调节器

进水
T1
T2
出水 2
2 1
J1
J2
220V
温度三位控制效果：温度偏差大时，升温速度 快；温度偏差小时，小幅调整。
y t T T2 T1
要使调节过程平稳准确，必须使用输出值能连 续变化的调节器。
t
3.1.3 比例控制（P）
控制器输出y（t）和偏差信号e（t）成比例关系
y(t) = K p e(t)
色谱分析原理
被测气体在载气携带下按一定方向通过色谱 柱，各成分与吸附剂作用，吸附作用强的成 分脱附慢，吸附作用弱的成分脱附快，则各 成分由于通过色谱柱速度不同而分开，时间 上先后依次通过色谱柱，逐个进入检测器接 受测定与分析 移动相是液态的称为液相色谱，移动相是气 态的称为气相色谱。
碳 酸 钙 吸 附 剂
调节器
调节器又称控制器或控制仪表。其作用是把被 控变量的测量值和给定值进行比较，得出偏差后， 按一定的调节规律进行运算，输出控制信号，以推 动执行器动作，对生产过程进行自动调节。
调节系统
电动单元组合式仪表构成的调节系统
DDZ－Ⅲ电动调节器
DDZ-S单回路调节器
YS80单回路调节器
YS100单回路调节器
y y ymax
ymax e
ymin
理想的双位控制特性
e
ymin
有中间区的双位控制特性
例1：温度双位控制系统 温度低于给定值时，温控器输出高电平，继电 器吸合，加热器通电加热；温度高于给定值时，温 控器输出低电平，继电器断开，加热器断电。
进水
出水 ～ 220V
二位式控制器电路原理框图：
∞ ＋ U0
t
工业常见系统积分常数的参考范围
温度控制系统——3~10min 压力控制系统——0.4~3min 流量控制系统——0.1~1min 液位控制系统——一般不用积分作用
3.1.5 比例微分控制（PD） 对于惯性较大的对象，常常希望能加快控制速 度，此时可增加微分作用。 （1） 微分控制（D）
工业常见系统比例度的参考范围
温度控制系统——20%~60% 压力控制系统——30%~70% 流量控制系统——40%~100% 液位控制系统——20%~80%
3.1.4 比例积分控制（PI）
当要求控制结果无余差时，就需要在比例控制 的基础上，加积分控制作用。 （1） 积分控制（I）
e
E
y
t
t
（2） 比例积分控制（PI）
若将比例与积分组合起来，既能控制及时，又能消 除余差 。
e
1 y (t ) = K P (e(t ) TI
0 e(t )dt)
y
t
E t
1 Y ( S ) = K P (1 ) E (S ) TI S
4KPE 3KPE 2KPE KPE
0
TI 2TI 3TI
（2）比例微分控制（PD） 理想的比例微分控制
A
e
t
de (t ) y (t ) = K P (e(t ) TD ) dt
y
Y (S ) = K P (1 TD S ) E (S )
理想微分作用持续时间 太短，执行器来不及响应。 一般使用实际的比例微分。
y
t
t
实际比例微分
TD dy(t ) de(t ) y(t ) = K P (e(t ) TD ) K D dt dt
e
PID控制作用中， 比例作用是基础控制； 微分作用是用于加快系 统控制速度；积分作用 是用于消除静差。
t y
t
比例作用始终为基本分量，微分在开始阶段有很 大输出，具超前作用，然后消失，积分作用则在开 始时作用不明显，然后逐渐增大，起主要控制作用， 直至余差消失为止。
一、断续控制——控制器输出接点信号，如双 位控制、多位控制。
二、连续控制——控制器输出连续信号，如比 例 (proportional) 控制、比例积分 (integral) 控制、 比例微分(derivative)控制、比例积分微分控制， 以及其它先进控制方法。
3.1.1 双位控制 只有两个输出值，相应的执行机构只有开和关两个 极限位置，因此又称开关控制。 理想的双位控制器输出 y 与输入偏差 e 之间的 ymax e > 0 （或e < 0）时 关系为： y = ymin e < 0 （或e > 0）时
3.1 常用调节规律
调节规律：调节器的输出信号与输入偏差信号之间 的关系。
y = f (e)
控制器的输入信号是变送器送来的测量信号和内部人 工设定的或外部输入的设定信号。设定信号和测量信号经 比较环节比较后得到偏差信号 e ，它是设定值信号 r 与测 量信号 x 之差。
e=r–x
或
e=x-r
常用调节规律有断续控制和连续控制两类：
ymax y
e1 ymin
三位控制器电路原理框图：
e2 e
－ 给定1 测量信号 给定2 ∞ ＋ U01
＋
－
＋
∞
＋ U02
例2：温度三位控制系统 温度低于T1时，温控器使继电器1、2都吸合， 加热器1、2都通电加热；温度高于T1低于T2时，温 控器使继电器1吸合、继电器2断开，只有加热器1通 电；温度高于T2时，继电器1、2都断开。
如果控制器输入、输出量程相等，则:
y ymax
e 1 P = 100% = 100% y KC
ymin xmin xr xmax
比例度除了表 示控制器输入和输 出之间的增益外， x 还表明比例作用的 有效区间。
比例度P的物理意义： 使控制器输出变化 100% 时，所对应的偏差变 化相对量。如P=50%表明： 控制器输入偏差 y 变化50% ，就可使控 100% P=50% 制器输出变化100%， 若输入偏差变化超过 50% P=100% 此量，则控制器输出 饱和，不再符合比例 0 x 关系。 xmin xr xmax
de 理想微分 y = TD dt
式中：TD — 微分时间
e
E
t y
de — 偏差变化速度 dt
t


微分控制的特点
微分作用能超前控制，
e
E
t
提高稳定性和快速性。在偏 差出现或变化的瞬间，微分
y
立即产生强烈的调节作用，
使偏差尽快地消除于萌芽。
t
微分对静态偏差毫无控制能力。当偏差存在，
但不变化时，微分输出为零，因此不能单独使用。 必须和P或PI结合，组成PD控制或PID控制。
e y P=( / ) 100% x max x min ymax ymin
式中e为输入偏差；y为控制器输出的变化量； （xmax - xmin）为测量输入的最大变化量，即控制器 的输入量程；（ymax –ymin）为输出的最大变化量， 即控制器的输出量程。
比例度:
e y P=( / ) 100% x max x min ymax ymin
实用的气相色谱仪由色谱柱、检测器及载气、
采样等辅助装置组成。
色谱柱
一般的色谱柱，是在直径约3~6mm、长约1～ 4m 的玻璃或金属细管中，填装固体吸附剂颗粒构 成。称为固定相。常用的固体吸附剂有氧化铝、硅 胶、活性炭、分子筛等。 用氢、氮、空气等 作“载气”，运载被分 析样气通过固定相。载 气和被分析样气称为移 动相。
1
KPKDA KPA
y
T
t
3.1.6 比例积分微分控制（PID）
1 y(t ) = K P (e(t ) TI
de(t ) 0 e(t )dt TD dt )
t
1 Y ( S ) = K P (1 TD S ) E ( S ) TI S
将比例、积分、微分三种控制规律结合在一起， 只要三项作用的强度配合适当，既能快速调节，又 能消除余差，可得到满意的控制效果。
氢火焰电离检测器
主要内容
绪论 检测仪表 调节器 执行器和防爆栅 调节对象的特性及实验测定 单回路调节系统设计及调节器参数整定 复杂调节系统
调节器主要内容
常用调节规律 PID运算电路 PID调节器的线路实例 PID数字控制算法 可编程逻辑控制器（PLC）简介 先进过程控制策略
测量信号 给定信号
－ ＋
是一种最简单的调节器，根据被调量偏差符 号的正、负，输出只有两个位置，高电平或低电 平，可以当一个电子开关用。
理想双位控制效果：
y t T T0 t
有中间区的双位控制效果：
y
T
T0
t
t
被控温度在T0 上下振荡，无法稳定。
3.1.2 三位控制 控制器有三个输出位值，可以控制两个继电器。
t e t p t ∆Q1 t


比例控制的特点
控制及时。只要有偏差，输出立刻成比例地变
化，偏差越大，输出的控制作用越强。
增大KP ，会使系统的稳定性和动态性能变差，
但可相应地减小余差，提高静态精度。
控制结果存在静差。因为，如果被调量偏差为零， 调节器的输出也就为零 y = KP e
以偏差存在为前提条件，不能做到无静差调节。
分离过程
设样气中有A、B、C三种不同的成分。 从色谱柱分离 原理可知，被分析的 样气应当是脉冲式输 入，在载气的推动下 通过色谱柱。在流动 的过程中，吸附性小 的成分前进速度快， C、B、A各组分依 次从色谱柱流出。
样气中A、B、C三种不同的成分，经色谱柱分离 后，依次进入检测器。检测器输出随时间变化的曲 线称为色谱流出曲线或色谱图， 色谱图上 三个峰的面积 （或高度）分 别代表相应组 分在样品中的 浓度大小。
y (t ) = K P A K P A( K D 1)e
当t=T=TD/KD
K Dt TD