PID调节器的电路实例

2.4PID调节器的电路实例DDZ-Ⅲ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1～5V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-Ⅲ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（2～19V）。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=1～5V，VCM1=VCM2=0～1V

,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-=3.7～5.7VV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）=2～18V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)/n·Vo1，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

=2.42～585s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=6.2～1500sKi=1042.4.3输出电路如图2-16所示。其任务是将PID输出电压VO3=1～5V变换为4～20mA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=10KΩ，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R1≠R2，可以证明，当取例，当I’O=

4mA时R1=4（R3+Rf）

=40.25KΩ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）A→M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）——A→M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）A→M下面的S1置“M”→CI

与VB接通→使CI右端电压为VB→保证M→A的无扰动切换2软手动—硬手动（1）M→H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=30×103×10×10-6=0.3sVH改变时，VO3很快达到新的稳态值。M→H时要做到无扰动切换，须先调RPH与当时的VO3一致。（2）H→M切换后放大器成为保持状态，保持切换前的硬手动输出值，切换总是无扰动的。自动（A）软手动（M）

无扰

无扰硬手动（H）需平衡才能无扰无扰2.4.5测量及给定指示电路如图2-19所示。可知，，用电流表来指示测量值或给定值。通过S5的切换可实现机械调零。第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率