过程仪表第5章数字调节器1

在经典控制理论中，被控对象的特性一般用单输 入、输出的传递函数描述，过程控制领域经常采用具 有纯滞后的一阶和二阶模型。
第5章 被控对象的数学模型
过程控制系统与仪表
5.2 建立被控过程数学模型的基本方法
获取被控（对象版）权过声程明数学模型基本途径。
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第5章 被控对象的数学模型
过程控制系统与仪表
第5章 被控过程的数学模型
控制系统最终控制品质取决于系统的动态特性，
而系统整体特性取决于各环节特性和系统结构，其中
起决定性作用的是被控（对象）过程动态特性，其它
控制装置和控制系统结构设计都是为了最大限度发挥
被控对象（过程）潜力，以取得满意的控制品质、工
艺技术指标和最大的生产效率、经济效益。
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可以看做比例环节，控制器的动态特性由控制规 律决定。本章讨论被控（对象）过程动态特性的 1.在觅知网出售的PPT模板是免版税类（RF：Royalty-Free）正版受《中国人民共和国著作法》和《世界版权公约》的
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数字调节器是用数字技术和微电子技术实现闭环控制的调节器，又称数字调节仪表。

它接受来自生产过程的测量信号，由内部的数字电路或微处理机作数字处理，按一定调节规律产生输出数字信号或模拟信号驱动执行器，完成对生产过程的闭环控制。

本次智能仪表课程设计主要目的是设计一种数字PID调节器。

PID控制算法是历史最悠久，生命力最强的一种控制算法。

它是迄今为止最通用的控制方法。

它提供一种反馈控制，通过积分作用可以消除稳态误差，通过微分作用可以预测未来。

本设计的PID数字调节器采用 STC89C52RC单片机作为主控单元，采用ADC0832作为A/D转换器，具有数字滤波等功能，通过PID算法实现调节功能，调节器设定值、参数可通过四个独立按键设置，采用LED数字显示，通过AD420模块电路输出模拟信号。

关键词:数字调节器； PID控制算法；LED显示；A/D转换器摘要 (1)第1章前言 (4)1.1调节器原理与作用 (4)1.2PID控制算法简介 (4)1.2.1 模拟PID算法 (4)1.2.2 数字PID算法 (5)第2章总体方案设计 (6)第3章硬件选择与电路设计 (7)3.1单片机选择 (7)3.2最小系统设计 (8)3.2.1 时钟电路 (8)3.2.2 复位电路 (8)3.3A/D转换器ADC0832简介与电路设计 (9)3.4LED数码显示方式及电路设计 (10)3.4.1 静态显示和动态显示 (10)3.4.2 LED显示硬件接线图设计 (10)3.5按键电路的设计 (10)3.6D/A转换电路设计 (11)3.6.1 AD420简介 (11)3.6.2 D/A转换电路设计 (12)第4章软件设计 (13)4.1调节器主程序设计 (13)4.2输入与输出模块程序设计 (13)4.2.1 输入模块程序设计 (13)4.2.2 输出模块程序设计 (14)4.3按键程序设计 (15)4.4PID程序设计 (16)4.5LED程序设计 (16)第5章软硬件调试 (18)5.1硬件调试 (18)5.2软件调试 (18)第6章总结 (19)参考文献 (20)附录A (21)附录B (22)第1章 前 言1.1 调节器原理与作用调节器在自动控制系统中的作用——将测量输入信号值PV 与给定值SV 进行比较，得出偏差e ，然后根据预先设定的控制规律对偏差e 进行运算，得到相应的控制值，并通过输出口以4～20mA ，DC 电流（或1～5V ，DC 电压）传输给执行器。

过程控制仪表一、课程说明课程编号：090011Z10课程名称：过程控制仪表/Instruments for Process Control课程类别：专业课学时/学分：32/2 (其中实验学时：4)先修课程：电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制理论等适用专业：测控技术与仪器,电气工程及自动化教材、教学参考书：1.潘永湘、杨延西、赵跃编著.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社.2007年；2.林德杰主编.过程控制仪表及控制系统.北京：机械工业出版社.2009年；3.王再英,刘淮霞,陈毅静编著.过程控制系统与仪表.北京：机械工业出版社.2006年；4.潘永湘、杨延西、赵跃编著.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社.2007年二、课程设置的目的意义本课程是为测控技术与仪器等电气信息类本科专业的专业选修课程。

通过了解过程控制仪表的发展概况和分类方法，重点掌握包括变送器、调节器和执行器在内的模拟及数字式的调节仪表和装置，培养学生具有使用过程控制仪表和装置构成过程控制系统的能力，为学生后续课程和毕业设计以及今后的工作打下良好的基础。

三、课程的基本要求知识：了解过程控制仪表、系统的概念、组成、分类和发展概况；掌握变送器、执行器、单元控制器的基本工作原理和典型电路分析；掌握差压变送器、温度变送器的工作原理及智能变送器原理与使用方法；掌握防爆安全常识与防爆安全栅原理；掌握P、PI、PD、PID调节器的调节原理及特性；掌握基型PID调节器的工作原理及特性；掌握数字调节器设计方法与参数整定；掌握气动执行器和电动执行器的工作原理及使用方法。

能力：将过程控制仪表与装置及相关先修课程知识综合应用于一般工程问题，正确表达符合需求的工艺过程中参量测量问题及其转化测量问题的能力；依据功能与性能要求和应用环境提出可满足需求的系统解决方案，在学习、讨论和解决工业生产应用实际问题的过程中，积累经验知识并培养创新意识，提高发现、分析、解决问题的能力。

四、连续生产过程控制的数字控制装置
1.数字调节器
按控制回路数分：
1) 单回路调节器 2) 多回路调节器
按控制规律分：
1) PID调节器；
2) PID参数自整定调节器；
3) 自适应调节器； 4) 模糊控制器；
5) 智能调节器等。
第一节 控制装置与仪表的分类
2.工业控制计算机 (1)工业控制计算机的构成 (2)工业控制计算机的特点 (3)高性能特点的PC/104总线工控机 (4)PC_Based控制 3.分散控制系统
三、现场总线通信
1.传统DCS与FCS的区别（图1-4-5和图1-4-6） 2.完整控制回路中信号的传送过程（图1-4-7） 3.现场总线控制系统的工作原理（图1-4-8）
图1-4-5 传统DCS接线方式
图1-4-6 FCS接线方式
图1-4-7 使用FCS仪表功能块构成控制回路示意图
图1-4-8 使用FCS控制仪表的模块及层次示意图
四、电压信号的辅助作用 五、活零点的含义 六、四线制与二线制
1.四线制（图2-2-1） 2.二线制（图2-2-2）
七、数字控制装置与仪表信号的标准化
图2-2-1 四线制传输
图2-2-2 二线制传输
第三节 控制装置与仪表的干扰及抑制
一、干扰的来源与形式
1.干扰的来源 (1)经过漏电电阻耦合 (2)经过公共阻抗耦合 (3)电场耦合（图2-3-1） (4)磁场耦合（图2-3-2） 2.干扰的形式 (1)串模干扰（图2-3-3） (2)共模干扰（图2-3-4）
图1-3-1 应用电流信号时，仪表之间的连接
第三节 模拟信号制及供电方式
这种串联有以下缺点： 1)一台仪表损坏或需增减接收仪表时，将影响其他仪表工作。 2)由于串联工作，所以调节器、变送器等的输出端均处于高电位工 作，输出功率管易损坏，降低了仪表的可靠性。 3)几台仪表串联工作时，由于每两台仪表相接的端子电位相同，因 此在串联时需检查每台仪表的电路电位是否正确，这就对设计者和 使用者在技术上提出了较。 3.直流电压信号（图1-3-2） 4.信号上下限大小的比较