1、 過程控制儀表過程控制儀表調節器（可編程序控制器）調節器（可編程序控制器）調節器的功能調節器的功能 檢測與變送電檢測與變送電/ /氣信號送往調節器與給定信號進行比較產氣信號送往調節器與給定信號進行比較產生偏差，按照調節規律產生調節作用去控制執行器。生偏差，按照調節規律產生調節作用去控制執行器。（1 1）：）：偏差顯示偏差顯示（2 2）：）：輸出顯示輸出顯示（3 3）：）：內、外給定的選擇內、外給定的選擇（4 4）：）：正、反作用的選擇正、反作用的選擇（5 5）：）：手動切換操作手動切換操作（6 6）：）：其他功能其他功能執行器執行器接受來自調節器的控制信號，改變閥門開度，控制介質流量。接受來自

2、調節器的控制信號，改變閥門開度，控制介質流量。直接與控制介質接觸，高溫、高壓、深冷、高粘度條件下工作。直接與控制介質接觸，高溫、高壓、深冷、高粘度條件下工作。安全柵安全柵保證信號的正常傳輸。保證信號的正常傳輸。控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點火控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點火能量以下。能量以下。調節規律調節規律 調節器的輸出分別于輸入偏差的大小、偏差的積分和偏差調節器的輸出分別于輸入偏差的大小、偏差的積分和偏差的微分變化率有關即比例積分微分調節規律（的微分變化率有關即比例積分微分調節規律（PIDPID）。）。理想的輸出理想的輸出PIDPID數學表達式：

3、數學表達式：)()(1)()(1dttdeTdtteTteKtuDcKcKc為調節器的比例增益，為調節器的比例增益，T1T1為積分時間，為積分時間，TDTD為微分時間為微分時間化為傳遞函數：化為傳遞函數：)11 ()(1sTsTKsGDcc比例調節（比例調節（P P）)()(,0TD1teKtuTc純比例調節式子變為起作用積分項和微分項不時，、當純比例調節器的純比例調節器的單位階躍響應特性：單位階躍響應特性：例：自力式液位比例控制系統例：自力式液位比例控制系統浮球為傳感器，杠桿為控制器，浮球為傳感器，杠桿為控制器，活塞閥為執行器。活塞閥為執行器。ebapepbaeKyc如果如果e=0e=0，則

4、活塞無法提高，則活塞無法提高，Q1Q1無法加大，調節無法進行無法加大，調節無法進行例：自力式液位比例控制系統例：自力式液位比例控制系統Q2htepQ1tttt原來系統處于平衡，進水量與原來系統處于平衡，進水量與出水量相等，此時進水閥有一出水量相等，此時進水閥有一開度。開度。t=0t=0時，出水量階躍增加，引時，出水量階躍增加，引起液位的下降，浮球下移帶動起液位的下降，浮球下移帶動進水閥開大。進水閥開大。當進水量增加到與出水量相等當進水量增加到與出水量相等時，系統重新平衡，液位不再時，系統重新平衡，液位不再變化。變化。比例調節比例調節工程上習慣用工程上習慣用比例度比例度表示比例調節作用的強弱表示

5、比例調節作用的強弱定義：定義：調節器輸入偏差的相對變化量與相應輸出的相對變化量之比調節器輸入偏差的相對變化量與相應輸出的相對變化量之比%100)/(minmaxminmaxuuueeee e為輸入偏差，為輸入偏差，u u為控制器輸出變化量；為控制器輸出變化量；emax-eminemax-emin為輸入最大變化量，為輸入最大變化量，即輸入量程；即輸入量程；umax-uminumax-umin為輸出最大變化量，即輸出量程。為輸出最大變化量，即輸出量程。比例調節比例調節電動儀表中輸入、輸出信號統一為電動儀表中輸入、輸出信號統一為420mA420mA，故，故%1001%100cKue比例調節特點：比例

6、調節特點：調節及時，反應調節及時，反應靈敏，偏差出現及時調節，偏差靈敏，偏差出現及時調節，偏差越大，調節作用越強。越大，調節作用越強。控制結果存在偏差。控制結果存在偏差。以偏差的存在為前提條件以偏差的存在為前提條件ueeremaxeminuminumax練習題練習題某比例控制器，溫度控制范圍為某比例控制器，溫度控制范圍為400400800800，輸出信號范圍是，輸出信號范圍是4 420mA20mA。當指示指針從。當指示指針從600600變到變到700700時，控制器相應的輸出時，控制器相應的輸出從從8mA8mA變為變為16mA16mA。求設定的比例度。求設定的比例度。積分調節（積分調節（I I

7、）幅值為幅值為E E的階躍時：的階躍時：輸出變化量輸出變化量u(t)u(t)與輸入偏差與輸入偏差e(t)e(t)的積分成正比的積分成正比eEttudtteTtu)(1)(1tTEtu1)(積分調節（積分調節（I I）eEttu積分調節特點：積分調節特點：積分作用具有保持功能，能夠消除積分作用具有保持功能，能夠消除余差。余差。當當t t較小時，控制作用很弱，不能及較小時，控制作用很弱，不能及時克服干擾作用，故時克服干擾作用，故不單獨作用。不單獨作用。當有偏差存在時，積分隨時間增長（或減小）；當偏差消失時，輸當有偏差存在時，積分隨時間增長（或減小）；當偏差消失時，輸出保持在某一值上。出保持在某一值

8、上。比例積分調節（比例積分調節（PIPI）比例積分調節階躍響應：比例積分調節階躍響應：將比例與積分結合起來，既能及時控制，又能消除余差。將比例與積分結合起來，既能及時控制，又能消除余差。只要輸入不為零，輸出的積分作只要輸入不為零，輸出的積分作用一直增長。用一直增長。實際中開環增益為有限值，輸出實際中開環增益為有限值，輸出不可能無限增大，積分作用最終不可能無限增大，積分作用最終飽和。飽和。微分調節（微分調節（D D）輸出變化量輸出變化量u(t)u(t)與輸入偏差與輸入偏差e(t)e(t)的微分成正比的微分成正比dtdeTtuD)(eEttu微分調節特點：微分調節特點：偏差出現的瞬間立即產生強烈的

9、偏差出現的瞬間立即產生強烈的調節作用，是偏差消除于萌芽之調節作用，是偏差消除于萌芽之中，即中，即超前控制超前控制對偏差無控制能力，當偏差存在對偏差無控制能力，當偏差存在時輸出為零，因此時輸出為零，因此不單獨使用不單獨使用。比例微分調節（比例微分調節（PDPD）比例積分調節階躍響應：比例積分調節階躍響應：理想微分作用持續時間太短，缺理想微分作用持續時間太短，缺乏抗干擾能力。乏抗干擾能力。實際中比例微分調節作用同樣具實際中比例微分調節作用同樣具有有飽和飽和特性。特性。比例積分微分調節（比例積分微分調節（PIDPID）將比例、積分和微分結合起將比例、積分和微分結合起來，強度配適得當，得到滿來，強度配

10、適得當，得到滿意的控制效果。意的控制效果。PID調節器的階躍響應特性 PIDPID中，比例作用是中，比例作用是基礎控制基礎控制；微分作用是用于微分作用是用于加快系統控加快系統控制速度制速度；積分作用是用于；積分作用是用于消消除靜差除靜差。比例積分微分調節（比例積分微分調節（PIDPID）在生產過程自動化的發展進程中，在生產過程自動化的發展進程中，PIDPID調節是應用時間最長，生調節是應用時間最長，生命力最強的一種控制方式，目前命力最強的一種控制方式，目前PIDPID控制仍被廣泛的使用。控制仍被廣泛的使用。PIDPID控制主要優點：控制主要優點：1 1）PIDPID調節模擬了人腦的部分思維，原

11、理簡單、容易實現，使用方調節模擬了人腦的部分思維，原理簡單、容易實現，使用方便。便。2 2）應用范圍廣，按照）應用范圍廣，按照PIDPID控制方式工作的自動調節器產品早已標準控制方式工作的自動調節器產品早已標準化和系列化。化和系列化。3 3）魯棒性強。由）魯棒性強。由PIDPID調節規律構成的控制系統中的控制過程特性發調節規律構成的控制系統中的控制過程特性發生改變時，只要重新整定參數，即可使系統性能不發生明顯變化。生改變時，只要重新整定參數，即可使系統性能不發生明顯變化。DDZ-DDZ-型模擬式型模擬式調節器調節器型型：電子管電子管型型：晶體管晶體管型型：線性集成電路線性集成電路1-雙針垂直指

12、示器雙針垂直指示器2-外給定指示燈外給定指示燈3-內給定設定輪內給定設定輪4-自動自動軟手動軟手動硬手動硬手動 切換開關切換開關5-硬手動操作桿硬手動操作桿6-輸出指示器輸出指示器7-軟手動操作板鍵軟手動操作板鍵全刻度指示調節器構成原理全刻度指示調節器構成原理DDZ-DDZ-基型基型調節器由控制單元和指示單元組成。控制單元包括輸調節器由控制單元和指示單元組成。控制單元包括輸入電路、入電路、PDPD與與PIPI電路、輸出電路、軟手動與硬手動操作電路；指示單元電路、輸出電路、軟手動與硬手動操作電路；指示單元包括輸入信號指示電路和給定信號指示電路。包括輸入信號指示電路和給定信號指示電路。 全刻度指示

13、調節器線路原理圖全刻度指示調節器線路原理圖輸入電路輸入電路輸入電路的主要作用是獲得與輸入信號輸入電路的主要作用是獲得與輸入信號Vi和給定信號和給定信號Vs之差成比例之差成比例的偏差信號的偏差信號 因測量信號因測量信號Vi和給定和給定信號信號Vs分別通過雙臂分別通過雙臂電阻差模輸入到運放電阻差模輸入到運放A1的同相和反相輸入的同相和反相輸入端。端。輸入電路輸入電路得和由，為理想放大器，設、321321FT1IIIIIIVVARVVVRVRVVBoFFFi)21(01RVVRVVRVBTTST0)(21sioVVV經整理得比例積分電路比例積分電路 接受接受PDPD電路的輸出信號電路的輸出信號V02V02，進行，進行PIPI運算后，輸出電壓運算后，輸出電壓V03V03，送，送至輸出電路。至輸出電路。 數字式控制器數字式控制器模擬式調節器的局限性：模擬式調節器的局限性： 1）功能單一，靈活性差；）功能單一，靈活性差； 2）信息分散，所用儀表多，且監視操作不方便；）信息分散，所用儀表多，且監視操作不方便； 3）接線過多，系統維護難度大。）接線過多，系統維護難度大。數