自動(dòng)化儀表模擬式控制器本章內(nèi)容第一節(jié)控制器的運(yùn)算規(guī)律和構(gòu)成方式第二節(jié)基型控制器第三節(jié)特種控制器和附加單元模擬式控制器本章內(nèi)容模擬式控制器第一節(jié)控制器的運(yùn)算規(guī)律和構(gòu)成方式P、PI、PD、PID特點(diǎn)及控制器的構(gòu)成第二節(jié)基型控制器控制器功能，各組成部分電路分析。第三節(jié)特種控制器和附加單元PI抗積分飽和，偏差報(bào)警，輸出限幅。第一節(jié)控制器的運(yùn)算規(guī)律和構(gòu)成方式一.概述二.PID控制器的運(yùn)算規(guī)律三.PID控制器的構(gòu)成控制器將來自變送器的測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例(P)、積分(I)

、微分(D)運(yùn)算，并輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位及其他工藝變量的自動(dòng)控制。圖1-1單回路控制系統(tǒng)方框圖控制器對(duì)象變送器給定值偏差測(cè)量值被控變量擾動(dòng)xsεxi?y模擬調(diào)節(jié)器（控制算法由電路實(shí)現(xiàn)）數(shù)字控制器（含CPU，控制算法由程序?qū)崿F(xiàn)）控制器的運(yùn)算規(guī)律和組成方式控制器的運(yùn)算規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)和輸入偏差之間隨時(shí)間變化的規(guī)律。?yε一、概述?ε＝ε?ε

對(duì)輸入偏差而言，由于其初值為零，因此決定控制系統(tǒng)的性能品質(zhì)因素:被控對(duì)象的特性控制器的特性1、運(yùn)算規(guī)律：輸出信號(hào)?y隨輸入信號(hào)ε的變化規(guī)律。2、運(yùn)算規(guī)律種類P、PI、PD、PID四種。?y?y3、控制器的作用方式一、概述控制器的運(yùn)算規(guī)律和組成方式一、概述基本運(yùn)算規(guī)律有比例（P）、積分（I）和微分（D）三種，各種控制器的運(yùn)算規(guī)律均由這些基本運(yùn)算規(guī)律組合而成。?y?y習(xí)慣上稱ε>0為正偏差；ε<0為負(fù)偏差

ε>0時(shí)>0稱控制器為正作用；

ε<0時(shí)>0為反作用圖1-2液位控制系統(tǒng)框圖電開閥，控制器的作用方式；電關(guān)閥，控制器的作用方式。例：給定控制器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上水箱液位變送器XRXi擾動(dòng)ε給定單元流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥鍋爐溫度變送器XRXi擾動(dòng)圖1-3溫度控制系統(tǒng)框圖電開閥，調(diào)節(jié)冷水水量來控制水箱溫度，調(diào)節(jié)器的作用方式；調(diào)節(jié)管道蒸汽流量來控制鍋爐溫度，調(diào)節(jié)器的作用方式。例：二、PID控制器的運(yùn)算規(guī)律

PID運(yùn)算規(guī)律的表示形式1.理想PID控制器微分方程表示法傳遞函數(shù)表示法比例增益積分時(shí)間微分時(shí)間2.實(shí)際PID控制器F－控制器變量之間的相互干擾系數(shù)，可表示為－考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際比例增益KPFTIFKIDFTKD－考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際積分時(shí)間－考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際微分時(shí)間－微分增益－積分增益α是比例系數(shù).大小于控制器的構(gòu)成有關(guān)該試表明,當(dāng)控制器無積分作用或無微分作用時(shí)F=1.當(dāng)KI,KD均很大時(shí),該式就近似等于理想PID運(yùn)算表達(dá)式.說明:

前面兩式是控制器為正作用時(shí)的輸出變化量和傳遞函數(shù)。若Kp前有負(fù)號(hào)，則為反作用。為討論方便起見，討論各種運(yùn)算規(guī)律時(shí)，設(shè)控制器處于正作用工況。具有比例控制規(guī)律的控制器稱為P控制器，其輸出信號(hào)

與輸入偏差（當(dāng)給定值不變時(shí)，偏差就是被控變量測(cè)量值的變化量）之間成比例關(guān)系。

P運(yùn)算規(guī)律?yε或在實(shí)際調(diào)節(jié)器中常用比例度（或稱比例帶）δ來表示比例作用的強(qiáng)弱。δ與Kp成反比。δ越小，Kp越大，比例作用就越強(qiáng)。比例度圖1-2P控制器的階躍響應(yīng)特性P控制特性tε0t0y?KPε輸出幅值的大小取決于Kp(或δ)值特點(diǎn):(1).控制器作用及時(shí)迅速.(2).會(huì)使系統(tǒng)有余差產(chǎn)生.余差產(chǎn)生的原因:

當(dāng)被控參數(shù)受干擾影響而偏離給定值后,不能再回到原數(shù)值上,因?yàn)槿绻豢貐?shù)值與給定值之間的偏差為零,控制器輸出不會(huì)發(fā)生變化,系統(tǒng)就無法保持平衡.減小余差方法:Kp增加δ減小.但增加Kp系統(tǒng)穩(wěn)定性變差圖1-2P控制器的階躍響應(yīng)特性P控制特性tε0t0y?KPεP控制的特點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時(shí)，但系統(tǒng)有余差。比例度與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系:δ越小，系統(tǒng)控制越強(qiáng)，但并不是δ越小越好。δ減小將使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，容易產(chǎn)生振蕩。P控制器一般用于干擾較小，允許有余差的系統(tǒng)中。課堂練習(xí)：教材P391-5作業(yè)：1-4，1-6

PI運(yùn)算規(guī)律具有比例積分控制規(guī)律的控制器稱為PI控制器。對(duì)PID控制器而言，當(dāng)微分時(shí)間TD＝0時(shí)，控制器呈PI控制特性。理想PI控制器的特性或積分作用能消除余差。只要有偏差存在，積分作用的輸出就會(huì)隨時(shí)間不斷變化，直到偏差消除，控制器的輸出才穩(wěn)定下來。積分作用一般不單獨(dú)使用，而是和比例作用組合起來構(gòu)成PI控制器。由于積分輸出是隨時(shí)間積累而逐漸增大的，故控制作用緩慢，造成控制不及時(shí)，使系統(tǒng)穩(wěn)定裕度下降。圖1-3理想PI控制器的階躍響應(yīng)特性階躍響應(yīng)特性tε0t0?yKPε?y=?yIP?yPTI可表示為比例作用輸出與積分作用輸出之和。其中在階躍偏差信號(hào)作用下，理想PI控制器的輸出隨時(shí)間變化的表達(dá)式為：比例作用輸出積分作用輸出當(dāng)積分作用輸出與比例作用輸出相等時(shí)，即可得也就是說，積分作用的輸出值變化到等于比例作用的輸出值所經(jīng)歷的時(shí)間就是積分時(shí)間。積分時(shí)間TI的意義TI愈短，積分速度愈快，積分作用就愈強(qiáng)。積分時(shí)間TI的測(cè)定實(shí)際PI控制器的特性實(shí)際PI控制器的傳遞函數(shù)為：在階躍偏差信號(hào)作用下，實(shí)際PI控制器的輸出為：階躍響應(yīng)特性tε0t0?yKPεKPεKI圖1-4實(shí)際PI控制器的階躍響應(yīng)特性積分增益KI在階躍偏差信號(hào)作用下，實(shí)際PI輸出變化的最終值（假定偏差很小，輸出值未達(dá)到控制器的輸出限幅值）與初始值（即比例輸出值）之比：當(dāng)積分增益KI為無窮大時(shí)，可以證明實(shí)際PI控制器的輸出就相當(dāng)于理想輸出。實(shí)際上，PI控制器的KI一般都比較大，可以認(rèn)為實(shí)際PI控制器的特性是接近于理想PI控制器特性的。控制點(diǎn)偏差和控制精度當(dāng)控制器的輸出穩(wěn)定在某一值時(shí)，測(cè)量值與給定值之間存在的偏差通常稱為控制點(diǎn)偏差。當(dāng)控制器的輸出變化為滿刻度時(shí)，控制點(diǎn)的偏差達(dá)最大，其值可以表示為：控制點(diǎn)最大偏差的相對(duì)變化值即為控制器的控制精度（?）。考慮到控制器輸入信號(hào)（偏差）和輸出信號(hào)的變化范圍是相等的，因此，控制精度可以表示為：控制精度是控制器的重要指標(biāo)，表征控制器消除余差的能力。KI（或K

）愈大，控制精度愈高，控制器消除余差的能力也愈強(qiáng)。

PD運(yùn)算規(guī)律理想PD控制器的特性或具有比例微分控制規(guī)律的控制器稱為PD控制器。對(duì)PID控制器而言，當(dāng)積分時(shí)間TI→∞時(shí)，控制器呈PD控制特性。

微分作用是根據(jù)偏差變化速度進(jìn)行控制的，有超前控制之稱。

在溫度、成分等控制系統(tǒng)中，往往引入微分作用，以改善控制過程的動(dòng)態(tài)特性。不過，在偏差恒定不變時(shí)，微分作用輸出為零，故微分作用也不能單獨(dú)使用。圖1-5理想PD控制器的斜坡響應(yīng)特性斜坡響應(yīng)特性tε0t0?yTD可表示為比例作用輸出與微分作用輸出之和。其中當(dāng)偏差為等速上升的斜坡信號(hào)時(shí)，理想PD控制器為：比例作用輸出微分作用輸出ε=at?y=KpTDaD?y=KptPa達(dá)到相同的輸出值時(shí)，微分作用比單純比例作用提前的時(shí)間就是微分時(shí)間TD。實(shí)際PD控制器的特性實(shí)際PD控制器的傳遞函數(shù)為：在階躍偏差信號(hào)作用下，實(shí)際PD控制器的輸出為：階躍響應(yīng)特性tε0t0?y圖1-4實(shí)際PD控制器的階躍響應(yīng)特性微分增益KDKD愈大，微分作用愈趨于理想。微分時(shí)間TD的測(cè)定在階躍偏差信號(hào)作用下，實(shí)際PD輸出變化的初始值與最終值（即比例輸出值）之比：在階躍偏差信號(hào)作用下，實(shí)際PD控制器的輸出從最大值下降了微分輸出幅度的63.2%所經(jīng)歷的時(shí)間，就是微分時(shí)間常數(shù)TD/KD。此時(shí)間常數(shù)再乘上微分增益KD就是微分時(shí)間TD。實(shí)際PD控制器的輸出同樣可看作是?yP?yD與之和。P、PI、PD控制規(guī)律的特點(diǎn)調(diào)節(jié)規(guī)律特點(diǎn)在控制系統(tǒng)中的作用P控制作用及時(shí)迅速，只要有偏差就有輸出。快速消除偏差，但有余差，Kp大，余差小。PII作用動(dòng)作緩慢，但可消除靜差。PI作用有P作用迅速和I作用消除靜差的特點(diǎn)。I作用影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。注：實(shí)際積分不能消除靜差，但可使余差大大減小。I作用可大大減小系統(tǒng)余差，故用于系統(tǒng)靜差要求較高的系統(tǒng)中。PDD作用快，輸出與偏差的變化速度成正比，可使動(dòng)態(tài)最大偏差大大減小，故有超前作用。D作用可改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，使最大動(dòng)態(tài)偏差大大減小。

PID運(yùn)算規(guī)律同時(shí)采用比例、積分、微分調(diào)節(jié)方法。通過適當(dāng)調(diào)整比例常數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間等三個(gè)參數(shù)的大小，確定各種調(diào)節(jié)作用的強(qiáng)弱。采用比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)，既能快速進(jìn)行控制，又能消除余差，對(duì)反應(yīng)較慢的系統(tǒng)也能進(jìn)行有效的控制，因而具有較好的控制性能。PID控制方法是目前參數(shù)連續(xù)控制系統(tǒng)中普遍采用的控制方法。

PID運(yùn)算規(guī)律理想和實(shí)際PID控制器的傳遞函數(shù)分別為：當(dāng)偏差為階躍信號(hào)時(shí)，實(shí)際PID控制器的輸出為：階躍響應(yīng)特性如1-7圖:PID---AE曲線PI-----OCDE曲線PD----OADF曲線PI和PD迭加構(gòu)成PID曲線.幾種調(diào)節(jié)方法的比較P調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)PD調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)三、PID控制器的構(gòu)成控制器對(duì)輸入信號(hào)與給定信號(hào)的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，因此應(yīng)包括偏差檢測(cè)和PID運(yùn)算兩部分電路。偏差檢測(cè)電路PID運(yùn)算電路測(cè)量值偏差I(lǐng)0，U0給定值圖1-8控制器構(gòu)成示意圖偏差檢測(cè)電路通常稱為輸入電路。偏差信號(hào)一般采用電壓形式，所以輸入信號(hào)和給定信號(hào)在輸入電路內(nèi)都是以電壓形式進(jìn)行比較。輸入電路同時(shí)還必須具備內(nèi)外給定電路的切換開關(guān)，正、反作用切換開關(guān)和偏差指示（或輸入、給定分別指示）等部分。PID運(yùn)算電路是實(shí)現(xiàn)控制器運(yùn)算規(guī)律的關(guān)鍵部分。其主要構(gòu)成方式有：1.由放大器和PID反饋電路構(gòu)成2.由PD和PI電路串聯(lián)構(gòu)成3.由P.I.D電路并聯(lián)構(gòu)成4.由P.I.D電路串.并聯(lián)構(gòu)成1、由放大器和PID反饋電路構(gòu)成放大器由晶體管(或集成運(yùn)算放大器)組成的直流放大器，PID反饋電路由RC微分、積分環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的復(fù)合電路。特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互相干擾系數(shù)大。放大器K0PID反饋電路輸出I0,U0偏差εUf，ε2、

由PD和PI電路串聯(lián)構(gòu)成特點(diǎn)：給定值不經(jīng)過微分，故在改變定值時(shí)，控制器輸出不會(huì)發(fā)生大幅度的變化，從而避免了給定值擾動(dòng)。偏差εPDPI輸出I0,U0此種電路稍加改動(dòng)即可變?yōu)闇y(cè)量微分先行的控制器。測(cè)量值PDPI輸出I0,U0給定值3、由P.I.D電路并聯(lián)構(gòu)成偏差εPDI輸出I0,U04、由P.I.D電路串.并聯(lián)構(gòu)成偏差εPID輸出I0,U0P課堂練習(xí)：1-8基型控制器對(duì)來自變送器的1～5V直流電壓信號(hào)與給定值相比較后所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行

PID

運(yùn)算，并輸出4～20mA的控制信號(hào)。基型控制器有兩個(gè)品種：全刻度指示控制器和偏差指示控制器。模擬控制器——指針式表頭全刻度指示：輸入信號(hào)和設(shè)定值分別由不同的指針在0～100％范圍指示偏差值指示：僅利用一個(gè)指針來指示偏差信號(hào)±30％基型控制器一、概述數(shù)字控制器——通過LED或者液晶屏顯示基型控制器對(duì)來自變送器的1～5V直流電壓信號(hào)與給定值相比較后所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行

PID

運(yùn)算，并輸出4～20mA的控制信號(hào)。組成：由控制單元和指示單元組成。在基型控制器基礎(chǔ)上增設(shè)附加電路可構(gòu)成各種特種控制器，如抗積分飽和控制器、前饋控制器、輸出跟蹤控制器等，也可附加某些單元具有報(bào)警、限幅等功能。基型控制器一、概述測(cè)量信號(hào)指示線路測(cè)量信號(hào)指示線路輸入電路PD電路PI電路輸出電路硬手操電路軟手操電路250Ω測(cè)量指示給定指示指示單元控制單元1～5V4～20mA1～5V內(nèi)外UiUo1Uo2Uo3Is輸出指示Us4～20mAIo圖1-10基型控制器方框圖

輸出顯示顯示調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的大小，習(xí)慣上輸出顯示表也稱作閥位表。內(nèi)、外給定的選擇給定信號(hào)可以由調(diào)節(jié)器內(nèi)部產(chǎn)生，也可以由其它儀表外部提供

內(nèi)給定的調(diào)整若設(shè)定值為內(nèi)給定，用戶可以調(diào)整調(diào)節(jié)器上的內(nèi)給定撥盤來改變?cè)O(shè)定值正、反作用的選擇何謂正作用？何謂反作用？為了構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，必須正確的確定調(diào)節(jié)器的正、反作用，否則整個(gè)控制系統(tǒng)就無法正常運(yùn)行。調(diào)節(jié)器的正、反作用，是通過正、反作用開關(guān)來選擇的。

手/自動(dòng)雙向切換何謂手動(dòng)？何謂自動(dòng)？為什么要進(jìn)行手自動(dòng)切換？

手動(dòng)操作可以調(diào)整手操撥盤或者手操扳鍵來改變調(diào)節(jié)器的輸出

無擾動(dòng)切換手自動(dòng)切換時(shí)都希望不給控制系統(tǒng)帶來擾動(dòng)，即調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)不發(fā)生突變（即必須要求無擾動(dòng)切換）討論討論電壓電路指示：輸入電壓，輸出電流，內(nèi)外給定電壓均有顯示儀表指示。控制方式：自動(dòng)、軟手動(dòng)和硬手動(dòng)。自動(dòng)對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算輸出控制電流給執(zhí)行器。軟手動(dòng)輸出電流與給定參考電壓成積分關(guān)系。硬手動(dòng)輸出電流取決于手動(dòng)撥盤電壓。DTL-3110型調(diào)節(jié)器正面圖1—自動(dòng)-軟手動(dòng)-硬手動(dòng)切換開關(guān)；2—雙針垂直指示器；3—內(nèi)給定設(shè)定輪；4—輸出指示器；5—硬手動(dòng)操作桿；6—軟手動(dòng)操作板鍵；7—外給定指示燈；8—閥位指示器；9—輸出記錄指示；10—位號(hào)牌；11—輸入檢測(cè)插孔；12—手動(dòng)輸出插孔DDZ－Ⅲ電動(dòng)控制器1-雙針垂直指示器2-外給定指示燈3-內(nèi)給定設(shè)定輪4-自動(dòng)—軟手動(dòng)—硬手動(dòng)切換開關(guān)5-硬手動(dòng)操作桿6-輸出指示器7-軟手動(dòng)操作板鍵全刻度指示控制器：

一臺(tái)DDZ-Ⅲ型溫度比例控制器，測(cè)量的全量程為0~1000℃，當(dāng)指示值變化100℃，控制器比例度為80％，求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少？

例題解：根據(jù)比例度的定義代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得可解得輸出變化值運(yùn)算放大器的基本知識(shí)＋－＋運(yùn)算放大器的引出端UTUF輸入端(+、-)：+端為同相輸入端

-端為反相輸入端

UT為同相端對(duì)地的電壓

UF

為反相端對(duì)地的電壓Ud電壓差Ud從同相端到反相端Uo輸出端：Uo為輸出端對(duì)地的電壓(輸出電壓)U+U－電源端（U+、U-

）

分析線路時(shí)往往把運(yùn)算放大器看成是雙端輸入、單端輸出的三端器件。運(yùn)算放大器的基本性能Uc為共模輸入電壓Ud為差模輸入電壓任何一個(gè)運(yùn)算放大器，其允許承受的Uc和Ud都有一定的限制，制造廠規(guī)定了運(yùn)算放大器的最大差模輸入電壓(又稱差模輸入范圍)和最大共模輸入電壓(又稱共模輸入范圍)。運(yùn)算放大器的輸出電壓和電流也都有一定的限制，最大輸出電壓一般比電源電壓低1～2V,最大輸出電流一般為5mA或10mA，在儀表電路中需要輸出大電流時(shí)，往往采用三極管進(jìn)行電流放大。如果對(duì)兩個(gè)輸入端信號(hào)進(jìn)行改寫：理想運(yùn)算放大器的基本性能+－+－KoRoRiUFUTIbFIbTUdUo輸入電阻：Ri

Ri＝∞輸出電阻：Ro

Ro＝0開環(huán)增益：Ko

Ko＝∞失調(diào)、漂移為零重要結(jié)論（理想運(yùn)放在正常使用過程中滿足）：差模輸入為0：UT＝UF（Ud＝0）輸入端電流為0：IbF＝0，IbT＝0運(yùn)算放大器的單電源供電運(yùn)算放大器需要電源，通常有2種供電方式：?jiǎn)坞娫垂╇姾碗p電源供電＋－＋UoUTUFE=Ep+Eo＋－＋UoUTUFEp

En出于儀表總體設(shè)計(jì)的需要、便于儀表的安裝以及變送器采用二線制等原因，在儀表線路中，一般都采用單電源供電，即由一組+24V電源供電。運(yùn)算放大器的使用條件運(yùn)算放大器不論采用單電源供電還是雙電源供電，都必須滿足以下條件：＋－＋UoUTUFU－U＋0V24V19V2V－12V12V7V－10V0V24V23V1V－12V12V11V－11V共模輸入電壓范圍輸出電壓范圍III型儀表中運(yùn)放的供電DDZ-III型等系列儀表的信號(hào)范圍為1～5V，在24V單電源供電時(shí)，顯然不能滿足共模輸入范圍的要求。＋－＋UoUTUFE=Ep+EoEp

En為此，在儀表的電路中，采用電平移動(dòng)的方法，即另加電平移動(dòng)電源UB

，以便使UT和UF

進(jìn)入共模輸入范圍以內(nèi)。另加電平移動(dòng)電源UB之后，運(yùn)算放大器電路在單電源供電時(shí)以UB為基準(zhǔn)的運(yùn)算關(guān)系，跟雙電供電時(shí)以地（0V）為基準(zhǔn)的運(yùn)算關(guān)系，在形式上完全相同。在DDZ-III型儀表及其它系列儀表中，所有接收儀表的輸入電路均采用這種形式的電路。圖1-11輸入電路原理圖

輸入電路是由IC1等組成的偏差差動(dòng)電平移動(dòng)電路。二、輸入電路

作用：偏差檢測(cè)、電平移動(dòng)UiIC1R1R2R3R4R5UsR7R8R6Uo1輸入電路采用偏差差動(dòng)輸入方式，為了消除集中供電引入的誤差。電平移動(dòng)的目的是使運(yùn)放工作在允許的共模輸入電壓范圍內(nèi),保證運(yùn)算放大器的正常工作圖1-12集中供電引入的誤差二線制變送器IC1為何采用偏差差動(dòng)輸入方式？取則有：電路分析：圖1-13引入導(dǎo)線電阻壓降后的輸入電路原理圖UiIC1R1R2R3R4R5UsR7R8R6Uo1UCM1UCM2UBFT為何要進(jìn)行電平移動(dòng)運(yùn)放能正常工作運(yùn)放不能正常工作運(yùn)放共模容許輸入電壓范圍在2V以上。目的使輸入電壓在運(yùn)放共模容許輸入電壓范圍內(nèi)。輸出信號(hào)Uo1僅與測(cè)量信號(hào)Ui和給定信號(hào)Us的差值成正比，比例系數(shù)為-2，而與導(dǎo)線上的壓Ucm1和Ucm2無關(guān)。IC1的輸入端的電壓UT，UF是在運(yùn)算放大器共模輸入電壓的允許范圍（2～22V）之內(nèi)，所以電路能正常工作。把以零伏為基準(zhǔn)的，變化范圍為１～５V的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成以10V為基準(zhǔn)的，變化范圍為０～＋8V的偏差輸出信號(hào)Uo1結(jié)論：三、PD電路

組成：無源比例微分網(wǎng)絡(luò)＋比例運(yùn)算放大器1、作用：將輸入電路輸出的電壓信號(hào)ΔUo1

進(jìn)行PD運(yùn)算圖1-14PD電路在微分作用的情況下輸入、輸出關(guān)系S置“通”對(duì)于比例放大器有：在微分不加入的情況下IC2R1RDUT1/n(n-1)/nUo1＝／n通過向充電，穩(wěn)態(tài)時(shí)UCD

＝(n-1)

Uo1

/n當(dāng)微分接入時(shí)UT仍為Uo1

/n在切換瞬間UT保持不變，對(duì)輸出沒影響UTUo1Uo1R1CD輸入、輸出關(guān)系S置“斷”圖1-17ＰＩ電路的等效電路圖四、PI電路1、功能：對(duì)△U02進(jìn)行PI運(yùn)算，輸出對(duì)UB的信號(hào)。+2、理想PI運(yùn)算關(guān)系3、實(shí)際PI運(yùn)算關(guān)系4、實(shí)際PI電路階躍響應(yīng)曲線圖1-18實(shí)際PI電路階躍響應(yīng)曲線由公式慢積分為快積分時(shí)間10倍積分飽和1）概念：具有積分作用的控制器在單方向偏差信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間作用下，其輸出達(dá)到輸出范圍上限值或下限值之后，積分作用將繼續(xù)進(jìn)行，從而使控制器脫離正常狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。思考：輸入端長(zhǎng)期接受正偏差是否會(huì)出現(xiàn)積分飽和？2）積分飽和的影響

3）解決辦法：在輸出達(dá)到限值時(shí)，去掉積分作用，或者在輸出端另加一與偏差相反的信號(hào)，使積分作用輸出不再繼續(xù)增加。

tt等待時(shí)間U02U03如何消除積分飽和？五、PID電路傳遞函數(shù)圖1-19

控制器PID電路傳遞函數(shù)方框圖-2五、PID電路傳遞函數(shù)圖1-19

控制器PID電路傳遞函數(shù)方框圖-2圖1-20輸出電路

六、輸出電路功能：電平移動(dòng)與V/I變換。把以UB為基準(zhǔn)的1~5v直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4~20mA的電流信號(hào)線路分析七、手動(dòng)操作電路作用：實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，有軟手操和硬手操兩種操作方式圖1-21手動(dòng)操作電路軟手操電路兩個(gè)作用：使電容CI兩端電壓恒等于U02使IC3處于保持工作狀態(tài)軟手操電路功能：控制器的輸出電壓與輸入?yún)⒖茧妷旱男盘?hào)成積分關(guān)系。軟手操電路輸出電壓的變化量為：軟手操電路輸出電壓滿量程變化所需的時(shí)間：改變RM的大小，可進(jìn)行快慢兩種速度的軟手操快速軟手動(dòng)操作：S41或S43→UR,RM=RM1=30KW,則慢速軟手動(dòng)操作：

S42或S44→UR,RM=RM1+RM2=500KW,則2、硬手操電路（1）功能：控制器的輸出壓與手動(dòng)輸入電壓信號(hào)成比例關(guān)系。圖1-23硬手操作電路兩個(gè)作用：使電容CI兩端電壓恒等于U02組成比例電路硬手動(dòng)操作電路Uo2CIRI自S1UHRHUBCMRFIC3’Uo3S1、S2→

“硬手操”時(shí)，IC3反相輸入端通過電阻RH接至WH的滑頭，將RF并在CM上，將C1、R1的公共端接到電平UB上，使Uo2存貯在CI.UH一般為變化緩慢的直流信號(hào)，RF、RH并聯(lián)后可忽略CM因?yàn)镽H=RF。所以，硬手動(dòng)操作電路實(shí)際上是一個(gè)比例增益為1的比例運(yùn)算電路。即Uo3=-UH。自動(dòng)與手動(dòng)操作的相互切換無平衡：指在自動(dòng)和平衡相互切換時(shí)，無需事先調(diào)平衡。無擾動(dòng)：指在切換瞬間控制器的輸出不發(fā)生變化，對(duì)生產(chǎn)過程無擾動(dòng)。八、指示電路基型控制器八、指示電路功能：全量程地指示測(cè)量值、給定值或偏差值。放大器為閉環(huán)增益為1的差動(dòng)放大器。1、測(cè)量1.2基型控制器Vi置于“校驗(yàn)”位置，3V電壓加于輸入端，表頭指示在