专利名称：偏差控制式抗积分饱和pid调节器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动化仪表，它适用于对温度、压力、流量、液位及其他工艺参数的自动调节，尤其适用于间歇生产工艺过程的定值控制。
现有的抗饱和PID调节器为积分反馈式抗积分饱和PID调节器，它借助反馈率控制器，将PID调节器的输出值限制在某一范围内。由于反馈率控制器由调节器输出值或积分器输出值控制，当输出未达极限值时反馈率为零，此时调节器按线性PID规律运算；当输出值达极限位置时反馈率为－1，因而输出被限制在某一极限值，这可有效地防止积分器的过积分现象，并对输出限幅。但当测量值从调节器比例区外进入比例区时，由于偏差绝对值甚大，积分作用非常强，故在一般情况下，调节器的输出值需在极值或极值附近停留很久，直至偏差绝对值很小，甚至待偏差极性相反时，调节器输出才开始离开极值区域，这势必产生严重的过调现象，进而产生很大的超调量。由于这种抗饱和PID调节器存在着上述积分滞后太大的缺陷，所以难以得到普遍的推广应用。
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷，向社会提供一种新型的的抗积分饱和PID调节器。
本实用新型的任务是这样实现的在现有的积分反馈式抗积分饱和调节器中，以积分速度控制器来取代原有的反馈率控制器。它由外壳、面板、接线端子板、输入测量电路、设定器、偏差放大器、比例微分器、比例积分器、输出电路、电源部分、转换开关及显示器(动圈仪显示或数字显示)所组成，积分速度控制器接在偏差放大器的输出端(或比例微分器的输出端)与比例积分器的输入回路之间。该积分速度控制器由具有控制偏差超越比例限时能自动停止积分、偏差进入比例区后延时投入积分及大偏差时限速积分措施的R51～R58、D51～D55、C51、W51、IC5及BG5所组成。比例微分器和比例积分器可以由各自不同的运算放大器所组成，也可以合用一只运算放大器。输入测量电路包括电流——电压转换电路、或热电势测量电路、或电阻－电压转换电路。输出电路包括电压－电流转换器、或继电式控制电路、可控硅触发脉冲发生电路。
由于本实用新型在偏差放大器的输出端(或比例微分器的输出端)与比例积分器的输入回路间接入积分速度控制器，积分速度大小由测量值偏差控制，当偏差越限时，即测量值在调节器比例区以外，以及进入比例区后的初期积分速度均为零(即积分作用自动停止)，整个调节器呈PD(比例微分、即不含积分作用)调节规律。当偏差入限时，即测量值进入比例区并延时一定时间后，调节器才进入限速积分下的PID调节规律，只有当偏差绝对值相当小时才真正投入线性PID调节规律。因而不管测量值在比例区外停留多长时间，本实用新型都具有良好的抗积分饱和与抗积分滞后功能，因而在间歇生产工艺从开车到稳定的整个过程中，不仅实现无静差调节，而且超调量也很小，从而扩大了应用范围。
图1是现有的积分反馈式抗积分饱和PID调节器方框图。
图2是偏差控制式抗积分饱和PID调节器的方框图。
图3是本实用新型的一种实施例。
图4是本实用新型的另一种实施例。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
图中编号0－测量电路；1－设定电路；2－偏差放大电路；3－比例微分(PD)电路；4－比例积分(PI)电路；5－积分速度控制电路；6－输出电路；7－显示部分电路；8－电源。
实施例1图3的调节器是由外壳、面板、接线端子板、由R01、R02、C01所组成输入测量电路、由R11、R12、R13及W11所组成的设定器、由R21、R22、R23、R24、R25、R26、K21及IC2所组成的偏差放大器、由R31、R32、R33、R34、C31、W31、W32及IC3所组成的比例微分器、R41、R42、R43、R44、R45、C41、C42、K41、W41、IC4及R61、R62、R63、D61、BG62、C61等所组成的比例积分器、R61、R62、R63、D61、BG62及C61所组成的输出电路、R81、R82、C81、C82、C83、C84、IC81、IC82、D81、D82、D83、D84及变压器B所组成的电源部分、以及由转换开关K71及显示器(动圈仪表或数字显示)等组成，积分速度控制器接在偏差放大器的输出端(或比例微分器的输出端)与比例积分器的输入回路之间。积分速度控制器由R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、D51、D52、D53、D54、D55、C51、W51、IC5及BG5所组成。比例微分器和比例积分器可以由各自不同的二只运算放大器所组成。该例的输入、输出信号均为0～10mA，适用于DDZ－Ⅱ系列电动单元仪表，也可扩展成DDZ－Ⅲ系列。测量信号Ii经R02转换成电压信号U01，与设定器所给定的电压U5分别加入偏差放大器IC2的输入端，转换成偏差信号U02，该偏差信号经C31、IC3等所组成的比例微分器进PD运算后，再经C41、IC4等所组成的比例积分器进行PI运算。上述经PID综合运算后的输出电压U04最终经R62、BG61等组成的U－Ⅰ转换电路转换成相应的连续电流信号。积分速度控制器是根据控制偏差大小和趋势控制比例积分器的积分速度。若比例度调节在比例微分器中实现，则积分速度控制器的输入只能接比例微分器的输出。设调节器处于正作用，在工艺开车初期，例如加热升温过程测量值负偏差很大，即处于调节器比例区之外，此时比例微分器输出U03处于负向极值，致使二极管D51导通，IC5输出正电位，模拟开关BG5很快导通，使K41－1对虚地短路，因此积分增益为零，积分时间Ti为无穷大，亦即积分速度为零。此时，比例积分器变成了纯比例器，整个PID调节器相应变成了比例微分器。当测量值由上述负极限外进入比例区后、U03开始离开负向极值，二极管D52截止，IC5输出负电位，但此时D53截止，故只能经R56、W51和C51组成的延时环节使模拟开关BG5延时断开。因此测量值进入比例区初期的一段时间内，积分速度仍为零，PID调节器仍按PD规律调节，即积分仍不起作用。延时时间由电位器W51调节。经上述延时后，模拟开关断开，比例积分器恢复积分功能，但此时测量值偏差仍相当大，故微分器输出电压｜U03｜也相应相当大，因此由D54、D55所组成的限速环节将比例积分器的积分输入分量，即K41－1处电位限制在某一数值。若不考虑微分作用，则调节器输出增长速度为一恒值，或者说积分速度受到不同程度的削减或限制。削减程度正比于偏差绝对值。当偏差绝对值进一步减小时，例如小于比例度P的五分之一时，D52截止，因此小偏差时积分速度不受偏差任何限制，即为非限速积分，调节器按线性PID运算。同样道理，当测量值从正极限偏差方向进入比例区时，调节器的积分速度同样由零开始继而限速，最后线性积分。
实施例2图4是配热电阻的偏差控制式抗积分饱和位式PID调节器(数显或动圈仪显示)。该实施例的主要特点是比例微分(PD)与比例积分(PI)公共一只运算放大器IC4，即PID在同一级运放中实现的。它不仅可节省一只运算放大器，而且使PID运算级的运放IC5的输入电阻相匹配，不随积分时间和微分时间的改变而改变，因而具有很小的积分漂移。这种调节器主要用于温控仪。
权利要求1.一种用于对温度、压力、流量、液位及其他工艺参数自动调节的偏差控制式抗积分饱和PID调节器，它由外壳、面板、接线端子板、输入测量电路、设定器、偏差放大器、比例微分器、比例积分器、输出电路、电源部分、转换开关及显示器(动圈仪显示或数字显示)所组成，其特征在于在偏差放大器的输出端或比例微分器的输出端与比例积分器的输入回路之间接入积分速度控制器。
2.根据权利要求1所述的偏差控制式抗积分饱和PID调节器，其特征在于积分速度控制器由具有测量值偏差超越比例限时能自动停止积分、偏差进入比例区后延时投入积分及大偏差时限速积分措施的R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、D51、D52、D53、D54、D55、C51、W51、IC5及BG5所组成。
3.根据权利要求1所述的偏差控制式抗积分饱和PID调节器，其特征在于比例微分器和比例积分器可以由各自不同的二只运算放大器所组成，也可以合用一只运算放大器。
4.根据权利要求1、2、3所述的偏差控制式抗积分饱和PID调节器，其特征在于所述的输入测量电路包括电流－电压转换电路、或热电势测量电路、或电阻－电压转换电路。
5.根据权利要求1、2、3所述的偏差控制式抗积分饱和PID调节器，其特征在于所述的输出电路包括电压－电流转换器、或继电式控制电路、可控硅触发脉冲发生电路。
6.根据权利要求4所述的偏差控制式抗积分饱和PID调节器，其特征在于所述的输出电路包括电压－电流转换器、或继电式控制电路、可控硅触发脉冲发生电路。
专利摘要本实用新型是一种用于温度等热工参数自动调节的新型抗饱和调节器。它是用由控制偏差所控制的积分速度控制器来取代现有抗饱和调节器中的反馈率控制器，具有偏差超限时自动停止积分、偏差进入比例区后延时投入积分及大偏差时限速积分等功能，从而克服了现有技术积分滞后太大的缺点，具有良好的抗积分饱和及抗积分滞后的功能，在间歇生产工艺开车到稳定的整个过程中，不仅实现无静差调节，而且超调量也很小，故很适用于间歇生产。
文档编号G05B11/42GK2074472SQ90206009
公开日1991年4月3日 申请日期1990年5月5日 优先权日1990年5月5日
发明者阮洁, 郑梅甫, 王景鑫 申请人:阮洁, 郑梅甫, 王景鑫