控制仪表课后答案第1-2-3章部分

思考与练习题参考答案

第1章 模拟式控制器

思考与练习题

(1)工业上常用控制器的控制规律有哪几种？

答：工程上常用的控制器的控制规律有比例（P ）、比例积分（PI ）、比例微分（PD ）以及比例积分微分（PID ）四种，由此产生相应的四种常用控制器。

(2)在模拟控制器中，一般采用什方式实现各种控制规律？

答：可以用负反馈放大器来实现。其原理组成如图3.1所示。

εK U ε=0

FU U f =O

根据上述三个关系式可求得输出与输入的关系为：

FK K U U i +=10

当放大器的放大倍数足够大时， FK>>1, 则上式分母中的1可忽略不计，上式可近似表示为：

'

01K F U U i =≈

这就是说，只要放大器的放大倍数足够大，那么在引入负反馈构成闭环后，其闭环放大倍数K ′就只与反馈系数F 有关。而反馈系数就是前面分析的分压系数，这样就实现了比例控制规律。由于闭环放大倍数K ′与反馈系数F 成倒数关系，即后者衰减，前者放大，或者是，后者为除的关系，则前者就是乘的关系。换句话说，两者之间互成逆运算关系。由此得到了启发，若要闭环放大器起积分运算作用，它的反馈电路应是微分运算电路。反之，要得到微分运算关系的放大电路，其反馈电路应该用积分电路。

(3) 试述DDZ —Ⅲ型控制器的功能。

答： DDZ —Ⅲ型控制器的作用是将变器送来的1～5VDC 测量信号与1～5VDC 给定信号进行比较得到偏差信号，然后再将其偏差信号进行PI D 运算，输出4～20mADC 信号，最后通过执行器，实现对过程参数的自动控制。

一台DDZ —Ⅲ型工业控制器除能实现PID 运算外，还具有如下功能，以适应生产过程自动控制的需要。

①获得偏差并显示其大小

②显示控制器的输出

③提供内给定信号并能进行内外给定选择

④进行正/反作用选择

⑤进行手动操作，并具有良好的手动/自动双向切换性能

(4)基型控制器由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？

答：基型控制器由控制单元和指示单元两大部分组成。控制单元包括输入电路、比例微分（PD ）电路与比例积分（PI ）电路、软手动与硬手动操作电路和输出电路等，指示电路包括测量信号指示电路和给定信号指示电路。

输入电路的主要作用是将测量信号与给定信号相减，获得偏差信号。并将两个以零伏为基准的输入电压转换成了以电平V B =10V 为基准的偏差电压输出，从

而实现了信号的电平移动，使运算放大器的输入端电压进入其共模电压范围内。

比例微分运算电路的作用是接受由输入电路送来的以10V 电平为基准的输出信号对它进行比例微分运算，再经比例放大的后输出，送给比例积分电路。

比例积分运算电路主要是给控制器的控制规律引入积分作用。

手动操作是由手动操作电路实现的。

输出电路其作用是将比例积分电路送来的以10V为基准的1～5VDC电压信号转换成以0V为基准的4～20mADC输出电流送给执行机构。

指示电路的作用是将以零伏为基准的4～20mADC转换成以V

B

=10V为基准的1～5mADC的输出电流信号，用电流表加以指示

（5）DDZ—Ⅲ型控制器的输入电路为什么要采用差动输入方式？为什么要进行电平移动？

答：采用差动输入方式，使引线电阻R

CN 上的压降V

CM

以共模电压形式加入输

入电路，由于输入电路对共模电压信号有很强的抑制作用，使VCM不致引起误

差。输出电压V

01与引线电阻上的附加压降V

CM1

、V

CM2

无关，因而消除了它们对输

出电压V

01

的影响。

在输入电路中进行电平移动，将偏差电平抬高到+10V的基准上，这样在同样

条件下，运算放大器的输入端电压数值就在共模电压范围要求之内，输入电路就能正常工作了。输入电路将两个以零伏为基准的输入电压转换成了以电平

V

B

=10V为基准的偏差电压输出，从而实现了信号的电平移动，使运算放大器的输入端电压进入其共模电压范围内。

（6）DDZ—Ⅲ型控制器有哪几种工作状态？什么是软手动状态和硬手动状态？

答： DDZ—Ⅲ型控制器有自动（A）、软手动（M）和硬手动（H）三种工作状态，软手动操作又称速度式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成积分关系而变化。硬手动操作又称比例式手操，是指控制器的输出电流随手动输入电压成比例关系而变化。

（7）什么是控制器的无扰动切换？DDZ—Ⅲ型控制器如何实现“手动/自动”无扰动切换？为什么从软手动方式向硬手动方式切换需要事先平衡？

答：所谓无扰动切换是指在切换时控制器的输出不发生变化，对生产过程无扰动。

Ⅲ型控制器由自动或硬手动向软手动的切换（A·H→M）以及由软手动或硬手动向自动的切换(M·H→A)均为无平衡无扰动的切换方式。所谓无平衡切换，是指在自动、手动切换时，不需要事先调平衡，可以随时切换至所需要位置。

①当从任何一种操作状态切换到软手动操作时，运算放大器IC

３

的反向端为

浮空状态，Ｖ

03

都能保持切换前的值，所以，凡是向软手动（M方式）方向的切换，均为无平衡无扰动的切换。

②控制器处于软手动（M方式），或硬手动（H方式）时，电容C

I

两端电压

值等于V

02，而且C

I

的一端与V

Ｂ

相连，在从手动向自动切换的前后是等电位的，

在切换瞬间，CI没有放电现象，V

03

不会突变，控制器的输出信号也不会突变。

所以，凡是向自动（A方式）的切换也均为无平衡无扰动的切换。

凡是向硬手动方向的切换，从自动到硬手动或从软手动到硬手动（A、M→H），均为有平衡的无扰动切换。即要做到无扰动切换，必须事先平衡。因为硬手动

操作拨盘的刻度（即V

H

值），不一定与控制器的输出电流相对应，因此在由其它方式向硬手操方式切换前，应拨动硬手动拨盘（即调WH电位器），使它的刻度与控制器的输出电流相对应，才能保证切换时不发生扰动。

第2章变送器

思考与练习题

（1）变送器主要包括哪些仪表？各有何用途？

答：变送器主要包括压力变送器、差压变送器、流量变送器、液位变送器、温度变送器等；各自将被测工艺参数，如压力、差压、流量、液位、温度等物理量转换成相应的统一标准信号，并传送到指示记录仪、运算器和控制器，供显示、记录、运算、控制、报警等。

（2）变送器是基于什么原理构成的？如何使输入信号与输出信号之间呈线性关系？

答：变送器都是基于负反馈的原理来工作的；保证放大器的放大系数和反馈系数为常数可使输入信号与输出信号之间呈线性关系。

（3）何谓零点迁移？为什么要进行零点迁移？零点迁移有几种？

答：使变送器输出信号的下限值y

min 与测量范围的下限值x

min

相对应,即在x

min

≠0时，使Y=y

min

的调整，为零点迁移；零点迁移是为了保证变送器的在不同的输入范围时其输出仍是标准信号；零点迁移有正迁移和负迁移。

（4）何谓量程调整和零点调整？

答：量程调整是使变送器输出信号的上限值y

max 与测量范围的上限值x

max

相对

应。零点调整是使变送器输出信号的下限值y

min 与测量范围的下限值x

min

相对应,

即在x

min =0时，使Y=y

min

。

（5）电容式、扩散硅式、电感式、振弦式差压变送器与矢量机构式差压变送器相比有什么优点？