第四讲2-调节器.ppt

工业装备测控技术第四讲2 过程控制装置  调 节 器 调 节 器 调节器的作用是将参数测量值和规定的参数值(给定值)相比较后，得出被调量的偏差，再根据一定的调节规律产生输出信号，从而推动执行器工作，对生产过程进行自动调节。假如被调参数的测量值增加时，调节器的输出信号也增加，则称为正作用调节器；测量值增加时输出信号减小的则称为反作用调节器。 按照仪表所用能源，调节器可以分为两类。 ①直接作用调节器(自力式调节器) 这种调节器不用外加能源，利用被调介质本身作为能源工作。 ②间接作用调节器 这种调节器利用外加能源，按照外加能源的不同。有电动调节器、气动调节器及液动调节器。在石油化工生产中以气动及电动形式应用最多。 调节器的调节规律 在具体讨论调节器的结构与工作原理时，必须首先搞清调节器具有什么样的规律，以及调节规律对系统过渡过程有怎样的影响。这些内容在前面的章节中已经进行了详细分析。所谓调节规律就是指调节器的输出信号△u(t)与输入信号(偏差)e(t)间随时间变化的规律。通常按照调节规律来划分调节器。 调节器的调节规律的实现方法 PID调节器实际上是一个运算装置，实现对输入信号的比例、积分、微分等各种运算功能。能够实现这些运算的方法很多，但在电动调节器中，用得最多的是采用运算放大器与阻容(RC)电路相结合的方法实现。用不同的RC电路与运算放大器进行不同的组合，就可以得到各种运算规律的电路。下面分析构成PID调节器的基本运算电路的原理及特性，主要是无源RC电路及带RC反馈的放大电路。由于电路形式很多，主要介绍一些基本类型。 调节器的调节规律的实现方法 只要放大器的增益K足够大，调节器的传递函数W(s)即为反馈回路传递函数Wf (s)的倒数，这就使反馈电路和整个闭环放大器在运算功能上是相反的，即反馈电路衰减多少倍，闭环放大器就放大多少倍；反馈电路是微分电路，则闭环放大电路必然具有积分作用。这就是利用负反馈回路实现各种调节规律的基本原理。 由电阻R、电容c组成的比例、积分、微分、比例微分和比例积分等无源基本电路结构如表4-2所示。这些电路与负反馈放大器配合可以组成各种实用的调节器。 无源RC基本电路结构 基本运算电路及运算规律 基本PID电路 集成运算放大器具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，因此各种运算规律可直接由加接到线性运算放大器的负反馈回路上来实现，表4-3给出了一些基本运算电路及运算规律。图4-35给出了由P、I、D三个运算电路并联连接，然后通过加法器A5，把它们的输出相加所组成的基本PID电路。 PID电动调节器的硬件结构 PID调节器的组成可以用图4-36所示的方框图表示。调节器主要由输入电路、运算电路和输出电路三部分组成。 但在有的调节器中，输出电路与运算电路是一个不可分割的整体。此外，还可能附带有指示电路、手动操作电路及限幅电路。 PID调节器一般接受来自变送器的电流输出信号，变为电压信号后与给定值进行比较，产生偏差信号e。该偏差信号经PID运算电路处理后，再由输出电路送出调节信号电流I0，以使执行器产生相应的动作。 PID调节器的硬件结构 ①输入电路 一般调节器的输入电路包括偏差检测电路、内给定稳压电源电路、内外给定切换开关、正反作用开关及滤波电路等，如图4-37所示。 ②PID运算电路 根据整定好的参数用以对偏差信号进行比例、微分和积分的运算，是调节器实现PID控制规律的关键环节。 ③输出电路 将运算电路的输出信号作功率放大，或者作为电压／电流转换电路，提供调节器的输出电流信号I0。 ⑵气动浮动板式比例积分(PI)调节器 浮动板式比例积分(PI)调节器是气动Ⅲ型调节器的一种形式，其结构原理示意如图4—38。 四个波纹管分别引入测量、给定、正反馈和负反馈四个压力信号，四者的有效面积A和刚度c都相等，而且均匀分布在同一个圆周上。当波纹管引入的气压信号不等时，浮动板会绕比例杆发生倾斜现象。 ⑵气动浮动板式比例积分(PI)调节器 浮动板起着以下两个作用 比较作用--即由各波纹管所感受的压力在浮动板上形成力矩，并相互比较，如图4-39所示。 这些力矩是： Mm=pmA·b Ms=psA·b ME=poA·a MH=pHA·a 挡板作用--即浮动板本身兼起挡板作用。它与固定在压