第4章_模拟式调节器.ppt

2. 省去P放大器的PID运算电路 如下图所示，将比例放大器与 PD合并，信号只经过一次反向，因此VO和Vi极性相反。DDZ-Ш型调节器的PID运算电路就是这种结构。 由PD和PI串联得到的PID运算电路优点是可以是测量值微分先行的调节器，测量值经过微分后再与给定值比较，差值送入积分电路。由于给定值不经过微分，在改变给定时，调节器输出不会发生大的突变，避免给定值对系统大扰动。 串联构成的运算电路的另一个优点是F较小。 缺点是各级误差积累放大，为保证整机精度，对各部分电路的精度要求较高。 （二）由P， I和D并联组成的PID运算电路 其原理电路如图所示，由P，I和D三个运算电路并联连接，然后由加法器把他们的输出相加（即V0=V01+V02+V03 ），构成PID电路。 这种方式的特点： ①避免级间误差的积累放大，对保证整机精度有利； ②可消除参数TI，TD变化对整机实际整定参数（KP’，TD’，TI’）的影响； ③由于比例级与积分，微分电路并联，KP变化将使实际预调时间TD/KP和再调时间KPTI发生变化，即KP对TD’，TI’有影响。 （三）串联并联混合式PID运算电路 为了消除PID参数之间的相互干扰，可采用串联并联混合电路，如下图所示，PI和D并联后再与变比例级串联，其框图如下图所示。 § 4.2 基型PID调节器 PID，PI，PD和P调节器的组成基本相同，它们之间只是运 算电路部分不同，其中PID调节器是最完善的调节器。 PID调节器的组成原理 其框图如下图所示，由图可看出，调节器主要由输入电路， 运算电路和输出电路以及附加电路组成。 二. DDZ-Ш型调节器的原理和特性 它由集成运放芯片代替晶体管分立元件，使它相对于DDZ-Ⅱ型具有许多明显的优点： ①提高了调节器的性能指标； ②采用集成电路，大大提高了可靠性，降低了功耗； ③有软（积分）硬（比例）两种手动操作方式； ④易于功能扩展。 主要技术指标： ①输入，输出，给定信号范围；②PID参数整定范围；③精度（保持，跟踪，温度误差等）；④电源电压和负载阻抗。 （一）工作原理 Ⅰ.概貌 基型全刻度指示调节器原理图如下图所示。主要由6个运 放电路为核心，主电路IC1 ~IC4，指示电路IC5和IC6。 Ⅱ.电学分析 1.输入电路 它是一个(偏差)差动输入电平迁移电路，它将以0V为基准的1~5VDC测量信号与1~5V给定信号进行比较，将偏差信号放大2倍，以10V为基准电压，送PD电路。其原理如图所示。 由于DDZ-Ш电动单元组合仪表采用24VDC集中供电，使电源回路和信号回路共线，在导线上产生附加电压引起误差，为此采用差动输入电路来消除它的影响，如下图所示。 输入信号Vi，VR与输出信号V01的关系分析： 设R1=R2=R3=R4=R5=R6=R；忽略Rcm1，Rcm2，只考虑Vcm1和Vcm2的影响；开关S7置于正作用位置；IC1为理想运放，它的输入阻抗为ri=∝,K0=∝，输出阻抗为r0=0 VF 同样可以求出：VT=（VR+Vcm1+Vcm2+VB）/3 ∵ K0=∝， VF － VT =0，则有V01=－2（Vi－VR） 由上式可以看出： ①由于采用差动电路，输出电压V01只与测量信号Vi和给定信号VR之差（偏差）成正比，比例系数为－ 2，与导线电阻电压降Vcm1和Vcm2无关； ②由于采用了电平移动，把以0V为基准的输入信号与给定信号转换为以电平VB为基准的输出信号。 ③电平移动可保证各运放的正常工作： 当VB =0时（电平不移动）有VT=（VR+Vcm1+Vcm2）/3 代入VR =1~5V， Vcm1 = Vcm2 =0~1V， VT = VF=0.33~2.33V 这样低的共模输入电压已超出运放的容许范围,例如在24VDC电源供电条件下,FC52高运放共模电压容许范围为2~19V,美国通用运放μA741,LM741共模电压容许范围约为1~23V。 当VB =10时（电平移动），在同样条件下，有 VT = VF=3.7~5.7V 这样运放可以正常工作。同样可以保证后续各级运放回路的共模电压在其容许范围之内。 2. PD电路 1）电路组成 PD电路原理图如图所示，在S处于通位置时，有无源RC比例微分电路与同相跟踪电路串联成有源PD运算电路。 同相跟踪电路反馈电压为输出电压的1/α，取V02/α反馈到反相端，当运放开环增益K02足够大时，有V02/VTB=