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1、過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制第 三 章過 程 控 制 儀 表 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制3.1 總 體 概 述一 、 過 程 控 制 儀 表 的 分 類 及 特 點1、 按 能 源 形 式 分 類可 分 為 電 動 、 氣 動 、 液 動 和 機 械 式 等 幾 種 。 工 業(yè) 上 普 遍 使 用電 動 控 制 儀 表 和 氣 動 控 制 儀 表 。 導(dǎo) 管 、 管 路 板導(dǎo) 線 、 印 刷 電 路 板 接 線 氣 動 元 件 電 子 元 器 件 構(gòu) 成 氣 壓 信 號 電 信 號 (電 流 、 電 壓 或 數(shù) 字 ) 傳 輸 信 號 氣 源 （ 140kPa）

2、電 源 (220VAC， 24VDC)能 源 氣 動 儀 表電 動 儀 表 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制2、 按 信 號 類 型 分 類 模 擬 式數(shù) 字 式 由 模 擬 元 件 構(gòu) 成傳 輸 信 號 通 常 為 連 續(xù) 變 化 的 模 擬 量 ， 如 電 流 信號 ， 電 壓 信 號 ， 氣 壓 信 號 等線 路 較 簡 單 ， 操 作 方 便 ， 使 用 靈 活 ， 價 格 較 低 以 微 處 理 器 、 單 片 機 等 大 規(guī) 模 集 成 電 路 芯 片 為 核 心傳 輸 信 號 通 常 為 斷 續(xù) 變 化 的 數(shù) 字 量 ， 如 脈 沖 信 號可 以 進(jìn) 行 各 種 數(shù)

3、字 運 算 和 邏 輯 判 斷 ， 其 功 能 完 善 ，性 能 優(yōu) 越 ， 能 解 決 模 擬 式 儀 表 難 以 解 決 的 問 題 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制3、 按 結(jié) 構(gòu) 形 式 分 類 單 元 組 合 式 儀 表 基 地 式 儀 表 集 散 型 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 現(xiàn) 場 總 線 控 制 系 統(tǒng) 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制單 元 組 合 式 儀 表 ：將 各 種 單 元 進(jìn) 行 不 同 組 合 ， 可 以 構(gòu) 成 多 種 多 樣 、 適 用 于 各 種 不同 場 合 需 要 的 自 動 檢 測 或 控 制 系 統(tǒng) 。有 電 動 單 元 組 合

4、 儀 表 （ DDZ） 和 氣 動 單 元 組 合 儀 表 （ QDZ） 兩大 類 。 都 經(jīng) 歷 了 I型 、 II型 (010mA) 、 III型 (420mA, 15v)的三 個 發(fā) 展 階 段 。根 據(jù) 控 制 系 統(tǒng) 各 組 成 環(huán) 節(jié) 的 不 同 功 能 和 使 用 要 求 ， 將 儀 表 做成 能 實 現(xiàn) 一 定 功 能 的 獨 立 儀 表 （ 稱 為 單 元 ） ， 各 個 儀 表 之 間用 統(tǒng) 一 的 標(biāo) 準(zhǔn) 信 號 進(jìn) 行 聯(lián) 系 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制單元組合儀表 變 送 單 元 溫 度 變 送 器壓 力 變 送 器差 壓 變 送 器流 量 變 送

5、 器液 位 變 送 器 將 各 種 被 測 參 數(shù) 變 換 成 相應(yīng) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 統(tǒng) 一 信 號 傳 送 到接 收 儀 表 或 裝 置 ， 以 供 顯示 、 記 錄 或 控 制 轉(zhuǎn) 換 單 元 直 流 毫 伏 轉(zhuǎn) 換 器頻 率 轉(zhuǎn) 換 器電 氣 轉(zhuǎn) 換 器氣 電 轉(zhuǎn) 換 器 將 電 壓 、 頻 率 等 電 信號 轉(zhuǎn) 換 成 標(biāo) 準(zhǔn) 統(tǒng) 一 信號 ， 或 者 進(jìn) 行 標(biāo) 準(zhǔn) 統(tǒng)一 信 號 之 間 的 轉(zhuǎn) 換 ，以 使 不 同 信 號 在 同 一控 制 系 統(tǒng) 中 使 用 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制單元組合儀表 控 制 單 元 運 算 單 元 比 例 積 分 微 分 控 制 器比

6、例 積 分 控 制 器比 例 微 分 控 制 器具 有 特 種 功 能 的 控 制 器 將 變 送 單 元 的 測量 信 號 與 給 定 信號 比 較 ， 按 偏 差給 出 控 制 信 號 ，去 控 制 執(zhí) 行 器加 減 器乘 除 器開 方 器 顯 示 單 元 指 示 儀指 示 記 錄 儀 報 警 器 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制單元組合儀表 給 定 單 元 執(zhí) 行 單 元 輔 助 單 元 輸 出 統(tǒng) 一 標(biāo) 準(zhǔn) 信 號 ， 作 為 被 控 變 量 的 給 定 值送 到 控 制 單 元 ， 實 現(xiàn) 定 值 控 制 。給 定 單 元 的 輸 出 也 可 以 供 給 其 他 儀 表

7、作 為 參考 基 準(zhǔn) 值 。 角 行 程 電 動 執(zhí) 行 器直 線 行 程 電 動 執(zhí) 行 器氣 動 薄 膜 調(diào) 節(jié) 閥 按 控 制 器 輸 出 的控 制 信 號 和 手 動操 作 信 號 ， 改 變控 制 變 量操 作 器 ： 手 動 操 作 及 手 動 /自 動 的 切 換 作 用 阻 尼 器 ： 壓 力 或 流 量 等 信 號 的 平 滑 、 阻 尼 限 幅 器 ： 限 制 信 號 的 上 、 下 限 值 安 全 柵 ： 將 危 險 場 所 與 非 危 險 場 所 隔 開 ， 起安 全 防 爆 作 用 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制被 控 對 象執(zhí) 行 單 元 檢 測 元 件

8、調(diào) 節(jié) 單 元給 定 單 元操 作 單 元 變 送 單 元顯 示 單 元工 藝 介 質(zhì) 閥 門 被 調(diào) 變 量自 動手 動 測 量 值給 定 值 用 電 動 單 元 組 合 儀 表 組 成 的 控 制 系 統(tǒng) 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制基 地 式 控 制 儀 表相 當(dāng) 于 把 單 元 組 合 儀 表 的 幾 個 單 元 組 合 在 一 起 ， 構(gòu) 成 一 個 儀 表 。通 常 以 指 示 、 記 錄 儀 表 為 主 體 ， 附 加 控 制 、 測 量 、 給 定 等 部 件而 構(gòu) 成 ；其 控 制 信 號 輸 出 一 般 為 開 關(guān) 量 ， 也 可 以 是 標(biāo) 準(zhǔn) 統(tǒng) 一 信

9、號 ；一 個 基 地 式 儀 表 具 有 多 種 功 能 ， 與 執(zhí) 行 器 聯(lián) 用 或 與 變 速 器 聯(lián) 用 ，便 可 構(gòu) 成 一 個 簡 單 的 控 制 系 統(tǒng) ；性 能 價 格 比 高 ， 適 用 于 單 參 數(shù) 的 控 制 系 統(tǒng) 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制集 散 控 制 系 統(tǒng) （ DCS系 統(tǒng) ） ： 分 散 控 制 、 集 中 管 理控 制 站 （ 下 位 機 ）操 作 站 （ 上 位 機 ） 過 程 通 信 網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 據(jù) 采 集 、 處 理 及 控 制 由 DCS系 統(tǒng) 的 基 本 控 制 器 （ 包 括 控制 卡 、 信 號 輸 入 輸 出 卡 、 電

10、 源 等 ） 構(gòu)成 或 由 可 編 程 序 控 制 器 PLC（ 包 括CPU、 I/O、 電 源 等 模 塊 ） 或 帶 有 微 處理 器 的 數(shù) 字 式 控 制 儀 表 構(gòu) 成 實 現(xiàn) 操 作 站 與 控 制 站 的 連 接 提 供 與 企 業(yè) 管 理 網(wǎng) 絡(luò) 的 連 接 過 程 信 息 的 集 中 顯 示 、 操 作 和 管 理 由 工 業(yè) 控 制 計 算 機 、 監(jiān) 視 器 、 打 印機 、 鼠 標(biāo) 、 鍵 盤 、 通 信 網(wǎng) 卡 等 組 成 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制現(xiàn) 場 總 線 控 制 系 統(tǒng) （ FCS系 統(tǒng) ）現(xiàn) 場 控 制 和 雙 向 數(shù) 字 通 信將 傳

11、統(tǒng) 上 集 中 于 控 制 室 的 控 制 功 能 分 散 到 現(xiàn) 場 設(shè) 備 中 ， 實 現(xiàn)現(xiàn) 場 控 制現(xiàn) 場 設(shè) 備 與 控 制 室 內(nèi) 的 儀 表 或 裝 置 之 間 為 雙 向 數(shù) 字 通 信 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制二 、 信 號 制 信 號 制 即 信 號 標(biāo) 準(zhǔn) ， 是 指 儀 表 之 間 采 用 的 傳 輸 信 號 的 類 型 和數(shù) 值 。氣 動 儀 表 的 信 號 標(biāo) 準(zhǔn) ： 20kPa 100kPa電 動 儀 表 的 信 號 標(biāo) 準(zhǔn) ： 420maADC DDZII型 電 動 儀 表 的 信 號 標(biāo) 準(zhǔn) ： 010maADC 過 程 控 制過 程 控

12、 制過 程 控 制1、 檢 測 元 件 和 變 送 器 的 作 用檢 測 元 件 變 送 器過 程 變 量 位 移 、 壓 力差 壓 、 電 量 等 標(biāo) 準(zhǔn) 信 號檢 測 變 送 環(huán) 節(jié) 工 作 原 理模 擬 儀 表 ： 標(biāo) 準(zhǔn) 信 號 通 常 采 用 420mA、 010mA、 15v電 流 或 電 壓 信 號 ， 20100kPa 氣 壓 信 號 ；將 工 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 的 參 數(shù) (流 量 、 壓 力 、 溫 度 、 物 位 、 成 分 等 )經(jīng) 檢測 、 變 送 單 元 轉(zhuǎn) 換 為 標(biāo) 準(zhǔn) 的 電 或 氣 信 號 。變 送 器 輸 出 的 是 被 控 變 量 的 測 量 值 ，

13、它 被 送 到 顯 示 和 控 制 裝 置 ，用 于 顯 示 和 控 制 。現(xiàn) 場 總 線 儀 表 ： 標(biāo) 準(zhǔn) 信 號 是 數(shù) 字 信 號3.2 檢 測 變 送 環(huán) 節(jié)一 、 檢 測 變 送 環(huán) 節(jié) 的 性 能 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制2、 對 檢 測 變 送 單 元 的 基 本 要 求準(zhǔn) 確 ： 檢 測 元 件 和 變 送 器 能 正 確 反 映 被 控 或 被 測 變 量 ， 誤 差 小 ；迅 速 ： 及 時 反 映 被 控 或 被 測 變 量 的 變 化 ；可 靠 ： 能 在 環(huán) 境 工 況 下 長 期 穩(wěn) 定 運 行 。3、 選 用 時 的 基 本 考 慮首 先 考

14、慮 元 件 能 否 適 應(yīng) 工 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 中 的 高 低 溫 、 高 壓 、 腐 蝕性 、 粉 塵 和 爆 炸 性 環(huán) 境 ， 能 否 長 期 穩(wěn) 定 運 行 ；儀 表 精 度 和 量 程 的 選 擇 選 用 儀 表 的 精 度 要 合 適 ： 應(yīng) 符 合 工 業(yè) 檢 測 要 求 儀 表 測 量 誤 差 ： 儀 表 本 身 誤 差 、 環(huán) 境 工 況 引 入 的 誤 差 、 動 態(tài) 誤 差 量 程 選 擇 ： 量 程 的 改 變 會 引 起 最 大 讀 數(shù) 誤 差 變 化 和 增 益 變 化 。 考 慮 儀 表 和 變 送 器 的 線 性 特 性 過 程 控 制過 程 控 制過 程

15、控 制sm mm mesT KsG 1)(4、 動 態(tài) 特 性 Km小 ， 增 大 控 制 器 的 增 益 ， 有 利 于 克 服 擾 動 對 影 響 ； Km的 線 性 度 與 整 個 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 輸 入 輸 出 的 線 性 度 有 關(guān) ； 選 擇 合 適 的 測 量 范 圍 可 改 變 檢 測 變 送 環(huán) 節(jié) Km對 Km的 考 慮 ： 作 為 廣 義 對 象 的 組 成 ， 應(yīng) 考 慮 與 T p和 Tv的 匹 配 ， 及 增 大 最大 時 間 常 數(shù) 與 次 大 時 間 常 數(shù) 之 間 的 比 值 ；對 Tm的 考 慮 ： 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制 相 對

16、 于 Tp ， Tm是 較 小 的 。 但 有 例 外 ： 成 分 檢 測 變 送 環(huán) 節(jié) 的 時 間 常 數(shù) 和 時 滯 會 很 大 ； 氣 動 儀 表 的 時 間 常 數(shù) 較 電 動 儀 表 要 大 ； 采 用 保 護(hù) 套 溫 度 計 檢 測 溫 度 要 比 直 接 與 被 測 介 質(zhì) 接 觸 檢 測 溫度 有 更 大 的 時 間 常 數(shù) 。 應(yīng) 考 慮 時 間 常 數(shù) 隨 過 程 運 行 而 變 化 的 影 響 ： 保 護(hù) 套 結(jié) 垢 ， 造 成 時 間 常 數(shù) 增 大 ； 保 護(hù) 套 磨 損 ， 造 成 時 間 常 數(shù) 減 小 。減 小 T m的 措 施 ：檢 測 點 位 置 的 合

17、理 選 擇 ； 選 用 小 慣 性 檢 測 元 件 ；縮 短 氣 動 管 線 長 度 ， 減 小 管 徑 ；正 確 使 用 微 分 單 元 ； 選 用 繼 動 器 或 放 大 器 等 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制對 m的 考 慮 ( m = l / v ) ： 與 Tm一 起 考 慮 ， 應(yīng) 使 m / Tm小 通 常 在 溫 度 、 過 程 成 分 的 檢 測 變 送 中 要 考 慮 減 小 m的 途 徑 ： 選 擇 合 適 的 檢 測 點 位 置 ； 減 小 傳 輸 距 離 l； 選 用 增 壓 泵 、 抽 氣 泵 等 裝 置 ， 提 高 傳 輸 速 度 v； 過 程 控

18、 制過 程 控 制過 程 控 制 熱 電 偶 檢 測 溫 度 時 ， 由 于 產(chǎn) 生 的 熱 電 偶 不 僅 與 熱 端 溫 度 有關(guān) ， 也 與 冷 端 溫 度 有 關(guān) ， 因 此 需 要 進(jìn) 行 冷 端 溫 度 補 償 ；二 、 對 檢 測 變 送 信 號 的 處 理1、 信 號 補 償 熱 電 阻 到 檢 測 變 送 儀 表 之 間 的 距 離 不 同 ， 連 接 導(dǎo) 線 的 類 型 和 規(guī)格 不 同 ， 導(dǎo) 致 線 路 電 阻 不 同 ， 因 此 需 要 進(jìn) 行 線 路 電 阻 補 償 ； 氣 體 流 量 檢 測 時 ， 由 于 檢 測 點 溫 度 、 壓 力 與 設(shè) 計 值 不 一

19、致 ，因 此 需 要 進(jìn) 行 溫 度 和 壓 力 的 補 償 ； 精 餾 塔 內(nèi) 介 質(zhì) 成 分 與 溫 度 、 塔 壓 有 關(guān) ， 正 常 操 作 時 ， 塔 壓保 持 恒 定 ， 可 直 接 用 溫 度 進(jìn) 行 控 制 ； 當(dāng) 塔 壓 變 化 時 ， 需 要 用 塔壓 對 溫 度 進(jìn) 行 補 償 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制2、 線 性 化 硬 件 組 成 非 線 性 環(huán) 節(jié) 進(jìn) 行 線 性 化 處 理 ， 例 如 采 用 開 方 器 對差 壓 進(jìn) 行 開 方 運 算 ； 也 可 用 軟 件 實 現(xiàn) 線 性 化 處 理 。3、 信 號 濾 波目 的 ： 由 于 存 在 隨

20、 機 噪 聲 ， 引 起 檢 測 信 號 波 動 ； 計 算 機 控 制 時 ， 由 于 信 號 是 采 樣 輸 入 ， 因 此 ， 引 入 噪 聲 方 法 ： 硬 件 濾 波 ： RC電 路 、 氣 阻 氣 容 等 組 成 濾 波 線 路 數(shù) 字 濾 波 ： 數(shù) 字 低 通 、 高 通 、 帶 通 等 濾 波 程 序 。 算 法 有 ： 一 階 低 通 濾 波 、 一 階 高 通 濾 波 、 遞 推 平 均 濾 波 、 程 序 判 別 濾 波 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制4、 數(shù) 學(xué) 運 算5、 信 號 報 警當(dāng) 檢 測 信 號 與 被 控 變 量 之 間 有 一 定 的 函

21、數(shù) 關(guān) 系 時 ， 需 要 進(jìn) 行 數(shù)學(xué) 運 算 獲 得 實 際 的 被 控 變 量 數(shù) 值 。如 果 檢 測 變 送 信 號 超 出 工 藝 過 程 的 運 行 范 圍 ， 就 要 進(jìn) 行 信 號報 警 和 連 鎖 處 理 。6、 數(shù) 字 變 換例 如 快 速 傅 里 葉 變 換 、 小 波 變 換 ；在 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 和 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 時 經(jīng) 常 使 用 的 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制形 象 地 稱 執(zhí) 行 器 為 實 現(xiàn) 生 產(chǎn) 過 程 自 動 化 的 “ 手 腳 ”3.3 執(zhí) 行 器一 、 概 述執(zhí) 行 器 安 裝 在 生 產(chǎn)

22、 現(xiàn) 場 ， 直 接 與 介 質(zhì) 接 觸 ， 常 常 在 高 壓 、 高 溫等 惡 劣 的 狀 況 下 工 作 ， 因 此 ， 它 是 控 制 系 統(tǒng) 的 薄 弱 環(huán) 節(jié) 作 用 ： 控 制 流 入 或 流 出 被 控 過 程 的 物 料 或 能 量 ， 從 而 實 現(xiàn) 對 過程 參 數(shù) 的 自 動 控 制 。直 接 影 響 過 程 控 制 系 統(tǒng) 的 質(zhì) 量 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制執(zhí) 行 機 構(gòu) 調(diào) 節(jié) 機 構(gòu)控 制 器 輸 出p0,I0 推 力 、 位 移 操 縱 變 量流 量接 受 調(diào) 節(jié) 器 輸 出 的 控 制 信 號 ， 轉(zhuǎn) 換 成 直 線 位 移 或 角 位

23、 移 ， 來 改變 調(diào) 節(jié) 閥 的 流 通 截 面 積 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制根 據(jù) 執(zhí) 行 機 構(gòu) 使 用 的 能 源 種 類 ， 執(zhí) 行 器 可 分 為 氣 動 、 電 動 、 液動 三 種 。氣 動 執(zhí) 行 器 ： 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 工 作 可 靠 、 價 格 便 宜 、 維 護(hù) 方 便 、防 火 防 爆 等 優(yōu) 點電 動 執(zhí) 行 器 ： 能 源 取 用 方 便 ， 信 號 傳 輸 速 度 快 和 傳 輸 距 離遠(yuǎn) ， 動 作 較 快 ；缺 點 是 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 、 推 力 小 、 價 格 貴 ， 適 用 于防 爆 要 求 不 高 及 缺 乏 氣 源 的 場

24、所液 動 執(zhí) 行 器 ： 推 力 最 大 ， 但 目 前 使 用 不 多 調(diào) 節(jié) 機 構(gòu) 有 單 座 、 雙 座 、 偏 心 旋 轉(zhuǎn) 、 套 筒 、 蝶 閥 等 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制1、 氣 動 執(zhí) 行 器 典 型 的 氣 動 執(zhí) 行 器 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 p 執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)閥 桿閥 芯閥 座 膜 片平 衡 彈 簧 氣 動 執(zhí) 行 機 構(gòu) 有 薄 膜 式 和 活 塞 式 兩 種 。 二 、 執(zhí) 行 器 結(jié) 構(gòu) 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制調(diào) 節(jié) 機 構(gòu) （ 控 制 閥 體 ）作 用 ： 是 一 個 局 部 阻 力 可 以 變 化 的 節(jié) 流 元

25、件 。流 量 方 程 21 2 2P p P AQ 1 22 ( )AQ P P 調(diào) 節(jié) 原 理當(dāng) 口 徑 A和 差 壓 (P1-P2)一 定 時 ， 流 量 Q僅 隨 阻 尼 的 變 化 而 變 化 。改 變 閥 門 的 開 啟 程 度 ， 可 改 變 流 通 阻 力 而 控 制 介 質(zhì) 流 量 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制2、 電 動 執(zhí) 行 器 電 動 執(zhí) 行 器 也 由 執(zhí) 行 機 構(gòu) 和 調(diào) 節(jié) 機 構(gòu) 兩 部 分 組 成 。 最 簡 單 的 電 動 執(zhí) 行 器 稱 為 電 磁 閥 其 它 連 續(xù) 動 作 的 電 動 執(zhí) 行 器 都 使 用 電 動 機 作 動 力

26、元 件 ， 將調(diào) 節(jié) 閥 的 信 號 轉(zhuǎn) 變 為 閥 的 開 度 電 動 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 構(gòu) 成 框 圖伺 服 放 大 器 伺 服 電 動 機 減 速 器位 置 發(fā) 生 器+ 其 中 調(diào) 節(jié) 機 構(gòu) 和 氣 動 執(zhí) 行 器 是 通 用 的 ， 不 同 的 只 是 電 動 執(zhí) 行 器使 用 電 動 執(zhí) 行 機 構(gòu) ， 即 使 用 電 動 機 等 電 的 動 力 啟 閉 調(diào) 節(jié) 閥 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制氣 開 閥 ： 在 有 信 號 壓 力 輸 入 時 閥 打 開 、 無 信 號 壓 力 時 閥 全 關(guān)1、 執(zhí) 行 機 構(gòu) 與 調(diào) 節(jié) 機 構(gòu) 的 組 合三 、 調(diào) 節(jié)

27、 閥 的 氣 開 和 氣 關(guān)氣 關(guān) 閥 ： 在 有 信 號 壓 力 時 閥 關(guān) 閉 ， 無 信 號 壓 力 時 閥 全 開 從 控 制 系 統(tǒng) 角 度 出 發(fā) ， 氣 開 閥 為 正 作 用 ， 氣 關(guān) 閥 為 反 作 用 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制正 作 用 執(zhí) 行 機 構(gòu) ： 當(dāng) 輸 入 氣 壓 信 號 增 大 時 ， 閥 桿 向 下 移 動正 作 用 執(zhí) 行 機 構(gòu) 反 作 用 執(zhí) 行 機 構(gòu)反 作 用 執(zhí) 行 機 構(gòu) ： 當(dāng) 輸 入 氣 壓 信 號 增 大 時 ， 閥 桿 向 上 移 動 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制正 體 閥 反 體 閥正 體 閥 ： 閥

28、 桿 下 移 時 流 量 減 小反 體 閥 ： 閥 桿 下 移 時 流 量 增 大 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制氣 關(guān) 型 氣 開 型 氣 開 型 氣 關(guān) 型 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制2、 選 擇 原 則基 本 原 則 ： 根 據(jù) 安 全 生 產(chǎn) 的 要 求 選 擇 調(diào) 節(jié) 閥 的 氣 開 和 氣 關(guān)考 慮 事 故 狀 態(tài) 時 人 身 、 工 藝 設(shè) 備 的 安 全 。當(dāng) 過 程 控 制 系 統(tǒng) 發(fā) 生 故 障 （ 如 氣 源 中 斷 ， 控 制 器 損 壞 或 調(diào) 節(jié) 閥 壞了 ） 時 ， 調(diào) 節(jié) 閥 所 處 的 狀 態(tài) 不 致 影 響 人 身 和 工 藝 設(shè)

29、 備 的 安 全 。考 慮 事 故 狀 態(tài) 下 減 少 經(jīng) 濟(jì) 損 失 ， 保 證 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 ?？?慮 介 質(zhì) 的 性 質(zhì) 。對 裝 有 易 結(jié) 晶 、 易 凝 固 物 料 的 裝 置 ， 蒸 汽 流 量 調(diào) 節(jié) 閥 需 選 用氣 關(guān) 式 ， 一 旦 事 故 發(fā) 生 ， 使 其 處 于 全 開 狀 態(tài) ， 以 防 止 物 料 結(jié) 晶 、 凝 固 和 堵 塞 給 重 新 開 工 帶 來 麻 煩 ， 甚 至 損 壞 設(shè) 備 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制1、 理 想 流 量 特 性調(diào) 節(jié) 閥 的 流 量 特 性 是 指 被 控 介 質(zhì) 流 過 閥 門 的 相 對 流 量 與

30、閥 門 的相 對 開 度 之 間 的 關(guān) 系 ， 即 ： )(max Llfq q ： 相 對 流 量 ， 即 調(diào) 節(jié) 閥 某 一 開 度 時 流 量 與 全 開 流 量 之 比 maxq qLl ： 相 對 開 度 ， 即 調(diào) 節(jié) 閥 某 一 開 度 行 程 與 全 開 行 程 之 比 。 四 、 調(diào) 節(jié) 閥 的 流 量 特 性理 想 流 量 特 性 ： 在 閥 前 后 壓 差 為 一 定 的 情 況 下 （ p=常 數(shù) ） 得到 的 流 量 特 性 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制取 決 于 閥 芯 的 形 狀 。 不 同 的 閥 芯 曲 面 得 到 不 同 的 理 想 流

31、量 特 性 。 0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 理 想 流 量 特 性 曲 線1、 快 開 2、 直 線 3、 拋 物 線 4、 對 數(shù)1 432 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制直 線 流 量 特 性 曲 線 ：KLld qqd )/( )/( max K： 常 數(shù) ， 即 執(zhí) 行 器 的 放 大 系 數(shù)調(diào) 節(jié) 閥 的 相 對 流 量 與 相 對 開 度 成 直 線 關(guān) 系 ， 即 單 位 位 移 變 化 所 引起 的 流 量 變 化 是 一 個 常 數(shù) 。 maxminmaxminmax qqLl)qq(q q 1邊 界 條 件 ： 當(dāng) l=

32、0時 ， q=qmin 當(dāng) l=L時 ， q=qmax調(diào) 節(jié) 閥 的 可 調(diào) 比 ， R=30 minmaxqqR Ll)R(R 111 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制調(diào) 節(jié) 閥 的 相 對 開 度 與 相 對 流 量 (R=30) 8499.0371.290.390 100705745352618127.33.3 拋 物 線 10096.1391.384.575.865.252.638.121.73.3快 開 10050.836.225.618.313.09.266.584.673.3對 數(shù) 10080.671.061.351.742.032.322.713.03.3直 線 10

33、080706050403020100b a a： l/L(%) b： q/qmax(%) 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制只 要 閥 芯 位 移 量 相 同 ， 則 流 量 變 化 也 總 是 相 同 的 ， 即 單 位 行 程變 換 所 引 起 的 流 量 變 化 是 相 等 的 。 在 10%開 度 時 ： %75%10013 137.22 在 50%開 度 時 ： %19%1007.51 7.513.61 在 80%開 度 時 ： %11%1006.80 6.803.90 相 對 流 量 的 相 對 于 當(dāng) 前 值 的 相 對 變 化 量 為 ：直 線 流 量 特 性 調(diào) 節(jié)

34、閥 在 小 開 度 時 ， 控 制 作 用 強 ， 易 產(chǎn) 生 振 蕩 ；大 開 度 時 ， 調(diào) 節(jié) 緩 慢 ， 不 夠 及 時 。 對 過 程 控 制 系 統(tǒng) 來 說 ， 要 求 在 小 負(fù) 荷 時 控 制 作 用 小 一 些 ， 大 負(fù) 荷 時 控 制 作 用 加 強 一 些 ， 這 需 要 由 調(diào) 節(jié) 閥 的 流 量 特 性 來 補 償 。直 線 流 量 特 性 調(diào) 節(jié) 閥 時 不 能 滿 足 這 一 要 求 的 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制對 數(shù) （ 等 百 分 比 ） 流 量 特 性 ：maxmax)/( )/( q qKLld qqd 代 入 邊 界 條 件 ：

35、)1/(max LlRq q單 位 相 對 行 程 的 變 化 所 引 起 的 相 對 流 量 變 化 與 此 點 的 相 對 流 量成 正 比 關(guān) 系 。在 10%開 度 時 ： %40%10067.4 67.458.6 在 50%開 度 時 ： %40%1003.18 3.186.25 在 80%開 度 時 ： %40%1008.50 8.502.71 從 過 程 控 制 工 程 來 看 ， 利 用 對 數(shù) （ 等 百 分 比 ） 流 量 特 性 是 有 利的 。 調(diào) 節(jié) 閥 在 小 開 度 時 ， 調(diào) 節(jié) 閥 的 放 大 系 數(shù) 小 ， 控 制 平 穩(wěn) 緩 和 ；調(diào) 節(jié) 閥 在 大 開

36、度 時 ， 其 放 大 系 數(shù) 大 ， 控 制 作 用 靈 敏 有 效 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制拋 物 線 流 量 特 性 ：maxmax)/( )/( q qKLld qqd 將 邊 界 條 件 代 入 可 得 ： 2max )1(11 LlRRq q它 介 于 直 線 流 量 特 性 和 對 數(shù) 流 量 特 性 之 間 ， 通 常 可 用 對 數(shù) 流 量特 性 來 代 替 。 單 位 相 對 行 程 （ 開 度 ） 的 變 化 所 引 起 的 相 對 流 量 變 化 與 此 點 的相 對 流 量 的 平 方 根 成 正 比 關(guān) 系 ?？?開 流 量 特 性 ：在 小

37、開 度 時 流 量 就 已 很 大 ， 隨 著 行 程 的 增 大 ， 其 流 量 就 很 快 達(dá) 到最 大 ， 故 稱 為 快 開 特 性 。當(dāng) 閥 的 行 程 大 時 ， 閥 的 流 通 面 積 不 再 增 大 ， 不 能 起 控 制 作 用 。 這 種 調(diào) 節(jié) 閥 通 常 用 于 二 位 式 控 制 或 程 序 控 制 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制2、 工 作 流 量 特 性 調(diào) 節(jié) 閥 前 后 壓 差 變 化 時 的 流 量 特 性 稱 為 工 作 流 量 特 性 。 調(diào) 節(jié) 閥 與 管 道 設(shè) 備 串 聯(lián) 時 的 工 作 流 量 特 性pk pvp調(diào) 節(jié) 閥 與 管

38、 道 設(shè) 備 串 聯(lián) q vp pkpvp 壓 力 分 布 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制令 S為 調(diào) 節(jié) 閥 全 開 時 的 閥 前 后 壓 差 與 管 道 系 統(tǒng) 的 壓 差 之 比 ， 即 ： ppS V min 1 2max 1( 1) 1q lf lq L s f L 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制串 聯(lián) 管 道 調(diào) 節(jié) 閥 工 作 特 性 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制 在 S 1時 ， 管 道 阻 力 損 失 為 零 ， 系 統(tǒng) 的 總 壓 差 全 部 降 在調(diào) 節(jié) 閥 上 ， 實 際 工 作 流 量 特 性 與 理 想 特 性 是 一 樣 的

39、 ； 隨 著 S值 的 減 小 ， 管 道 阻 力 損 失 增 加 ， 結(jié) 果 不 僅 調(diào) 節(jié) 閥 全開 時 的 流 量 減 小 ， 而 且 流 量 特 性 也 發(fā) 生 了 很 大 的 畸 變 ： 直 線 特 性 趨 向 于 快 開 特 性 ； 等 百 分 比 特 性 趨 向 于 直 線 特 性 并 且 S值 越 小 ， 影 響 越 大 。 因 此 在 實 際 使 用 中 ， S值 不 能太 小 ， 通 常 希 望 S值 不 低 于 0.3。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制調(diào) 節(jié) 閥 與 管 道 設(shè) 備 并 聯(lián) 時 的 工 作 流 量 特 性p調(diào) 節(jié) 閥 與 管 道 設(shè) 備 并 聯(lián)

40、Qi QoQ1Q2并 聯(lián) 的 目 的 ： 冗 余 措 施 ； 增 大 產(chǎn) 量 (流 量 )令 S為 調(diào) 節(jié) 閥 全 開 流 量 與 總 管 最 大 流 量 之 比 ， 即 ： 1maxiQS Q 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制S=1.0S=0.8S=0.5S=0.2 l/L 100%直 線 S=1.0S=0.8S=0.5S=0.2 l/L 100%對 數(shù)當(dāng) s=1時 ， 即 關(guān) 閉 旁 路 ， 調(diào) 節(jié) 閥 工 作 流 量 特 性 西 即 為 理 想 流 量特 性 。隨 著 旁 路 閥 打 開 ， 即 s值 逐 漸 減 小 時 ， 系 統(tǒng) 可 調(diào) 范 圍 大 大 下 降 ， 這 將

41、使 調(diào) 節(jié) 閥 所 能 控 制 的 流 量 變 化 很 小 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制3、 調(diào) 節(jié) 閥 流 量 特 性 的 選 擇考 慮 系 統(tǒng) 的 控 制 品 質(zhì) ：一 個 理 想 的 控 制 系 統(tǒng) ， 希 望 其 總 的 放 大 系 數(shù) 在 系 統(tǒng) 的 整 個 操 作范 圍 內(nèi) 保 持 不 變 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制考 慮 工 藝 管 道 情 況 ： 等 百 分 比等 百 分 比等 百 分 比直 線理 想 特 性 等 百 分 比直 線等 百 分 比直 線工 作 特 性 S=0.3 0.5S=0.6 1

42、配 管 情 況 工 藝 配 管 情 況 與 流 量 特 性 關(guān) 系調(diào) 節(jié) 閥 在 串 聯(lián) 管 道 時 的 工 作 流 量 特 性 與 S值 的 大 小 有 關(guān) ， 即 與工 藝 配 管 情 況 有 關(guān) 。 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制考 慮 負(fù) 荷 變 化 情 況 ：調(diào) 節(jié) 閥 流 量 特 性 的 選 擇 一 般 分 兩 步 進(jìn) 行 ： 首 先 根 據(jù) 過 程 控 制 系 統(tǒng) 的 要 求 ， 確 定 工 作 流 量 特 性 ； 然 后 根 據(jù) 流 量 特 性 曲 線 的 基 本 情 況 ， 確 定 理 想 流 量 特 性 ， 以作 為 向 生 產(chǎn) 廠 家 定 貨 的 內(nèi) 容 。

43、直 線 特 性 調(diào) 節(jié) 閥 在 小 開 度 時 流 量 相 對 變 化 值 大 ， 控 制 過 于 靈 敏 ，易 引 起 振 蕩 ， 且 閥 芯 、 閥 座 也 易 受 到 損 壞 ， 因 此 在 S值 小 、 負(fù)荷 變 化 大 的 場 合 ， 不 宜 采 用 。等 百 分 比 特 性 調(diào) 節(jié) 閥 的 放 大 系 數(shù) 隨 調(diào) 節(jié) 閥 行 程 增 加 而 增 大 ， 流量 相 對 變 化 值 是 恒 定 不 變 的 ， 因 此 它 對 負(fù) 荷 變 化 有 較 強 的 適 應(yīng)性 。由 對 象 特 性 選 工 作 特 性 推 理 想 特 性 查 廠 家 手 冊 。 2021-5-2 50將 4 20

44、mA的 電流 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 20100K Pa的 標(biāo) 準(zhǔn) 氣 壓信 號 。 1 電 /氣 轉(zhuǎn) 換 器 為 了 使 氣 動 調(diào) 節(jié) 閥 能 夠 接 收 電 動 調(diào) 節(jié) 器 的 輸 出信 號 ， 必 須 把 標(biāo) 準(zhǔn) 電 流 信 號 轉(zhuǎn) 換 為 標(biāo) 準(zhǔn) 氣 壓 信 號 。 電 /氣 轉(zhuǎn) 換 器 作 用 ：3.4.3 電 /氣 轉(zhuǎn) 換 器 與 閥 門 定 位 器 2021-5-2 51 I 吸 力 Fi 杠 桿 偏 轉(zhuǎn) 擋 板 與 噴 嘴 間 隙 背 壓 放 大 器 輸 入 輸 出 壓 力 P 杠 桿的 反 饋 力 Ff 杠 桿 平 衡 P I力 平 衡 式 電 /氣 轉(zhuǎn) 換 器 的 原 理 圖

45、 負(fù) 反 饋磁 鐵 調(diào) 零Fi Ff背 壓 2021-5-2 52 2 閥 門 定 位 器氣 動 調(diào) 節(jié) 閥 中 ， 閥 桿 的 位移 是 由 薄 膜 上 氣 壓 推 力 與 彈 簧反 作 用 力 平 衡 確 定 的 。為 了 防 止 閥 桿 處 的 泄 漏 要壓 緊 填 料 ， 使 閥 桿 摩 擦 力 增 大 ，且 個 體 差 異 較 大 ， 這 會 影 響 輸入 信 號 P的 執(zhí) 行 精 度 。 2021-5-2 53 解 決 措 施 在 調(diào) 節(jié) 閥 上 加 裝 閥門 定 位 器 ， 引 入 閥 桿 位移 負(fù) 反 饋 。 使 閥 桿 能 按輸 入 信 號 精 確 地 確 定 自己 的 開

46、度 。 2021-5-2 54 電 /氣 閥 門 定 位 器 實 際 應(yīng) 用 中 ， 常 把 電 /氣 轉(zhuǎn) 換 器 和 閥 門 定 位 器 結(jié)合 成 一 體 ， 組 成 電 /氣 閥 門 定 位 器 。 I杠 桿 上 端 右 移 擋 板 靠 近 噴 嘴 P壓 力 閥 桿 下 移 反 饋 凸 輪右 轉(zhuǎn) 反 饋 彈 簧 右 拉 杠 桿 平 衡 2021-5-2 55 DDZ儀 表 的 發(fā) 展 簡 史3.2.1 比 例 積 分 微 分 調(diào) 節(jié) 規(guī) 律理 想 PID的 增 量 式 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) 式 ： dttdeTdtteTteKtu DIc )()(1)()()(tu 為 調(diào) 節(jié) 器 輸 出 的

47、增 量 值 ， )(te 為 被 控 參 數(shù) 與 給 定 值 之 差 。 sTsTKsE sUsG DIcc 11)( )()(寫 成 傳 遞 函 數(shù) 形 式 ：第 一 項 為 比 例 （ P） 部 分 ， 第 二 項 為 積 分 （ I） 部 分 ， 第 三 項 為 微 分 （ D） 部 分 ；cK 為 調(diào) 節(jié) 器 的 比 例 增 益 ， IT 為 積 分 時 間 （ 以 s或 min為 單 位 ） ， DT 為 微 分 時 間 （ 也 以 s或 min為 單 位 ） 。 2021-5-2 56 1 比 例 調(diào) 節(jié) 規(guī) 律比 例 控 制 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) 式 ： ( ) ( )cu t K e

48、 t )(tu 為 調(diào) 節(jié) 器 輸 出 的 增 量 值 ， )(te 為 被 控 參 數(shù) 與 給 定 值 之 差 。 純 比 例 調(diào) 節(jié) 器 的 階 躍 響 應(yīng) 特 性 2021-5-2 57 浮 球 為 水 位 傳 感 器 ， 杠 桿 為 控 制 器 ， 活 塞 閥 為執(zhí) 行 器 。 如 果 某 時 刻 Q2加 大 ， 造 成 水 位 下 降 ， 則 浮球 帶 動 活 塞 提 高 ， 使 Q1加 大 才 能 阻 止 水 位 下 降 。epba = ebap Cy K e 如 果 e = 0， 則 活 塞無 法 提 高 ， Q1 無 法 加大 ， 調(diào) 節(jié) 無 法 進(jìn) 行 。 例 ： 自 力 式

49、 液 位 比 例 控 制 系 統(tǒng) ： 2021-5-2 58 比 例 控 制 過 程 Q2h tepQ 1 tttt 原 來 系 統(tǒng) 處 于 平 衡 ，進(jìn) 水 量 與 出 水 量 相 等 ， 此時 進(jìn) 水 閥 有 一 開 度 。 t=0時 ， 出 水 量 階 躍 增加 ， 引 起 液 位 下 降 ， 浮 球下 移 帶 動 進(jìn) 水 閥 開 大 。 當(dāng) 進(jìn) 水 量 增 加 到 與 出水 量 相 等 時 ， 系 統(tǒng) 重 新 平衡 ， 液 位 也 不 再 變 化 。 2021-5-2 59 v 比 例 控 制 的 特 點q 控 制 及 時 、 適 當(dāng) 。 只 要 有 偏 差 ， 輸 出 立 刻 成 比

50、例 地 變 化 ， 偏 差 越 大 ， 輸 出 的 控 制 作 用 越 強 。q 控 制 結(jié) 果 存 在 靜 差 。 因 為 ， 如 果 被 調(diào) 量 偏 差 為零 ， 調(diào) 節(jié) 器 的 輸 出 也 就 為 零 u = KC e即 調(diào) 節(jié) 作 用 是 以 偏 差 存 在 為 前 提 條 件 ， 不 可 能做 到 無 靜 差 調(diào) 節(jié) 。 2021-5-2 60 在 實 際 的 比 例 控 制 器 中 ， 習(xí) 慣 上 使 用 比 例 度 來 表示 比 例 控 制 作 用 的 強 弱 。 所 謂 比 例 度 就 是 指 控 制 器 輸 入 偏 差 的 相 對 變 化值 與 相 應(yīng) 的 輸 出 相 對 變

51、 化 值 之 比 ， 用 百 分 數(shù) 表 示 。 max min max mine u( / ) 100%e e u u 式 中 e為 輸 入 偏 差 ； u為 控 制 器 輸 出 的 變 化 量 ；（ emax - emin） 為 輸 入 的 最 大 變 化 量 ,及 輸 入 量 程 ；（ umax umin） 為 輸 出 的 最 大 變 化 量 ， 即 控 制 器 的 輸出 量 程 。 2021-5-2 61 如 果 控 制 器 輸 入 、 輸 出 量 程 相 等 ， 則 : 比 例 度 : Ce 1100% 100%u K max min max mine u( / ) 100%e e

52、u u u ee r emaxeminuminumax 比 例 度 除 了 表示 控 制 器 輸 入 和 輸出 之 間 的 增 益 外 ，還 表 明 比 例 作 用 的有 效 區(qū) 間 。 2021-5-2 62 比 例 帶 的 物 理 意 義 ：使 控 制 器 輸 出 變 化 100%時 ， 所 對 應(yīng) 的 偏 差 變化 相 對 量 。 如 =50%表 明 ： 控 制 器 輸 入 偏 差變 化 50% ， 就 可 使 控制 器 輸 出 變 化 100%，若 輸 入 偏 差 變 化 超 過此 量 ， 則 控 制 器 輸 出飽 和 ， 不 再 符 合 比 例關(guān) 系 。u uu r0100%50%

53、umaxumin =50% =100% 2021-5-2 63 例 某 比 例 控 制 器 ， 溫 度 控 制 范 圍 為 400 800 ，輸 出 信 號 范 圍 是 4 20mA。 當(dāng) 指 示 指 針 從 600 變到 700 時 ， 控 制 器 相 應(yīng) 的 輸 出 從 8mA變 為 16mA。求 設(shè) 定 的 比 例 度 。 700 600 16 8800 400 20 4/ 100% 解 max maxe ue u/ 100% 50%答 溫 度 的 偏 差 在 輸 入 量 程 的 50 區(qū) 間 內(nèi)（ 即 200 ） 時 ， e和 u是 2倍 的 關(guān) 系 。u/mA e/ e420 800

54、400 =50% 2021-5-2 64 2 比 例 積 分 控 制 （ PI） 當(dāng) 要 求 控 制 結(jié) 果 無 余 差 時 ， 就 需 要 在 比 例 控 制的 基 礎(chǔ) 上 ， 加 積 分 控 制 作 用 。（ 1） 積 分 控 制 （ I） 輸 出 變 化 量 u(t)與 輸 入 偏 差 e的 積 分 成 正 比 01u(t) tI edtT 當(dāng) e是 幅 值 為 E的 階 躍 時01 Eu(t) etI Idt tT T TI 積 分 時 間 e E ttu 2021-5-2 65q 積 分 作 用 具 有 保 持 功 能 ，故 積 分 控 制 可 以 消 除 余 差 。q 積 分 輸

55、出 信 號 隨 著 時 間 逐漸 增 強 ， 控 制 動 作 緩 慢 ， 故 積分 作 用 不 單 獨 使 用 。 v 積 分 控 制 的 特 點當(dāng) 有 偏 差 存 在 時 ， 積 分 輸 出 將 隨 時 間 增 長 （ 或減 小 ） ； 當(dāng) 偏 差 消 失 時 ， 輸 出 能 保 持 在 某 一 值 上 。e E t tu 2021-5-2 66 若 將 比 例 與 積 分 組 合 起 來 ， 既 能 控 制 及 時 ， 又能 消 除 余 差 。 （ 2） 比 例 積 分 控 制 （ PI）sTK sTKsG IIICC 11 11)( 比 例 積 分 調(diào) 節(jié) 器 的 階 躍 響 應(yīng) 特 性

56、 稱 為 PI調(diào) 節(jié) 器 的 積 分 增 益 ， 它 定 義為 ： 在 階 躍 信 號 輸 入 下 ， 其 輸 出 的 最大 值 與 純 比 例 作 用 時 產(chǎn) 生 的 輸 出 變 化之 比 。 IK 2021-5-2 67 3 比 例 微 分 控 制 （ PD） 對 于 慣 性 較 大 的 對 象 ， 常 常 希 望 能 加 快 控 制 速度 ， 此 時 可 增 加 微 分 作 用 。u(t) D deT dt式 中 ： TD 微 分 時 間 dtde 偏 差 變 化 速 度 理 想 微 分（ 1） 微 分 控 制 （ D） eE ttu 2021-5-2 68 q 微 分 作 用 能 超

57、前 控 制 。在 偏 差 出 現(xiàn) 或 變 化 的 瞬 間 ，微 分 立 即 產(chǎn) 生 強 烈 的 調(diào) 節(jié) 作用 ， 使 偏 差 盡 快 地 消 除 于 萌芽 狀 態(tài) 之 中 。q 微 分 對 靜 態(tài) 偏 差 毫 無 控 制 能 力 。 當(dāng) 偏 差 存 在 ，但 不 變 化 時 ， 微 分 輸 出 為 零 ， 因 此 不 能 單 獨 使 用 。必 須 和 P或 PI結(jié) 合 ， 組 成 PD控 制 或 PID控 制 。v 微 分 控 制 的 特 點 eE ttu 2021-5-2 69 （ 2） 比 例 微 分 控 制 （ PD） 理 想 的 比 例 微 分 控 制 理 想 微 分 作 用 持 續(xù)

58、時 間 太 短 ，執(zhí) 行 器 來 不 及 響 應(yīng) 。 一 般 使 用 實際 的 比 例 微 分 作 用 。 sKT sTKsG DDDCC 11)( DK 稱 為 PD調(diào) 節(jié) 器 的 微 分 增 益 ， 它 定 義 為 ：在 階 躍 信 號 輸 入 下 ， 其 輸 出 的 最 大 跳 變值 與 純 比 例 作 用 時 產(chǎn) 生 的 輸 出 變 化 之 比 。 2021-5-2 70q將 比 例 、 積 分 、 微 分 三 種 控 制 規(guī) 律 結(jié) 合 在 一 起 ，只 要 三 項 作 用 的 強 度 配 合 適 當(dāng) ， 既 能 快 速 調(diào) 節(jié) ， 又能 消 除 余 差 ， 可 得 到 滿 意 的

59、控 制 效 果 。 4 比 例 積 分 微 分 控 制 （ PID） sKTsTK sTsTKsG DDII DICC 11 11)( 2021-5-2 71 q PID控 制 作 用 中 ，比 例 作 用 是 基 礎(chǔ) 控 制 ；微 分 作 用 是 用 于 加 快 系統(tǒng) 控 制 速 度 ； 積 分 作 用是 用 于 消 除 靜 差 。3.2.2 DDZ- 型 基 型 調(diào) 節(jié) 器 模 擬 式 控 制 器 用 模 擬 電 路 實 現(xiàn) 控 制 功 能 。 其 發(fā) 展經(jīng) 歷 了 型 （ 用 電 子 管 ） 、 型 （ 用 晶 體 管 ） 和 型 （ 用 集 成 電 路 ） 。 PID調(diào) 節(jié) 器 的 階

60、 躍 響 應(yīng) 特 性 722021-5-2 1 DDZ- 型 儀 表 的 特 點 及 外 形特 點 ：測 量 信 號 ： 1 5V.DC； 外 給 定 信 號 ： 4 20mA.DC；內(nèi) 給 定 信 號 ： 1 5V.DC； 測 量 與 給 定 信 號 的 指 示 精 度 ： 1 ；輸 入 阻 抗 影 響 ： 滿 刻 度 的 0.1 ； 輸 出 保 持 特 性 ： 0.1 （ 每 小 時 ） ；輸 出 信 號 ： 4 20mA.DC； 調(diào) 節(jié) 精 度 ： 0.5 ；負(fù) 載 電 阻 ： 250 750。 732021-5-2 1-雙 針 垂 直 指 示 器2-外 給 定 指 示 燈3-內(nèi) 給 定

61、 設(shè) 定 輪4-自 動軟 手 動硬 手 動 切 換 開 關(guān)5-硬 手 動 操 作 桿6-輸 出 指 示 器7-軟 手 動 操 作 板 鍵 742021-5-2 DDZ- 基 型 調(diào) 節(jié) 器 由 控 制 單 元 和 指 示 單 元 組 成 。 控 制 單 元 包 括 輸入 電 路 、 PD與 PI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 。 全 刻 度 指 示 調(diào) 節(jié) 器 的 構(gòu) 成 框 圖 2 全 刻 度 指 示 調(diào) 節(jié) 器 的 構(gòu) 成 原 理 752021-5-2

62、全 刻 度 指 示 調(diào) 節(jié) 器 的 線 路 實 例 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制3、 整 機 傳 遞 函 數(shù) 調(diào) 節(jié) 器 PID電 路 傳 遞 函 數(shù) 方 框 圖 2 dddK sT sTn 11 sTK sTCC iiiMI 11 11Ui Us Uo3其 傳 遞 函 數(shù) 為 這 三 個 電 路 的 傳 遞 函 數(shù) 的 乘 積 。 化 簡 后 可 得 ： sKTsTK sTsTTTKsG ddii diidcc 11 11)( 過 程 控 制過 程 控 制過 程 控 制FTTFTT FKKTTF ddii ccid * *1 sKTsTK sTsTKsG ddii dicc 1

63、1 11)( *帶 *的 量 為 調(diào) 節(jié) 器 參 數(shù) 的 實 際 值 ， 不 帶 *的 為 參 數(shù) 的 刻 度 值 。F稱 為 相 互 干 擾 系 數(shù) 。 782021-5-2 1. 智 能 電 動 執(zhí) 行 器 的 特 點 與 常 規(guī) 電 動 執(zhí) 行 器 相 比 ,智 能 電 動 執(zhí) 行 器 有 如 下 特 點 ： 1） 具 有 智 能 化 和 高 精 度 的 控 制 功 能 。 可 直 接 接 收 變 送 器 信 號 ， 按設(shè) 定 值 自 動 進(jìn) 行 PID調(diào) 節(jié) ， 控 制 流 量 、 壓 力 和 溫 度 等 過 程 變 量 。 通 過 組 態(tài)可 按 折 線 形 成 多 種 形 狀 的 非

64、 線 性 流 量 特 性 ， 實 現(xiàn) 對 過 程 非 線 性 特 性 的 補 償 ，以 提 高 系 統(tǒng) 的 控 制 精 度 ， 同 時 也 擺 脫 了 長 期 以 來 依 靠 改 變 閥 芯 形 狀 來 改 變流 量 特 性 的 落 后 狀 況 ；2) 一 體 化 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 思 想 。 將 位 置 控 制 器 、 PID控 制 器 、 伺 服 放 大器 、 電 -氣 轉(zhuǎn) 換 器 、 閥 位 變 送 器 等 裝 在 一 臺 現(xiàn) 場 儀 表 中 ， 減 少 了 信 號 傳 輸中 的 泄 漏 和 干 擾 等 因 素 對 系 統(tǒng) 控 制 精 度 的 影 響 ； 還 采 用 電 制 動 和 斷

65、 續(xù) 調(diào) 節(jié)技 術(shù) 代 替 機 械 摩 擦 制 動 技 術(shù) ， 以 提 高 整 機 的 可 靠 性 ； 3) 具 有 智 能 化 的 通 信 功 能 。 與 上 位 機 或 控 制 系 統(tǒng) 之 間 可 通 過 現(xiàn) 場總 線 按 規(guī) 定 的 通 信 協(xié) 議 進(jìn) 行 雙 向 數(shù) 字 通 信 ， 并 構(gòu) 成 所 需 要 的 控 制 系 統(tǒng) ， 這 是 智 能 執(zhí) 行 器 與 常 規(guī) 電 動 執(zhí) 行 器 的 重 要 區(qū) 別 之 一 。 3.4.4智 能 式 電 動 執(zhí) 行 器 792021-5-2 4) 具 有 智 能 化 的 自 診 斷 與 保 護(hù) 功 能 。 當(dāng) 電 源 、 氣 動 部 件 、機

66、械 部 件 、 控 制 信 號 、 通 信 或 其 它 方 面 出 現(xiàn) 故 障 時 ， 均 能迅 速 識 別 并 能 有 效 采 取 保 護(hù) 措 施 ， 確 保 控 制 系 統(tǒng) 及 生 產(chǎn) 過程 的 安 全 。 5） 具 有 靈 活 的 組 態(tài) 功 能 ， “ 一 機 多 用 ” ， 提 高 了 經(jīng) 濟(jì) 效益 。 例 如 ， 對 于 輸 入 信 號 ， 可 通 過 軟 件 組 態(tài) 來 選 擇 合 適 的信 號 源 ； 對 于 執(zhí) 行 器 的 運 行 速 度 和 行 程 ， 也 可 通 過 組 態(tài) 軟件 進(jìn) 行 任 意 設(shè) 置 ， 所 有 這 些 都 無 需 更 換 硬 件 。 這 樣 一 來 ，只 要 用 少 量 類 型 的 智 能 執(zhí) 行 器 就 能 夠 滿 足 各 種 工 業(yè) 過 程 的不 同 需 求 ， 從 而 大 大 提 高 了 制 造 商 和 用 戶 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 802021-5-2 2. 智 能 電 動 執(zhí) 行 器 的 實 例 簡 介 美 國 Valtek公 司 生 產(chǎn) 的 STARPAC智 能 執(zhí) 行 器 812021-5-2 3.5 安 全 柵安 全 柵 （