第九章控制器 概述 口模拟调节器 数字控制器
第九章 控制器 ❑ 概述 ❑ 模拟调节器 ❑ 数字控制器
概述 控制器的作用是将被控变量测量值与结定值进行比较,然后对比较后 得到的偏差进行比例、积分、微分等运算,并将运算结果以一定的信号形 式送往执行器,以实现对被控变量的自动控制 模拟调节器(控制算法由电路实现) 数字控制器(含CPU,控制算法由程序实现) 一般调节器还需要具备如下功能,以适应自动控制的需要 偏差指示 指示偏差信号 模拟调节器指针式表头 全刻度指示:输入信号和设定值分别由不同的指针在 0~100%范围指示 偏差值指示:仅利用一个指针来指示偏差信号±30% 数字控制器通过LED或者液晶屏显示
概述 控制器的作用是将被控变量测量值与结定值进行比较，然后对比较后 得到的偏差进行比例、积分、微分等运算，并将运算结果以一定的信号形 式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。 模拟调节器（控制算法由电路实现） 数字控制器（含CPU，控制算法由程序实现） 一般调节器还需要具备如下功能，以适应自动控制的需要： 偏差指示 指示偏差信号 模拟调节器——指针式表头 全刻度指示：输入信号和设定值分别由不同的指针在 0～100％范围指示 偏差值指示：仅利用一个指针来指示偏差信号±30％ 数字控制器——通过LED或者液晶屏显示
输出显示显示调节器输出信号的大小,习惯上输出显示表也称作位表 内、外给定的选择给定信号可以由调节器内部产生,也可以由其宫仪表外部提供 内给定的调整若设定值为内给定,用户可以调整调节器上的内给定拨盘来改变设定值 正、反作用的选择何谓正作用?何谓反作用? 为了枃成一个负反馈控制系统,必须正确的确定调节器的正 反作用,否则整个控制系统就无法正常运行。调节器的正、 反作用,是通过正、反作用开关来选择的。 手/自动双向切换何谓手动?何谓自动?为什么要进行手自动切换? 手动操作 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输岀 无扰动切换 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动,即调节器的输出信号 不发生突变(即必须要求无扰动切换) Kp/Ti/Td的设置」改变控制器的特性
输出显示 显示调节器输出信号的大小，习惯上输出显示表也称作阀位表。 内、外给定的选择 给定信号可以由调节器内部产生，也可以由其它仪表外部提供 内给定的调整 若设定值为内给定，用户可以调整调节器上的内给定拨盘来改变设定值 正、反作用的选择 何谓正作用？何谓反作用？ 为了构成一个负反馈控制系统，必须正确的确定调节器的正、 反作用，否则整个控制系统就无法正常运行。调节器的正、 反作用，是通过正、反作用开关来选择的。 手/自动双向切换 何谓手动？何谓自动？为什么要进行手自动切换？ 手动操作 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出 无扰动切换 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即调节器的输出信号 不发生突变（即必须要求无扰动切换） Kp/Ti/Td的设置 改变控制器的特性
调节器的初步认识 目 手动 DTL DDZ 1 DDZ 图4-2DDZ一Ⅲ型调节器正面图 1手动自动切换开关;2-相示灯;3一指 1一位号牌2一内外给定指示3-内给定设定拨盘 示表;4偏差楣针,5一内给定盘;6—手 4AMH切换5—阀位表6一软手动操作扳键 操我盘,7一输出指示丧;8一拉手 7一双针全刻度指示表
调节器的初步认识 1 2 3 4 5 6 6 7 图4-2 DDZ－III型调节器正面图 1－位号牌 2－内外给定指示 3－内给定设定拨盘 4-A/M/H切换 5－阀位表 6－软手动操作扳键 7－双针全刻度指示表
DDZ一Ⅱ型仪表 DDZ一Ⅲ型仪表 (包括调节器) (包括调节器) Ⅲ型仪表优点 电源 VDC集中供电 可用24VDC蓄电池作备用电源 仪表内部没有变压器,不发热,为实现更好的防爆措施提供条件。 隔离防爆 安型防爆 (安全火花型) 故障状态:电流小于35mA,电压小于35VDC,可带电维修。 输出信号 4~20mA ①电气零点从4mA开始,不与机械零点重合,容易识别断电、断线等故障 ②只要改变转换电阻阻值,便可接收其他电流信号,例如将10~50mA等直流电流信号转 换为~5V信号 输入信号 4~20mA 0-10mA ③因为最小输入信号不为零,为现场变送器实现两线制创造了条件。变送器与调节器用两 分离元件 ①由于集成运放均为差分放大器,且输人对称性好,漂移小,仪表的稳定性得到提高 元器件 (电阻、电容、晶 (运放电路.) ②由于集成运放有高增益,因而开环放大倍数很高,这使仪表的精度得到提高 体管.) ③由于采用了集成电路,焊点少,强度高,大大提高了仪表的可靠性。 指示表头 单针偏差指示 有双针全刻度大表分别指示测量值(红针)、给定值(黑针) (0~±30%) 头指示(0-100)当仪表置于“内给定”:设定值由黑针指示 软手动——同时按下软手动操作板键6,调节器的输出便随时间按一定的速度增加或减小 手动方式 硬手动 若手离开操作极键则当时的信号值就被保持 硬手动、软手动通常都是用软手动操作板键进行手动操作,这样控制比较平稳精细,只有当需要给出恒定 不变的操作信号(例如,阀的开度要求长时间不变)或者在紧急时要一下子就控制到安全 开度等情况下,才使用硬手动操作。 “自动”“软手动” 双向无平衡无扰动 “硬手动”→“软手动”切换是无平衡无扰动 手自动切换 预平衡 无平衡、无扰动“硬手动”→“自动”切换是无平衡无扰动 “软手动”→“硬手动”切换是预平衡无扰动 “自动”→“硬手动”切换是预平衡无扰动 正反作用切换(操作点:调节器内部) 其它 PD参数设置(操作点:调节器内部)二者基本相同
DDZ－II型仪表 （包括调节器） DDZ一III型仪表 （包括调节器） III型仪表优点 电 源 220VAC 24VDC集中供电 ·可用24VDC蓄电池作备用电源 ·仪表内部没有变压器，不发热，为实现更好的防爆措施提供条件。 防 爆 隔离防爆 本安型防爆 （安全火花型） 故障状态：电流小于35mA，电压小于35VDC，可带电维修。 输出信号 0~10mA 4~20mA ①电气零点从4 mA开始，不与机械零点重合，容易识别断电、断线等故障。 ②只要改变转换电阻阻值，便可接收其他电流信号，例如将10～ 50mA等直流电流信号转 换为l～5V信号。 ③因为最小输入信号不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。变送器与调节器用两 线联接，既节省电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。 输入信号 0~10mA 4~20mA 1~5V 元器件 分离元件 （电阻、电容、晶 体管……） 集成电路 （运放电路……） ①由于集成运放均为差分放大器，且输人对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。 ②由于集成运放有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。 ③由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。 指示表头 单针偏差指示 （0~±30%） 有双针全刻度大表 头指示（0~100%） 分别指示测量值（红针）、给定值（黑针） 当仪表置于“内给定”：设定值由黑针指示。 手动方式 硬手动 硬手动、软手动 硬手动——输出与拨盘数值直接对应 软手动——同时按下软手动操作板键6，调节器的输出便随时间按一定的速度增加或减小； 若手离开操作极键则当时的信号值就被保持 通常都是用软手动操作板键进行手动操作，这样控制比较平稳精细，只有当需要给出恒定 不变的操作信号（例如，阀的开度要求长时间不变）或者在紧急时要一下子就控制到安全 开度等情况下，才使用硬手动操作。 手自动切换 预平衡 无平衡、无扰动 “自 动”“软手动”切换是双向无平衡无扰动 “硬手动”“软手动”切换是无平衡无扰动 “硬手动”“自 动”切换是无平衡无扰动 “软手动”“硬手动”切换是预平衡无扰动 “自 动”“硬手动”切换是预平衡无扰动 其 它 ·正反作用切换（操作点：调节器内部） ·PID参数设置（操作点：调节器内部） ·………… 二者基本相同
DDZ一Ⅲ型电动调节器简介 2D3-Ⅲ雪馨的暴世馄 223-Ⅲ望调备的暴亭包 指示单元 控制单元 测量 给定 指示 指示 输出指示 测量 给定 硬手操 |指示电路指示电路 电路 U 输入电路 PD电路/1f P电路“输出电路 1~5V 4-20mA 软手操 2509 外内1-5V 电路 14~20mA
DDZ―Ⅲ型电动调节器简介 DDZ―Ⅲ型调节器的基本性能 DDZ―Ⅲ型调节器的基本组成
DDZ—Ⅲ型电动调节器 DDZ—Ⅲ型调节器有两种:全刻度指示调节器和偏差指示调节器 它们的结构和线路相同,仅指示电路有些差异 这两种基型调节器均具有一般调节器应具有的: 对偏差进行PD运算 偏差指示 正反作用切换 内外给定切换(产生内给定信号) 手动/自动双向切换 阀位显示等功能。 在基型调节器的基础上,可附加某些单元,如输入报警、偏差报警 输出限幅单元等。也可构成各种特种调节器,如抗积分饱和调节器 前馈调节器、输岀跟踪调节器、非线性调节器等以及构成与工业计 算机联用的调节器
DDZ―Ⅲ型电动调节器 DDZ―Ⅲ型调节器有两种：全刻度指示调节器和偏差指示调节器 它们的结构和线路相同，仅指示电路有些差异。 这两种基型调节器均具有一般调节器应具有的: 对偏差进行PID运算 偏差指示 正反作用切换 内外给定切换(产生内给定信号) 手动/自动双向切换 阀位显示等功能。 在基型调节器的基础上，可附加某些单元，如输入报警、偏差报警、 输出限幅单元等。也可构成各种特种调节器，如抗积分饱和调节器、 前馈调节器、输出跟踪调节器、非线性调节器等以及构成与工业计 算机联用的调节器
基型调节器的构成方框图 指示单元 控制单元 测量 给定 指示 指示 输出指示 测量 给定 硬手操 指示电路指示电路 电路 U 输入电路 PD电路 PI电路 输出电路 1~5V K。 软手操 2509 电路 外内1~5V 4~20mA
P.36 基型调节器的构成方框图
数字式调节器 数字式调节器类型: 定程序调节器 可编程调节器 混合调节器 批量调节器
数字式调节器 定程序调节器 可编程调节器 混合调节器 批量调节器 数字式调节器类型：
1数字调节器的特点 实跪了媒拟似计算帆一体他将CPU引入控制器,使其功能得到来很大 的增强,提高了性能价格比。同时考虑到人们长期以来的习惯,数字控制 器在外形结构、面板布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征 ●遁算拉制功数字控制器具有比模拟调节器更丰富的运算控制功能, 台数字控制器既可实现简单PID控制,也可以实现串级控制、前馈控制、 变增益控制和史密斯补偿控制;既可以进行连续控制,也可以进行采样控 制、选择控制和批量控制。此外,数字控制器还可对输入信号进行处理, 如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。 逼裊实斯功数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。在 可编程调节器中,软件系统提供了各种功能模块,用户选择所需的功能模 块,通过编程将它们连接在一起,构成用户程序,便可实现所需的运算与 控制功能
1.数字调节器的特点 实现了模拟仪表与计算机一体化 将CPU引入控制器，使其功能得到来很大 的增强，提高了性能价格比。同时考虑到人们长期以来的习惯，数字控制 器在外形结构、面板布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征。 运算控制功能强 数字控制器具有比模拟调节器更丰富的运算控制功能， 一台数字控制器既可实现简单PID控制，也可以实现串级控制、前馈控制、 变增益控制和史密斯补偿控制；既可以进行连续控制，也可以进行采样控 制、选择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进行处理， 如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。 通过软件实现所需功能 数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。在 可编程调节器中，软件系统提供了各种功能模块，用户选择所需的功能模 块，通过编程将它们连接在一起，构成用户程序，便可实现所需的运算与 控制功能