第六章控制器華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動化系6.1概述6.2根本控制規(guī)律6.3模擬式控制器6.4數(shù)字式控制器本章的主要內(nèi)容：6.1概述控制器是控制系統(tǒng)的中心。控制器的作用：控制執(zhí)行器，改動支配變量，使被控變量符合消費要求?？刂破髟陂]環(huán)控制系統(tǒng)中將檢測變送環(huán)節(jié)傳送過來的信息與被控變量的設(shè)定值比較后得到偏向，然后根據(jù)偏向按照一定的控制規(guī)律進展運算，最終輸出控制信號作用于執(zhí)行器上。按能源方式：控制器的分類控制器普通可按能源方式、信號類型和構(gòu)造方式進展分類。電動氣動開展較早，其特點是構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、價錢廉價，且在本質(zhì)上平安防爆，因此廣泛運用于石油、化工等有爆炸危險的場所。氣動控制儀表相對氣動控制儀表出現(xiàn)得較晚，但由于電動控制儀表在信號的傳輸、放大、變換處置，實現(xiàn)遠間隔監(jiān)視操作等方面比氣動儀表容易得多，并且容易與計算機等現(xiàn)代化信息技術(shù)工具聯(lián)用，因此電動控制儀表的開展極為迅速，運用極為廣泛。近年來，電動控制儀表普遍采取了平安火花防爆措施，處理了防爆問題，所以在易燃易爆的危險場所也能運用電動控制儀表。電動控制儀表目前采用的控制器以電動控制器占絕大多數(shù)。按信號類型：數(shù)字式模擬式傳輸信號通常是延續(xù)變化的模擬量，其線路較為簡單，操作方便，在過程控制中曾經(jīng)廣泛運用。模擬式控制儀表數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表的傳輸信號通常是斷續(xù)變化的數(shù)字量，以微型計算機為中心，其功能完善，性能優(yōu)越，可以處理模擬式儀表難以處理的問題。近二十年來數(shù)字式控制儀表不斷涌現(xiàn)新種類運用于過程控制中，以提高控制質(zhì)量。按構(gòu)造方式：基地式集散控制系統(tǒng)單元組合式組裝式將控制機構(gòu)與指示、記錄機構(gòu)組成一體，構(gòu)造簡單，但通用性差，運用不夠靈敏，普通僅用于一些簡單控制系統(tǒng)。基地式控制儀表將整套儀表劃分成能獨立實現(xiàn)某種功能的假設(shè)干單元，各個單元之間用一致規(guī)范信號聯(lián)絡(luò)。將各個單元進展不同的組合，可以構(gòu)成具有各種功能的控制系統(tǒng)，運用靈敏方便。目前運用較多的單元組合式控制器屬電動Ⅲ型，而在一些老安裝上電動Ⅱ型控制器還在運用，氣動單元控制器由于控制滯后太大曾經(jīng)很少運用。單元組合式控制儀表是在單元組合儀表的根底上開展起來的一種功能分別、構(gòu)造組件化的成套儀表安裝。組裝式控制儀表隨著計算機技術(shù)開展，出現(xiàn)了各種以微處置器為根底的控制器，在構(gòu)造、功能、可靠性等各個方面都使控制器進入一個新階段。近二十多年來出現(xiàn)了許多基于集散控制系統(tǒng)或者現(xiàn)場總線的控制器，它們除了控制功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，順應(yīng)信息社會大規(guī)模消費需求。集散控制系統(tǒng)6.2根本控制規(guī)律6.2.0根本概念6.2.1雙位控制6.2.2延續(xù)PID控制算法6.2.0根本概念過程控制普通是指延續(xù)控制系統(tǒng)，控制器的輸出隨時間的變化發(fā)生延續(xù)變化。不論是何種控制器，都有其根本的控制規(guī)律?？刂破鞯妮斎胄盘杄(t)：是丈量值y(t)與被控變量的設(shè)定值之差，即e(t)=y(t)-r(t)；控制器的輸出信號u(t)：是送往執(zhí)行機構(gòu)的控制命令?？刂埔?guī)律就是控制器的輸出信號u(t)隨輸入信號e(t)變化的規(guī)律?？刂埔?guī)律的定義：是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系。雙位控制〔開關(guān)控制〕：比例控制：積分控制：微分控制：根本控制規(guī)律：以蒸汽加熱反響釜為例：設(shè)反響溫度為85℃，反響過程是細微放熱的，還需求從外界補充一些熱量。發(fā)現(xiàn)溫度一低于85℃，就把蒸汽閥門全開，一高于85℃，就全關(guān)，這種做法稱雙位控制，閥門開度只需兩個位置，全開或全關(guān)。使供需不斷不平衡，溫度動搖不可防止，它是一個繼續(xù)振蕩過程。用雙位控制規(guī)律來控制反響器溫度，顯然控制質(zhì)量差。蒸汽加熱反響釜式中y是丈量值。假設(shè)在某一靜態(tài)，溫度為85℃，閥門開度是三圈。這樣調(diào)理：當(dāng)溫度高于85℃時，每高出5℃就關(guān)一圈閥門；當(dāng)?shù)陀?5℃時，每降低5℃就開一圈閥門。這樣，閥門的開啟度與偏向成比例關(guān)系，用數(shù)學(xué)公式表示那么為：蒸汽加熱反響釜比例控制規(guī)律模擬上述操作方式，控制器的輸出u(t)與偏向e(t)的對應(yīng)關(guān)系為：u(t)=u(0)+Kce(t)式中u(t)是比例控制器的輸出；u(0)是偏向e為零時的控制器輸出，e=y-r；Kc是控制器的比例放大倍數(shù)。比例控制的缺陷是在負荷變化時有余差。例如，在該例子中，假設(shè)工況有變動，閥門開三圈，就不再能使溫度堅持在85℃。比例操作方式會有余差存在。為了消除余差，人們這樣做：把閥門開啟數(shù)圈后，不斷察看丈量值，假設(shè)低于85℃，那么漸漸地繼續(xù)開大閥門；假設(shè)高于85℃，那么漸漸地把閥門關(guān)小，直到溫度回到85℃。這種方式的特點：是按偏向來決議閥門開啟或封鎖的速度，而不是直接決議閥門開啟的圈數(shù)?？刂破鬏敵龅淖兓俣扰c偏向成正比——這就是積分控制規(guī)律。由上式可看出，只需有偏向隨時間而存在，控制器輸出總是在不斷變化，直到偏向為零時，輸出才會穩(wěn)定在某一數(shù)值上。積分后得對于容量滯后較大的過程，當(dāng)出現(xiàn)偏向時，其數(shù)值已較大，對控制及消費不利。此時，人們察看偏向的變化速度即趨勢來開啟閥門的圈數(shù)，這樣可抑制偏向幅度，易于控制。這就是微分控制規(guī)律，控制器的輸出與偏向變化速度成正比。6.2.1雙位控制理想的雙位控制器輸出與輸入偏向之間的關(guān)系為：當(dāng)丈量值大于給定值時，控制器的輸出為最大〔或最小〕，當(dāng)丈量值小于給定值時，輸出值為最小〔或最大〕?？刂破髦恍鑳蓚€輸出值，相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)只需開和關(guān)兩個極限位置。為了降低控制機構(gòu)的開關(guān)頻率，延伸控制系統(tǒng)中運動部件的運用壽命。給雙位控制系統(tǒng)添加了中間區(qū)，當(dāng)偏向在中間區(qū)內(nèi)變化時，控制機構(gòu)不會動作。實踐的雙位控制特性6.2.2延續(xù)PID控制算法6.2.2.1比例控制(P)(1)比例控制規(guī)律輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系為式中：Kc——比例增益，衡量比例控制造用強弱的變量。比例增益Kc是控制器的輸出變量Δu(t)與輸入變量e(t)之比。Kc越大，在一樣偏向e(t)輸入下，輸出Δu(t)也越大?？刂破鞯妮敵鲎兓颗c輸入偏向成正比例，在時間上沒有滯后。比例增益——Kc衡量比例控制造用強弱的變量。在實踐中，習(xí)慣上運用比例度δ表示比例控制造用的強弱。階躍偏向作用下比例控制器的開環(huán)輸出特性比例控制規(guī)律的開環(huán)輸出特性：(2)比例度δ定義：控制器輸入的變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分數(shù)，表達式為其中：e為控制器輸入信號的變化量，即偏向信號；(Zmax-Zmin)為控制器輸入信號的變化范圍，即量程；Δu為控制器輸出信號的變化量，即控制命令；(umax-umin)為控制器輸出信號的變化范圍?？梢钥闯霰壤鹊脑敿毢x為：使控制器的輸出變化滿刻度時，相應(yīng)的控制器輸入變化量占輸入信號變化范圍的百分數(shù)。即要使輸出做全范圍變化，輸入信號必需改動全量程的百分之幾〔P107〕。比例度表示圖左圖是比例度的表示圖，當(dāng)比例度分別為50%、100%、200%時，只需偏向e的變化占輸入信號變化范圍的50%、100%、200%時，控制器的輸出就可以由最小umin變?yōu)樽畲髐max。比例度的定義式可改寫為C為控制器輸出信號的變化范圍與輸入信號的變化范圍之比，稱為儀表系數(shù)。對于單元組合儀表，有由前面得：所以結(jié)論：比例度δ與放大倍數(shù)Kc成反比。比例度δ越小，放大倍數(shù)Kc越大，它將偏向〔控制器輸入〕放大的才干越強，反之亦然。例題：一臺比例作用的溫度控制器，其溫度的變化范圍為400~800℃，控制器的輸出范圍是4~20mA。當(dāng)溫度從600℃變化到700℃時，控制器相應(yīng)的輸出從8mA變?yōu)?2mA，試求該控制器的比例度。這闡明在這個比例度下，溫度全范圍變化〔相當(dāng)于400℃〕時，控制器的輸出從最小變?yōu)樽畲?，在此區(qū)間內(nèi)，e和u是成比例的。解：(3)比例度δ對系統(tǒng)過渡過程的影響比例度對過渡過程的影響①在擾動〔如負荷〕及設(shè)定值變化時有余差存在。②比例度愈大，過渡過程曲線愈平穩(wěn)，余差也愈大。比例度愈小，過渡過程曲線振蕩愈厲害。當(dāng)比例度δ減小到某一數(shù)值時，系統(tǒng)會出現(xiàn)等幅振蕩，此時的比例度稱為臨界比例度δk。③假設(shè)δ較小，振蕩頻率提高，把被控變量拉回到設(shè)定值所需的時間就短。④最大偏向在兩類外作用下不一樣，在擾動作用下，δ越小，最大偏向越小；在設(shè)定作用下且系統(tǒng)處于衰減振蕩時，δ越小，最大偏向卻越大。由于最大偏向取決于余差和超調(diào)量。比例度對過渡過程的影響在擾動作用下，主要取決于余差，δ小那么余差小，所以最大偏向也??；在設(shè)定作用下，最大偏向取決于超調(diào)量，δ小那么超調(diào)量大，所以最大偏向就大。擾動作用設(shè)定作用選擇比例度δ的原那么：普通地，假設(shè)對象的滯后較小、時間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時，控制器的比例度δ要小，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反響快些，從而過渡過程的曲線較好。反之，比例度δ就要大，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。比例控制特點：是最根本、最主要、運用最普遍，它能迅速抑制擾動的影響，使系統(tǒng)很快穩(wěn)定。適用場所：擾動幅度較小、負荷變化不大、過程時滯較小或控制要求不高的場所。6.2.2.2比例積分控制(PI)(1)積分控制規(guī)律輸出△u(t)與輸入e(t)的關(guān)系為其中KI表示積分速度。輸出信號的大小不僅與偏向信號的大小有關(guān)，而且與偏向信號存在的時間長短有關(guān)。只需在偏向信號e等于零的情況下，控制器的輸出才干相對穩(wěn)定。因此，力圖消除余差是積分控制造用的重要特性。階躍偏向下的開環(huán)輸出特性階躍偏向下的開環(huán)輸出特性：在幅度為A的階躍偏向作用下，積分控制器的開環(huán)輸出特性為Δu(t)=KI∫e(t)dt=KIAt如右圖所示，這是一條斜率不變的直線，直到控制器的輸出到達最大值或最小值而無法再進展積分為止，輸出直線的斜率即輸出的變化速度正比于控制器的積分速度KI，即dΔu(t)/dt=KIA。積分作用的落后性積分作用的落后性：積分控制造用總是滯后于偏向的存在，所以在工業(yè)消費中很少單獨運用。經(jīng)常將比例作用和積分作用相結(jié)合組成比例積分控制造用來運用。(2)比例積分控制規(guī)律是比例作用和積分作用的合成，因此，輸出△u(t)與輸入e(t)的關(guān)系為其中：Kce(t)是比例項，〔Kc/TI〕∫t0e(t)dt是積分項，TI稱為積分時間，〔Kc/TI〕=KI。開環(huán)輸出特性：在幅度為A的階躍輸入下，比例輸出立刻跳變到KCA，然后積分輸出隨時間線性增長，輸出特性是一根截距為KCA、斜率為KCA/TI的直線。積分時間TI越大，直線越平坦，闡明積分作用越弱；TI越小，直線越峻峭，闡明積分作用越強。積分時間TI測定：將比例度δ置于100%的刻度上，然后對控制器輸入一個幅度為A的階躍偏向，測出控制器的輸出跳變值，同時按秒表計時，等到積分輸出與比例輸出一樣時所閱歷的時間就是積分時間TI。積分時間TI定義：在階躍偏向作用下，控制器的輸出到達比例輸出的兩倍所閱歷的時間，就是積分時間TI。(3)積分時間TI對系統(tǒng)過渡過程的影響在一個純比例控制的閉環(huán)系統(tǒng)中引入積分作用時，假設(shè)堅持控制器的比例度δ不變，那么可從以下圖所示的曲線族中看到，隨著TI減小，那么積分作用加強，消除余差較快，但控制系統(tǒng)的振蕩加劇，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；TI過小，能夠?qū)е孪到y(tǒng)不穩(wěn)定。TI小，擾動作用下的最大偏向下降，振蕩頻率添加。擾動作用結(jié)論：在比例控制系統(tǒng)中引入積分作用的優(yōu)點是可以消除余差，然而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；假設(shè)要堅持系統(tǒng)原有的衰減比，必需相應(yīng)加大控制器的比例度，這會使系統(tǒng)的其它控制目的下降。因此，假設(shè)余差不是主要的控制目的，就沒有必要引入積分作用。由于比例積分控制器有比例度δ和TI兩個參數(shù)可供選擇，因此適用范圍比較廣大，多數(shù)控制系統(tǒng)都可以采用。(4)積分飽和及防止積分飽和指的是一種積分過量景象。間歇式反響釜溫度控制系統(tǒng)在間歇式反響釜溫度控制系統(tǒng)中，進料的溫度較低，離設(shè)定值較遠，所以在初始階段偏向較大，控制器輸出會到達積分極限，把加熱蒸汽閥開足。當(dāng)釜內(nèi)溫度到達和開場超出設(shè)定值后，蒸汽閥仍不能及時關(guān)小，結(jié)果使溫度大大超出設(shè)定值，使動態(tài)偏向加大，控制質(zhì)量變差。壓力放空系統(tǒng)〔保證壓力不超限〕中，設(shè)定值為壓力的允許限值，在正常情況下，放空閥是全關(guān)的，實踐壓力總是低于此設(shè)定值，偏向長期存在。假設(shè)采用氣關(guān)閥〔氣源中斷時保證平安〕，由于正常工況下偏向不斷存在，控制器輸出會到達上限。在偏向反向后，閥門的開關(guān)形狀不變，控制器未能起到它應(yīng)該起的作用。結(jié)論：凡是長期存在偏向的簡單控制系統(tǒng)，常會出現(xiàn)積分飽和的景象。復(fù)雜控制系統(tǒng)也會出現(xiàn)積分飽和景象。處理積分飽和問題的常用方法是采用PI-P控制規(guī)律。當(dāng)控制器輸出在某一范圍之內(nèi)時。采用PI控制規(guī)律，目的消除余差；當(dāng)超出某一限值時，采用P作用，目的防止積分飽和。另外，還有積分限幅法，變速積分法等。6.2.2.3比例微分控制(PD)(1)微分控制規(guī)律

理想的微分控制規(guī)律，其輸出信號Δu(t)正比于輸入信號e(t)對時間的導(dǎo)數(shù)：TD為微分時間理想微分器在階躍偏向信號作用下的開環(huán)輸出特性是一個幅度無窮大、脈寬趨于零的尖脈沖，輸出只與偏向的變化速度有關(guān)，而與偏向的存在與否無關(guān)，即偏向固定不變時，不論其數(shù)值有多大，微分作用都無輸出。純粹的微分控制是無益的，因此常將微分控制與比例控制結(jié)合在一同運用?！?〕比例微分控制規(guī)律理想的比例微分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式為理想的比例微分控制器在制造上是困難的，工業(yè)上都是用實踐比例微分規(guī)律的控制器。理想比例微分開環(huán)輸出特性理想的比例微分控制器的開環(huán)輸出特性如左圖所示實踐比例微分控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式為KD為微分增益〔微分放大倍數(shù)〕假設(shè)將KD獲得較大，可近似以為是理想比例微分控制。在幅度為A的階躍偏向信號作用下，實踐PD控制器的輸出為其中T=TD/KD實踐比例微分控制器在幅度為A的階躍偏向作用下的開環(huán)輸出特性，見左圖。階躍偏向作用下實踐比例微分開環(huán)輸出特性由：得：在偏向跳變瞬間，輸出跳變幅度為比例輸出的KD倍，即KDKcA,然后按指數(shù)規(guī)律下降，最后當(dāng)t趨于無窮大時，僅有比例輸出KcA。因此決議微分作用的強弱有兩個要素：一個是開場跳變幅度的倍數(shù)，用微分增益KD來衡量，另一個是降下來所需求的時間，用微分時間TD來衡量。輸出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越強。階躍偏向作用下實踐比例微分開環(huán)輸出特性微分增益KD是固定不變的，只與控制器的類型有關(guān)。電動控制器的KD普通為5～10。假設(shè)KD=1，那么此時等同于純比例控制。KD>1，稱為正微分。KD<1的，稱為反微分器，它的控制造用反而減弱。這種反微分作用運用于噪音較大的系統(tǒng)中，會起到較好的濾波作用。階躍偏向作用下實踐比例微分開環(huán)輸出特性TD的測定：先測定階躍信號A作用下比例微分輸出從KDKcA下降到KCA+0.368KCA(KD-1)所閱歷的時間t，此時t=TD/KD，再將該時間t乘以微分增益KD即可。實踐比例微分控制器微分時間測定微分時間TD微分時間TD越大，微分作用越強。由于微分在輸入偏向變化的瞬間就有較大的輸出呼應(yīng)，因此微分控制被以為是超前控制。從實踐運用情況來看，比例微分控制規(guī)律用得較少，在消費上微分往往與比例積分結(jié)合在一同運用，組成PID控制。實踐比例微分控制器微分時間測定6.2.2.4比例積分微分控制(PID)(1)理想比例積分微分控制(PID)理想PID控制器的運算規(guī)律數(shù)學(xué)表達式為：式中第一項為比例〔P〕部分，第二項為積分〔I〕部分，第三項為微分〔D〕部分。Kc為控制器的比例增益；TI為積分時間〔以秒或分為單位〕；TD為微分時間〔也以秒或分為單位〕。這三個參數(shù)大小可以改動，相應(yīng)地改動控制造用大小及規(guī)律：〔1〕假設(shè)TI為∞，TD為0，積分項和微分項都不起作用，那么為比例控制?！?〕假設(shè)TD為0，微分項不起作用，那么為比例積分控制?！?〕假設(shè)TI為∞，積分項不起作用，那么為比例微分控制控制器運算規(guī)律通常都是用增量方式表示，式中u(t)=Δu(t)+u(0)，u(0)為控制器初始輸出值，即t=0瞬間偏向為0時的控制器輸出。假設(shè)用實踐值表示，那么改寫為：實踐的PID控制規(guī)律比較復(fù)雜。在幅度為A的階躍偏向作用下，實踐PID控制可看成是實踐的比例、積分和微分三部分作用的疊加，即(2)實踐比例積分微分控制(PID)其開環(huán)特性如右圖所示。階躍偏向作用下PID控制器開環(huán)輸出特性〔3〕微分時間TD對系統(tǒng)過渡過程的影響適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔茫涸谪摵勺兓土?、擾動幅度較大或過程容量滯后較大的系統(tǒng)中，適當(dāng)引入微分作用，可在一定程度上提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。當(dāng)被控變量一有變化時，根據(jù)變化趨勢適當(dāng)加大控制器的輸出信號，將有利于抑制擾動對被控變量的影響，抑制偏向的增長，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分時間TD的大小對系統(tǒng)過渡過程的影響，如上圖所示。假設(shè)取TD太小，那么對系統(tǒng)的控制目的沒有影響或影響甚微，如圖中曲線1；選取適當(dāng)?shù)腡D，系統(tǒng)的控制目的將得到全面的改善，如圖中曲線2；但假設(shè)TD獲得過大，即引入太強的微分作用，反而能夠?qū)е孪到y(tǒng)產(chǎn)生猛烈的振蕩，如圖中曲線3所示。微分作用的兩面性：堅持原來的衰減比n：假設(shè)要求引入微分作用后依然堅持原來的衰減比n，那么可適當(dāng)減小控制器的比例度，普通可減小15%左右，從而使控制系統(tǒng)的控制目的得到全面改善。此外，當(dāng)丈量中有顯著的噪聲時，如流量丈量信息常帶有不規(guī)那么的高頻干擾信號，那么不宜引入微分作用，有時甚至需求引入反微分作用。由于PID控制器有比例度δ、積分時間TI、微分時間TD三個參數(shù)可供選擇，因此適用范圍廣，在溫度和成分分析控制系統(tǒng)中得到更為廣泛的運用。適用場所：用于時滯大的場所。液位：普通要求不高，用P或PI控制規(guī)律；流量：時間常數(shù)小，丈量信息中雜有噪音，用PI或加反微分控制規(guī)律；壓力：介質(zhì)為液體的時間常數(shù)小，介質(zhì)為氣體的時間常數(shù)中等，用P或PI控制規(guī)律；溫度：容量滯后較大，用PID控制規(guī)律。各類化工過程常用的控制規(guī)律如下：〔4〕PID控制器的構(gòu)成PID的構(gòu)成方式有好幾種，如電動Ⅲ型控制器以及數(shù)字式控制器中采用PD和PI電路相串接的方式。在串接方式中，普通以為PD接在PI之前較為適宜。例：某臺PID控制器偏向為1mA時，輸出表達式為〔t單位為分鐘〕。試問：〔1〕這是什么控制規(guī)律？〔2〕求出控制器各個控制參數(shù)。〔3〕畫出其開環(huán)輸出特性圖。舉例：(1)PD控制規(guī)律。(2)由題意得：解：解之得：KC=2，KD=5，TD=5。(3)開環(huán)輸出特性曲線：由于KCA=2，KCKDA=10所以曲線如右圖所示6.3.1模擬式控制器根本構(gòu)造模擬式控制器所傳送的信號方式為延續(xù)的模擬信號，其根本構(gòu)造包括比較環(huán)節(jié)、反響環(huán)節(jié)、放大器三部分。6.3模擬式控制器比較環(huán)節(jié)將被控變量的丈量值與設(shè)定值進展比較得到偏向。電動控制器是在輸入電路中進展電壓或電流信號的比較。反響環(huán)節(jié)控制器的PID控制規(guī)律是經(jīng)過反響環(huán)節(jié)進展的。輸出的電信號經(jīng)過電阻和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)反響到輸入端。放大器放大器本質(zhì)上是一個穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。在電動控制器中可采用高增益的集成運算放大器。6.3.2DDZ-Ⅲ型電動單元控制器是模擬式控制器中較為常見的一種，它以來自變送器或轉(zhuǎn)換器的1～5V直流丈量信號作為輸入信號，與1～5V直流設(shè)定信號相比較得到偏向信號，然后對此信號進展PID運算后，輸出1～5V或4～20mA直流控制信號，以實現(xiàn)對工藝變量的控制。Ⅲ型控制器的特點是：與II型〔晶體管〕儀表相比采用高增益、高阻抗線性集成電路組件，提高了儀表精度、穩(wěn)定性和可靠性，降低了功耗。由于采用集成電路，擴展了功能，在基型控制器的根底上可添加各種功能，如非線性控制器可以處理嚴重非線性過程的自動控制問題，前饋控制器可以處理大擾動及大滯后過程的控制，也可以根據(jù)需求在控制器上附加一些單元如偏向報警、輸出雙向限幅及其它功能的電路。整套儀表可以構(gòu)成平安火花型防爆系統(tǒng)，而且添加了平安柵，實現(xiàn)控制室與危險場所之間的能量限制和隔離。有軟、硬兩種手動操作方式，軟手動與自動之間相互切換具有雙向無平衡無擾動特性，提高了控制器的操作性能。這是由于在自動與軟手動之間有堅持形狀，此時控制器輸出可長期堅持不變，所以即使有偏向存在，也能實現(xiàn)無擾動切換。采用國際規(guī)范信號制，現(xiàn)場傳輸信號為4～20mA直流電流，控制室聯(lián)絡(luò)信號為1～5V直流電壓，信號電流和電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。由于電氣零點不是從零開場，因此容易識別斷電、斷線等缺點。信號傳輸采用電流傳送-電壓接受的并聯(lián)方式，即進出控制室的傳輸信號為直流電流信號〔4～20mA〕，將此電流信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號后，以并聯(lián)方式傳輸給控制室各儀表。基型控制器隨動定值當(dāng)控制器處于“自動〞形狀時，丈量信號與設(shè)定信號經(jīng)過輸入電路進展比較，由比例微分電路、比例積分電路對其偏向進展PD和PI運算后，再經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換為4～20mA直流電流，作為控制器的輸出信號，去控制執(zhí)行器。當(dāng)控制器處于“堅持〞形狀〔即它的輸出堅持切換前瞬間的數(shù)值〕時，假設(shè)同時將控制器切換到“軟手動〞形狀，輸出可按快或慢兩種速度線性地添加或減小，以對工藝過程進展手動控制。當(dāng)控制器處于“硬手動〞形狀時，控制器的輸出與手操電壓成比例，即輸出值與硬手動操作桿的位置一一對應(yīng)?？刂破鞯娜蝿?wù)形狀有“自動〞、“軟手動〞、“硬手動〞及“堅持〞四種控制器中將偏向e定義為丈量值與設(shè)定值之差〔e=y-r〕，假設(shè)丈量值大于設(shè)定值，稱為正偏向；假設(shè)丈量值小于設(shè)定值，稱為負偏向。當(dāng)控制器置于“正〞作用時，控制器的輸出隨著正偏向的添加而添加；置于“反〞作用時，控制器的輸出隨著正偏向的添加而減小。假設(shè)是負偏向，其控制器在“正〞、“反〞作用下的輸出剛好與正偏向的情況相反?？刂破鬟€設(shè)有“正〞、“反〞作用開關(guān)供選擇，以滿足控制系統(tǒng)的控制要求運用基型控制器時有幾點應(yīng)留意：正確設(shè)置內(nèi)、外設(shè)定開關(guān)“內(nèi)〞設(shè)定時，設(shè)定電壓信號由控制器內(nèi)部的設(shè)定電路產(chǎn)生，操作者經(jīng)過設(shè)定值撥盤確定設(shè)定信號大小。在定值控制系統(tǒng)中，控制器應(yīng)置于“內(nèi)〞設(shè)定?！巴猕曉O(shè)定時，由外部安裝提供設(shè)定值信號。在隨動控制系統(tǒng)中，控制器應(yīng)置于“外〞設(shè)定。如串級控制系統(tǒng)中的副控制器設(shè)定值由主控制器的輸出值提供；比值控制中的從動量控制器設(shè)定值由自動量丈量值提供。普通在剛剛開車或控制工況不正常時采用手動控制，待系統(tǒng)正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時無擾動切換到自動控制?？刂破鳌罢暋ⅰ胺川曌饔瞄_關(guān)不能隨意選擇，要根據(jù)工藝要求及控制閥的氣開、氣關(guān)情況來決議，保證控制系統(tǒng)為負反響。液位控制系統(tǒng)如下圖的液位控制系統(tǒng)，假設(shè)閥的氣開、氣關(guān)特性發(fā)生改動，控制器的正、反作用也應(yīng)該發(fā)生改動。假設(shè)閥門選用氣關(guān)閥：正作用控制器假設(shè)閥門選用氣開閥：反作用控制器控制器“正〞、“反〞作用選擇分析：例1：如下圖的液位控制系統(tǒng)，假設(shè)工藝要求供氣中斷時液體不得外溢，請選擇閥的氣開、氣關(guān)特性，并選擇控制器的正、反作用。解：(1)控制閥氣開、氣關(guān)特性的選擇由于：工藝要求供氣中斷時液體不得外溢，根據(jù)平安原那么所以：選用氣開閥。反作用控制器(2)控制器的正、反作