PID调节器的电路实例-公开课件（讲义）.ppt

2.4 PID调节器的电路实例 Y X SH 自动化仪表与过程控制 2.4 PID调节器的电路实例 DDZ-Ⅲ型基型调节器，是指在它的基础之上，增加一些附加电路，便可使其功能大大扩展，以适应生产过程控制的要求。其应包括输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（硬手动和软手动）切换 电路、输出电路及指示电路等。 原理如图2-12所示。 1 电路 如图2-14所示。 2.4.1 输入电路 2 传递函数 而 V+≈V- 则 VO1 = -2（Vi- VS） （2-25） 3 电路的作用 （1）提高输入阻抗 ? 为使1～5V的测量信号的数值不受影响，调节器本身对Vi、VS都应有较大的输入阻抗，使它们不从信号源取用电流。 （2） 求偏差 Vi - VS进行相减运算，满足PID电路的要求。 （3） 将偏差放大两倍 为了提高调节器对偏差的灵敏度，对其后的运算有利，但过大易使运放饱和，这里只要求放大两倍。 （4） 消除传输线上压降的影响 DDZ-Ⅲ采用共同电源，在Vi的传输线上可能包括其它仪表的电流，导线电阻虽不大而其压降有时不可忽略。采用差动输入方式，避免误差。 （5） 进行电平转移 Vi、VS都是从零伏起算的电压信号，调节器是靠运放进行运算放大的，运放本身有一定的共模电压允许范围（2～19V）。为了使被运算的信号处在这个允许的范围之内，必须从零伏起算的信号改为从基准电压VB 起算，即进行电平转移。 设 Vs = 1～5V，VCM1 = VCM2 = 0～1V ,VB = 0 则 显然，由于超出允许范围，运放不能正常工作。 当 VB = 10V时 V+ = V- = 3.7～5.7V V 保证了输入电压在允许范围之内，能正常放大。 当 VB = 0时，VO1 = -2（Vi-VS）= -8～+8V 使后面PID的IC不能正常放大。 VB = 10时，输出为VO1= -2（Vi-VS） = 2～18V 使后面PID的运放也能工作于允许电压范围之内。 同时，当VB = 10V时，运放的运算关系不变。 2.4.2 PID运算电路 由PD和PI两个运算电路串联而成，如图所示。 1 PD电路 由A2组成PD电路，微分的作用可根据需要通过开关S8引入或切除。S8置“断”， A2蜕变为比例放大器，这时 式中 —— 比例增益 PD的传函，前已导出 （2-26） 这时不工作的微分电容被开关S8接在分压器上，使CD充上电压(n-1)/n·Vo1，这样开关S8，可随时切换到“通”，从而保证了无扰动切换。 这里，微分增益 = 2.42～585s 微分时间 比例增益 2 PI电路 由A3组成，开关K3为积分时间倍乘开关。 则 得 — 比例增益 Ti = mRICI — 积分时间 在效果上等于把RI增加m倍，加在RI上的信号幅度减小m倍，积分输出的最终极限幅度也将下降m倍，则 积分增益 A3后面的电阻、VD1、VT1构成射随器，是为了与其它单元配合，便于加输出限幅而设置的。 m =1时 m =10时 Ti = 6.2～1500s Ki = 104 2.4.3 输出电路 如图2-16所示。其任务是将PID输出电压VO3 =1～5V变换为4～20mA的电流输出，并进行电平转移。 为使调节器的输出电流不随负载电阻大小的变化，须使输出电路具有良好的恒流特性。这里采用A4以强烈的电流负反馈来保证，同时在A4后面用VT1、VT2组成复合管，减轻A4负担，提高放大倍数，增进恒流特性，提高电流转换精度。 若 R3 = R4=10KΩ，R1 = R2 = 4R3 由V+≈V-得 则 而 这里是在忽略了If、IB的条件下得出的，忽略IB误差不大，但If一般不能忽略。 If占的6%以上，忽略它将会产生较大误差。为了提高转换精度应取R1≠R2，可以证明，当取 例，当I’O = 4 mA 时 R1 = 4（R3+ Rf） = 40.25KΩ时，可以精确获得关系：