类阀门将打开，不再节流。大多数的控制阀是气动操作，因此，提供能量的是空气压力。无信号则关的阀门需要能量来打开，因此被指定为“气开”（AO）阀门。需要能量来关闭的无信号则开的阀门被指定为“气关”（AC）阀门。现在举例说明控制阀作用的选择。此例是如图4-2B-1所示的过程。,图 4-2B

18、-1 热交换器控制回路,33,P4U2B Final Control Elements and Controllers 第四部分第二单元课文B 终端控制元件和控制器,在此过程中，通过操作到达热交换器的蒸汽流来控制过程流的出口温度。问题是：当空气供应失败时，我们想让蒸汽阀做什么？ 如前所述，想让蒸汽阀到达最安全的情况。看上去最安全的情况可能是使蒸汽流停止的位置；也就是说，在不安全的操作中，不希望有蒸汽流过，这就意味着应该指定出故障时自动关闭的阀门。在决定中，我们并没有考虑关闭阀门后不能加热流体的后果。在某些情况下，可能不会有什么问题，然而，在另一些情况下，就不得不考虑。另一个例子，考虑一个气体是

19、维持某种聚合物温度的例子。如果蒸汽阀门关闭，在交换器中温度将下降，聚合物可能固化。在此例中，可能希望无信号则开阀门提供最安全的情况。 注意，这一点很重要，在此例中仅仅考虑了热交换器周围的安全情况，这并不一定是最安全的全局操作，也就是说，工程师应从整个工厂着眼，而不是仅注意某一台设备。必须看到对蒸汽和过程流流过的热交换器和其他设备的影响。再说一遍，必须考虑整个工厂的安全。,34,P4U2B Final Control Elements and Controllers 第四部分第二单元课文B 终端控制元件和控制器,反馈控制器 此部分介绍最重要的工业控制器。强调了其参数的物理意义，旨在理解其如何工作

20、。此介绍对于气动电子控制器和大多数基于微处理器的控制器均适用。 简单的说，控制器是控制回路的“脑”。如第一单元所述，控制器是控制系统中起决定作用的设备。为了做到这一点，控制器： 比较来自热敏电阻和控制器变量的过程信号和参考点 为了维持控制变量在其参考点，给控制阀或其他任何控制元件发送适当的信号 考虑如图4-2B-1所示的热交换器的控制回路。如果热流的出口温度超过其参考点，控制器必须关闭蒸汽阀。由于阀门是气开（AO）阀，控制器必须降低其输出（气压或电流）信号（看图中箭头）。为了做到这一点，控制器必须设定为反作用。一些生产者把此作用指定为衰减，也就是说，控制器输入信号有一增量，那么控制器的输出信号

21、会产生一减量。,35,P4U2B Final Control Elements and Controllers 第四部分第二单元课文B 终端控制元件和控制器,考虑如图4-2B-2所示的平面控制回路。如果液面超过参考点，控制器必须打开阀门使液面返回到参考点（看表中箭头）。为做到这一点，控制器必须被设置为正作用，也就是说，在控制器的输入信号加一增量，那么控制器的输出信号会产生一增量。,图 4-2B-2 液位控制回路,36,P4U2B Final Control Elements and Controllers 第四部分第二单元课文B 终端控制元件和控制器,总之，为确定控制器的作用，工程师必须了解：

22、 控制的过程要求。 控制阀或其他终端控制元件的作用。 两个条件必须均考虑。读者会自问，平面控制器的正确作用是否是运用气关（AC）阀门或用入口流量代替出口流量来控制平面。在第一种情况下控制阀作用变化，而在第二种情况下，控制阀作用是控制变化的过程要求。 控制器作用通常被设置为气动或电子控制器方面的开关，或大多数基于微处理器的控制器方面的配置位。,37,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,A P控制器和PI控制器 1.课文内容简介：主要介绍过程控制系统中比例控制器和比例-积分控制器的工作原理、作用、传递函数和各自

23、的优、缺点。并以图解的方式形象地说明比例系数和积分常数发生变化时对控制输出的影响。 2.温习过程控制系统中有关比例积分控制的内容。 3. 生词与短语,38,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,calibration n. 校准，检查 fraction n. 分数，小数 offset n. 静差 ultimate adj. 临界的 weight n. 权 reset time 复位时间 reset rate 复位速率,39,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分

24、第三单元课文A P控制器和PI控制器,4. 难句翻译 1 Proportional only controllers have the advantage of only one tuning parameter, Kc. 纯比例控制器的优点是只需整定一个参数Kc。 2 Also, from Eq.(5-3A-6) we note that as long as the error term is present, the controller will keep changing its output, thereby integrating the error, to remove the

25、 error. 从式(5-3A-6)中，我们注意到只要误差项存在，控制器就会不断改变其输出，从而通过对误差积分来消除误差。 5. 参考译文,40,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,A P 控制器和 PI 控制器 为了维持参考点，反馈控制器做出决定的方法是通过在被控量与参考点差别的基础上，计算输出。在本单元中，我们将通过描述其操作的公式着眼于最普通的控制器。 比例控制器(P) 除了在这里不考虑的开-断控制器，比例控制器是最简单的控制器，描述其操作的方程式如下： (4-3A-1) 或 (4-3A-2),41,

26、P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,式中 控制器的输出，psig或mA 参考点，psig或mA 被控量，psig或mA，这是热敏电阻的信号。 误差信号，psig或mA，参考点与被控量的差别。 控制器增益， 或 偏差值，psig或mA，此值的意义在于它是误差为零时的输出，在中比例的刻度控制器中，此值通常被设定为9 psig或12 mA。因为输入与输出范围是相同的（315 psig 或420mA），输入信号和输出信号以及参考点有时候也可用分数或百分数来表示。 可以有趣的看到等式（4-3A-1）描述的是一个反作用

27、控制器。如果控制器变量 c(t)，超过参考点r(t)，误差变负，并且,42,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,等式表明控制器的输出 m(t)，下降。在数学上显示正作用控制器的一般方法是使控制器的增益Kc为负。然而，必须牢记，在工业控制器中没有负增益，只有正增益。反/正开关可以做到这一点。当做正作用控制器的控制系统的数学分析时，负增益Kc被使用。 等式（4-3A-1）和等式（4-3A-2）表明控制器的输出正比于参考点和被控量间的误差。比例由控制器的增益Kc给出。此增益或控制器的灵敏度决定对于给定的误差变化，

28、控制器输出的变化程度。如图4-3A-1所示。 纯比例控制器的优点是只需整定一个参数Kc，然而，它有一个很大的缺点，就是用偏移量或“稳态误差”来操作被控量。为用图表表明此偏移量，考虑如图4-2B-2所示的液面控制回路，假设设计条件为 和 ，再假设为了使出口阀超过150gpm，作用其上的空气压力为9 psig。如果入口流量增加，纯比例控制器的系统的响应如图4-3A-2所示。控制器使被控量回到稳定值，但此值不是期望参考点。被控量的参考点和稳定值间的差别就是偏差。图4-3A-2显示了对应于两个不同整定,43,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元

29、课文A P控制器和PI控制器,图4-3A-1 控制器增益对控制器输出的作用,图4-3A-2 液面系统的响应,44,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,参数Kc 的两条响应曲线，数据表明Kc值越大，偏差越小，但过程响应越振荡。然而，对于大多数过程，Kc有最大值，超过此最大值，过程将不稳定。增益最大值的计算我们称之为极限增益Kcu。 为得到纯比例控制器的传递函数，等式（4-3A-1）写成 定义如下的两个偏差量： (4-3A-3) (4-3A-4) 那么 用拉普拉斯变换得到如下的传递函数：,45,P4U3A P

30、Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,简单的说，纯比例控制器是仅有一个整定参数的最简单Kc或PB的控制器。此控制器的缺点是在控制器变量中用偏差操作。在象调压槽似的一些过程中，可能不会有严重的后果。在过程被控制在参考点上下范围内的情况下，纯比例控制器就足够了。然而，在过程必须控制在参考点的情况下，纯比例控制器就不能提供满意的控制。 比例-积分控制器(PI) 大多数的过程不能用偏差控制，也就是说，它们必须被控制在参考点，在这些情况下，纯比例控制器中必须加入额外的信息以消除偏差，新的信息或新型控制是积分或复位作用，因此，控制器成为

31、比例-积分控制器（PI）。等式描述如下：,46,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,或 (4-3A-6) 式中 积分或复位时间，分钟/次 因此，PI控制器有两个参数Kc和，这两个参数必须被调整以获得满意的控制。 为了理解复位时间的物理意义，考虑如图4-3A-3所示的假设的例子。,图4-3A-3比例-积分 (PI) 控制器对阶跃误差的响应,47,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,是控制器重复比例作用的时间，因此单位是分钟

32、/次。 值越小，响应曲线越陡，这就意味着控制器响应越快。解释这一点的另一种方法是查看等式（4-3A-6）， 值越小，积分前的项 越大，因此，积分或复位作用的权越大。 从式中，我们注意到只要误差项存在，控制器就会不断改变其输出，从而通过对误差积分来消除误差。记住，积分也意味着求和。 为得到PI控制器的传递函数，式（4-3A-6）描述如下：,48,P4U3A P Controllers and PI Controllers 第四部分第三单元课文A P控制器和PI控制器,利用式（4-3A-3）和（4-3A-4）给出的偏差的相同的定义，采用拉普拉斯变换，重新排列得到： 总之，比例-积分控制器有两个参数

33、：增益或比例带，复位时间或复位速率。此类控制器的优点是积分或复位作用消除偏差。,49,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,B PID控制器和其它控制器 1.课文内容简介：主要介绍过程控制系统中比例-积分-微分控制器的工作原理、作用、传递函数和控制特点。并以“预测误差变化”的说法形象地揭示了微分控制器的作用，特别说明了比例-微分控制器有增大比例系数的作用。最后特别指出比例系数、积分常数、微分常数之间是互相影响的。 2.温习过程控制系统中有关比例积分微分控制的内容。 3. 生词与短语,50,P4U

34、3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,preact v.; n. 超前；提前修正量 susceptive adj. 对敏感的；易受影响的 lead n. 超前 lag n. 滞后 discrete adj. 离散的；分离的 get around 回避，躲开 detrimental adj. 不利的,51,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,4. 难句翻译 1 PID controllers are r

35、ecommended for long time constant loops which are free of noise. PID控制器适用于不易受噪声干扰的具有长时间常数的环路系统。 2 A few other comments on controllers are in order before closing this section. 在结束这节之前，有必要再对控制器作一些说明。 be in order 完备的，适用的，适宜的，必要的 3 The slope of the ramp is predetermined by the operating personnel. 斜坡函数

36、的斜率要由操作人员预先设定。,52,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,5. 参考译文 B PID控制器和其它控制器 比例-积分-微分控制器 (PID) 有时候另一种控制加在了PI控制器上，这种新的控制是微分作用，也称为比率作用或超前。它的目的是预料过程率先查看误差变化的时间速率，即微分。描述等式如下： (4-3B-1) 式中 微分或比率，时间单位为分钟 因此，PID控制器有三个参数Kc 或PB, 或 和 ，必须整定这三个参数来达到满意的控制。注意：只有一个微分,53,P4U3B PID Co

37、ntrollers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,整定参数 ，对于生产者，它有相同的单位：分钟。 如上所述，微分作用是通过误差求导，使控制器具有预料过程变化，也就是说，“预测未来”的能力。“预料”的程度由整定值 决定。 考虑如图4-2B-1所示的热交换器，并利用它通过“预料过程变化的地方”来阐明其意思。假设入口过程温度下降了一些，出口温度会如图4-3B-1所示的那样相应的下降。在时间ta，误差量是正值且可能很小，因此，由PI 提供的控制修正量很小。然而，误差的微分、误差曲线的斜度是大的和正的，使得微分提供的控制修正量很大。通过查看

38、误差微分，控制器就可知被控量率,图4-3B-1 热交换器控制,54,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,先相当快的远离参考点。因此可利用这个事实来帮助控制。在时间tb误差依然是正的且必以前更大，由比例积分提供的控制更正量的大小也比以前的大，且仍然加到控制器的输出来更大的打开蒸汽阀门，然而，在这个时刻的是误差微分是负的，表明误差正在减小，也就是说，被控量开始下降到参考点。再次利用这个事实可知，自从误差开始下降后，微分的作用开始从其他两种形式中下降，通过这一点，过程将花费较长的时间返回到参考点，然

39、而，在参考点上下的超调和振荡下降。 PID控制器应用于长时间常数的系统中，典型的例子是温度浓缩回路，短时间常数（小电容）的过程很快且易受噪声干扰。此过程的典型例子是流量回路和控制液体流压力的回路。考虑如图4-3B-2所示的流量记录，,图4-3B-2 流量回路记录,55,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,由于快速变换的噪声的微分数值很大，因此微分形式的应用仅仅造成了噪声的放大。长时间常数的过程（大电容）通常是衰减的，因此不易受噪声的干扰。然而，注意：你可能有一个长时间常数的过程，例如带有噪声热

40、敏电阻的温度回路，在这种情况下，应用PID控制器前必须安装热敏电阻。 式（4-3B-1）整理后得到“理想” PID控制器的传递函数如下： 利用式（4-3A-3）和式（4-3A-4）给出的微分变量的相同的定义，采用拉普拉斯变换，整理得到： 传递函数被称为“理想的”是因为在实际中此微分计算不可能获得的。用超前/滞后近似微分得到“实际的”传递函数为：,56,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,(4-3B-2) 典型值范围是0.05 到0.1。 总之，PID控制器有三个整定参数：增益或比例带、复位时间

41、或复位速率和速率时间。额定时间或微分时间总以分钟为单位。PID控制器适用于不易受噪声干扰的具有长时间常数的环路系统。微分形式的优点是可以提供“查看过程快速变化的地方”的能力。 比例-微分控制器 (PD) 此类控制器用于纯比例控制器被应用但一定程度的“预料”被需要的过程中。描述公式如下：,57,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,“理想的”传递函数是： PD控制器的缺点是用被控量偏差来操作，只有积分作用能够消除偏差。然而，在相同的回路中，PD控制器能够获得比纯比例控制器更高的增益，从而可造成更小

42、的偏差。 数字控制器和其它说明 如前所述，式（4-3B-2）是工业模拟控制器的传递函数，然而，数字控制器是式（4-3B-1）的离散形式。整定数字控制器的方法与整定模拟控制器的方法差别不大。在结束这节之前，有必要再对控制器作一些说明。式（4-3B-1）表明在任何时候，增益 都是变化的，这将影响积分和微分作用，因为 和 必须变换以适应Kc的变换。所有的模拟控制器都是这种类型，有时候其被指定为“相互作用控制器”。大部分基于微处理器的控制器也是这种类型。然而也有一些控制器用一个术语KI来替代Kc / ，用 KD替代 Kc 以避免这个问题，这就意味着三个整定参数是,58,P4U3B PID Contro

43、llers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,Kc 、 KI和KD 。最后的说明是有关微分作用的内容。改变控制器参考点的典型方法是通过如图4-3B-3a所示的变化而引出的方法。当此种情况发生时，误差中引入节约变化。因为控制器采用的是误差微分，所以此微分在控制器输出中会产生一突然变化，如图4-3B-3c所示。控制器输出中的变化是不必要的，并且可能对过程操作有害。建议解决此类问题的途径是用被控量微分的负数,图4-3B-3 参考点变化的作用,59,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部

44、分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,替代误差微分，当参考点恒定时，两个微分相同，如下所示： 式中 当引入参考点变化的时候，“新”的微分不产生突然变化，即刻之后，动态性能同以前一样。采用的选择权由模拟的或基于微处理器的控制器提供，且被指定为微分-控制变量。 避免微分问题的另一个可能的方法可利用数字控制器轻易获得。即使操作者可能改变了如图5-3B-3d所示的节约函数的参考点，此种选择也能改变斜坡函数的参考点。斜坡函数的泄露由操作人员预先设定。,60,P4U3B PID Controllers and Other Controllers 第四部分第三单元课文B PID控制器和其它控制器,本单

45、元提出了过程控制器的主题。我们已了解了控制器的用途：决定怎样用操纵量来维持被控量在参考点。不同类型的控制器也已讨论，强调了整定参数增益( )、比例带（PB）、复位时间( )、复位速率( )、额定时间( )的意义。,61,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,A 指示性仪表 1.课文内容简介：主要介绍检测技术与自动化仪表中仪表的分类、动针式仪表制作时应考虑的问题、动圈式仪表的刻度方法、如何设计显示盘以减少视觉误差等内容。 2.温习自动化仪表中有关仪表分类、制作的内容。 3. 生词与短语 alphanumeric adj. 字母数字混合的 g

46、alvanometer n. 电流计，安培计 CRT 阴极射线管 electromechanical adj. 机电的，电机的 electrooptical adj. 电光的 electrochemical adj. 电化学的,62,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,scale n. 刻度 hairline n. 游丝，细测量线 pyrometric adj. 高温测量的 moveable-pointer indicator 动针式仪表 moveable-scale indicator 动圈式仪表 rotating-dial indi

47、cator 旋盘式仪表 rotating-drum indicator 旋鼓式仪表 multipoint indictor 多点式仪表 multirange indictor 多量程式仪表,63,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,4. 难句翻译 1 In addition to precision digital-type indicators, alarms and annunicators also operate on a pseudodigital principle, in that they only indicate c

48、ertain Go/No-Go types of situations as in the use of colored lights or horns and bells to indicate limits that have been exceeded. 除了精确数字式仪表外，报警器和指示器同样根据近似于数字式的原理工作，因为它们仅指示某些运行或停止的状态，比如使用彩色指示灯、喇叭和电铃来指示某些超出界限的情况。 in that =because 因为。,64,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,2 Indicating inst

49、ruments also can be classified in terms of speed which, unless associated with a rapid-recording means, must fall within the capabilities of human identification and resolution. 指示性仪表也可以根据速度来分类，除了一些同快速记录有关的仪表以外，所有的仪表，其速度都必须在人的辨别力和分辨力以内。 3 , thus will not overengineer or underdesign the mode of indic

50、ation. ，因而显示的模式既不会过分复杂，也不会设计欠周。 5. 参考译文 A 指示性仪表,65,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,概述 通常指示器由为生产和控制而形成的集合组成，（1）有关静态刻度的指针运动，或（2）有关固定参考点或线的刻度运动，或（3）数字形式（数字的或字母数字混合的）的数据表示。在这基本工作框架范围内，也有许多变化。 另一种分类方式可把指示性仪表分为三类：（1）机械类仪表，例如，熟悉的刻度盘式压力计量计或水银柱升降温度计或气压计，（2）光学类仪表，运动指针可能是无重的一束射线，例如，光束电流计或阴极射线管及相

51、关电子显示管结构的一种，（3）电力机械、电光学，甚至电化学原理的组合。 为方便起见，指示器也可分为（1）模拟指示器，刻度的全部或部分很明显，因此观察者可以连续读出指示数以防止指示器在全部或部分刻度范围内摆动，（2）数字指示器，在任意时刻仅可指示部分信息。除了精确数字式仪表外，报警器和指示器同样根据近似于数字式的原理工作，因为它们仅指示某些运行或停止状态，比如说实用彩色指示灯、喇叭和电铃来指示某些界限被超出的情况。,66,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,有几种除了特殊用途外不常用的指示形式，举例说明其灵活性，如仪表工程师已把其应用到数

52、据显示问题中。（历史上）指示出是否已超过某一特定温度范围的高温测量的锥体、彩色粉笔和油画满足了高温测量情况下的实际需要，特别是涉及到运动的地方，如地道和窑。手工操作、色彩配置的光学高温测量器也显示出不一般的、有趣的指示形式。 指示性仪表也可以根据速度来分类，除了一些同快速记录有关的仪表以外，所有的仪表速度都必须在人的辨别力和分辨力以内。尽管人与人的特点有很大的不同，但由动画设备设计的每秒24帧的标准是人类在时间上感觉独立事件的指示极限。在选择最合适（包括经济方面）的仪表指示机械，设计者必须考虑测量仪器的整体响应及测量数据相对重要的时间和人机界面这样做，显示的模式既不会过分复杂，也不会设计欠周。

53、 动针式仪表,67,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,传统的固定刻度动针式仪表在外表、刻度形式和指示指针运动的平面均不同。刻度分度且固定以便使读数误差最小是在所有的情况下都必须要求的。为避免视差，通常在小范围内读取的精密指示性仪表经常使用一面安装在指针下并接近分度刻度的小镜子。另一种方式是刻度的分度部分提高到（接近）指针尖的地方，从而能够从观察的较大角度精确读取。指针可能是 细条形、刻在透明物体每一边上的游丝形或锋利的箭头形。说明一下，内部的或外部的都是很重要。打算远距离读取的指示器完全有不同的设计标准，但是通常有较少的分度和尖端相对

54、大一些的指针。 经常使用带有两种指示性指针的刻度。第一个指针用于指示第一个变量的值，第二个指针可能指示第二个变量的值，或充当手工设置指针或参考指针的作用。基本上所有的形式本身都是纯机械的，且大多数都得到广泛应用。典型的动针式仪表包括直线刻度、弧形刻度、扇形刻度、安装为垂直或水平的刻度。,68,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,动圈式仪表 动圈式固定仪表的两种最普通的结构形式是旋盘式刻度和旋鼓式刻度。旋盘式刻度仪表由平面圆盘刻度和静态指针组成。实际上，大约30英寸的最长标定刻度的指示器的旋转角度也很少超过 340。然而在精密指示器中，2

55、4英寸长的刻度分为300到600等份。静态指针一般为细尖或游丝形式。旋鼓式刻度仪表由鼓式刻度和静态指针组成，旋转角度、刻度长度和分度与旋盘式刻度类似。一般来讲，旋盘式和旋鼓式仪表均是伺服操作，为了相对精确的读数，它们允许近距离观察。另一种动圈式刻度仪表是用两个在垂直面上的彩色金属条，并且其常常用于与液面测量的连接上，以分割线来标明液面的顶端。 存在典型的仪表板，其可动刻度被设计为可视的，其操作通过在中心磁铁机构的可动线圈上安装图表薄膜代替通常的指针来完成。灯、透镜系统和镜子把可,69,P4U4A Indicating Instruments 第四部分第四单元课文A 指示性仪表,动刻度设计在有涂

56、层的窗口上。在有涂层的窗口上，光学系统使刻度扩大为原始值的10倍，被读取的部分显示在游丝两边。这种设计自动避免了读取的视差问题。进一步的说，尽管长刻度在设计上可用，但是缩小的机械偏差角度和高灵敏度被允许。 应用的其它指示器有多点、多量程式仪表和数字仪表等。,70,P4U4B Control Panels 第四部分第四单元课文B 控制盘,B 控制盘 1.课文内容简介：这是一篇介绍“控制面板”的功能、设计依据和通用规则的文章。“控制面板”是人机互动、进行控制过程干预的媒介。这篇文章是对检测技术与自动化仪表、过程控制系统等课程的一个补充，尤其是有相关实践经验的老师讲解这篇文章时，对提高学生理论联系实

57、践、提高实践创新能力会有所帮助。 2.温习控制系统接口设计与制作中有关操作台与面板相关的内容。 3. 生词与短语 control panel 控制盘 interface n. 界面 supervision n. 监视,71,P4U4B Control Panels 第四部分第四单元课文B 控制盘,irrelevance n. 不相干，不切题 aesthetically adv. 美术地，美学地 VIP = very important person foregoing adj. 前面的，以上的 accessory n. 附件 semigraphic adj. 半图解的 unauthorized adj. 未授权的, 未经批准的,72,P4U4B Control Panels 第四部分第四单元课文B 控制盘,4. 难句翻译 1 The control panel, whether a s