过程控制仪表课后答案第3章

思考与练习题参考答案

第3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。

图3.1(b)负反馈放大电路方框图

由图可知：

f i U U -=ε

K 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：

'0

1K 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V01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V01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IC３的反向端为浮空状态，Ｖ03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V02，而且C I的一端与VＢ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，V03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。