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　　控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传送过来的信息与被控变量的设定值比较后得到偏差，然后根据偏差按照一定的控制规律进行运算，最终输出控制信号作用于执行器上。

　　气动控制仪表的特点：结构简单，性能稳定可靠，维护方便，价格便宜，并且具有本质安全防爆性能，特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。

　　可以实现无滞后的远距离传送，同时又具有能源简单、便于和计算机配合的特点。由于采取安全火花防爆措施解决了防爆问题，电动仪表同样也能应用于易燃易爆的危险场所，因此在工业生产过程中得到越来越广泛的应用。

　　按各组成环节的不同功能和使用要求，将整套仪表分为若干单元，各单元能独立实现某种功能，使用时可以按生产工艺的不同要求挑选需要的单元加以组合，其特点是应用灵活，通用性强，使用维护方便，特别适用于中、小企业的过程控制系统；

　　它以微型计算机为核心，功能完善，性能优越，能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代生产过程的高质量控制要求。它可实现连续生产过程、断续生产过程的控制，也可以通过在PLC中加入PID等控制功能，实现批量控制。

　　在该控制系统中，被控变量由于受扰动f（如生产负荷的改变，上下工段间出现的生产不平衡现象等）的影响，常常偏离给定值，即被控变量产生了偏差：

　　控制器接受了偏差信号e后，按一定的控制规律使其输出信号p发生变化，通过执行器改变操纵变量q，以抵消干扰对被控变量y的影响，从而使被控变量回到结定值上来。

　　KP—控制器的比例增益；TI—控制器的积分时间；TD—控制器的微分时间；

　　双位控制是自动控制系统中最简单也很实用的一种控制规律，理想的双位控制控制器输出只有2个固定的数值，即只有2个极限位置，其基本的控制规律可描述为：

　　为了降低控制机构的开关频率，延长控制系统中运动部件的使用寿命。给双位控制系统增加了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作。

　　由此可见，在该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变量(液位)的偏差值成比例，这就是比例控制规律，其输出信号的变化量与输入信号(指偏差，当给定值不变时，偏差就是被控变量测量值的变化量)的变化量之间成比例关系，这种控制规律称为“纯比例控制”

　　Kp（放大倍数或比例增益）——衡量比例控制作用强弱的变量。在实际中，习惯上使用比例度δ表示比例控制作用的强弱。

　　定义：控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，表达式为

　　其中：e为控制器输入信号的变化量，即偏差信号；(xmax-xmin)为控制器输入信号的变化范围，即量程；p为控制器输出信号的变化量，即控制命令；(pmax-pmin)为控制器输出信号的变化范围。

　　例题：一台比例作用的温度控制器，其温度的变化范围为400~800℃，控制器的输出范围是4~20mA。当温度从600℃变化到700℃时，控制器相应的输出从8mA变为12mA，试求该控制器的比例度。

　　这说明在这个比例度下，温度全范围变化（相当于400℃）时，控制器的输出从最小变为最大，在此区间内，p和e是成一一对应比例关系。

　　可以看出比例度的具体意义为：使控制器的输出变化满刻度时，相应的控制器输入变化量占输入信号变化范围的百分数。即要使输出做全范围变化，输入信号必须改变全量程的百分之几。

　　左图是比例度的示意图，当比例度分别为50%、100%、200%时，只要偏差e的变化占输入信号变化范围的50%、100%、200%时，控制器的输出就可以由最小pmin变为最大pmax。

　　结论：比例度δ与放大倍数Kp成反比。比例度δ越小，放大倍数Kp越大，它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦然。

　　②比例度δ愈大，过渡过程曲线愈平稳，余差也愈大。比例度愈小，余差也愈小，过渡过程曲线振荡愈厉害。当比例度δ减小到某一数值时，系统会出现等幅振荡，此时的比例度称为临界比例度δk。

　　一般来说，若对象滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。

　　当工艺对控制质量有更高要求，不允许控制结果存在余差时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。

　　输出信号的大小不仅与偏差信号的大小有关，而且与偏差信号存在的时间长短有关。只有在偏差信号e 等于零的情况下，控制器的输出才能相对稳定。因此，力图消除余差是积分控制作用的重要特性。

　　如右图所示，这是一条斜率不变的直线，直到控制器的输出达到最大值或最小值而无法再进行积分为止，输出直线的斜率即输出的变化速度正比于控制器的积分速度KI，即 dp/dt=KIA。

　　在幅度为A的阶跃输入下，比例输出立即跳变到KpA，然后积分输出随时间线性增长。输出特性是一根截距为KpA、斜率为KpA/TI的直线。

　　积分时间TI越大，直线越平坦，说明积分作用越弱；TI越小，直线越陡峭，说明积分作用越强。

　　积分时间TI定义：在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间，就是积分时间TI 。

　　将比例度δ置于100%的刻度上，然后对控制器输入一个幅度为A的阶跃偏差，测出控制器的输出跳变值，同时按秒表计时，等到积分输出与比例输出相同时所经历的时间就是积分时间TI。

　　采用比例积分控制作用时，积分时间对过渡过程的影响具有两重性。在同样的比例度下，缩短积分时间TI，将使积分调节作用加强，容易消除余差，这是有利的一面。但缩短积分时间，加强积分调节作用后，会使系统振荡加剧，有不易稳定的倾向。积分时间越短，振荡倾向越强烈，甚至会成为不稳定的发散振荡，这是不利的一面。

　　由图可以看出，积分时间过大或过小均不合适。TI过大，积分作用不明显，余差消除很慢，见曲线，TI过小，过渡过程振荡太剧烈，稳定程度降低，见曲线。

　　在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余差，然而降低了系统的稳定性；

　　若要保持系统原有的衰减比，必须相应加大控制器的比例度，这会使系统的其它控制指标下降。因此，如果余差不是主要的控制指标，就没有必要引入积分作用。

　　由于比例积分控制器具有比例和积分控制的优点，有比例度δ和TI两个参数可供选择，因此适用范围比较宽广，多数控制系统都可以采用。

　　对一台比例积分控制器作开环试验。已知Kp=2，TI= 0.5min。若输入偏差如图所示,试画出该控制器的输出信号变化曲线。

　　将图 (a)、(b)曲线叠加,便可得到PI控制器的输出,如图9 (c)所示。

　　比例控制规律和积分控制规律，都是根据已经形成的被控变量与给定值的偏差而进行动作。但对于惯性较大的对象，为了使控制作用及时，常常希望能根据被控变量变化的快慢来控制。

　　在人工控制时，虽然偏差可能还小，但看到参数变化很快，估计到很快就会有更大偏差，此时会先改变阀门开度以克服干扰影响，它是根据偏差变化的速度而引入的超前控制作用，只要偏差的变化一露头，就立即动作，这样控制的效果将会更好。

　　按偏差变化速度进行控制，理想的微分控制规律，其输出信号p正比于输入信号e对时间的导数：

　　理想微分器在阶跃偏差信号作用下的开环输出特性是一个幅度无穷大、脉宽趋于零的尖脉冲，输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在与否无关，即偏差固定不变时，不论其数值有多大，微分作用都无输出。纯粹的微分控制是无益的，因此常将微分控制与比例控制结合在一起使用。

　　微分作用的原理：根据偏差信号变化速度来确定调节器的输出，改变操作变量（超前控制）。

　　理想的比例微分控制器在制造上是困难的，工业上都是用实际比例微分规律的控制器。

　　在偏差跳变瞬间，输出跳变幅度为比例输出的KD倍，即KDKpA,然后按指数规律下降，最后当t趋于无穷大时，仅有比例输出KpA。因此决定微分作用的强弱有两个因素：一个是开始跳变幅度的倍数，用微分增益KD来衡量，另一个是降下来所需要的时间，用微分时间TD来衡量。输出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越强。

　　微分增益KD是固定不变的，只与控制器的类型有关。电动控制器的KD一般为5～10。如果KD =1，则此时等同于纯比例控制。 KD 1，称为正微分。KD 1的，称为反微分器，它的控制作用反而减弱。这种反微分作用运用于噪音较大的系统中，会起到较好的滤波作用。

　　微分时间TD越大，微分作用越强。由于微分在输入偏差变化的瞬间就有较大的输出响应，因此微分控制被认为是超前控制。

　　先测定阶跃信号A作用下比例微分输出从KDKpA下降到KpA+0.368KpA(KD-1)所经历的时间t，此时t=TD/KD，再将该时间t乘以微分增益KD即可。

　　从图看出，微分时间太大及太小均不合适，应取适当的数值。由于增加微分作用，可以减小比例度，因而微分时间越大，余差也就越小。一般温度调节系统常需加微分作用，其他系统需要较少。有些系统由于反应太快，可加“反微分”，以降低系统的灵敏度。

　　在工业生产中，常将比例、积分、微分三种作用规律结合起来，可以得到较为满意的控制质量，包括这三种控制规律的控制器称为比例积分微分三作用控制器，习惯上称为PID控制规律，其理想的输出与输入的关系为：

　　压力：介质为液体的时间常数小，介质为气体的时间常数中等，用P或PI控制规律；

　　模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模拟信号，其基本结构包括比较环节、反馈环节、放大器三部分。

　　比较环节:将被控变量的测量值与设定值进行比较得到偏差。电动控制器是在输入电路中进行电压或电流信号的比较。

　　反馈环节:控制器的PID控制规律是通过反馈环节进行的。输出的电信号通过电阻和电容构成的无源网络反馈到输入端。

　　放大器 : 放大器实质上是一个稳态增益很大的比例环节。在电动控制器中可采用高增益的集成运算放大器。

　　是模拟式控制器中较为常见的一种，它以来自变送器或转换器的1～5V直流测量信号作为输入信号，与1～5V直流设定信号相比较得到偏差信号，然后对此信号进行PID运算后，输出1～5V或4～20mA直流控制信号，以实现对工艺变量的控制。

　　电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。

　　由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。

　　由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。

　　（3）Ⅲ型仪表统一由电源箱供给24V DC电源，并有蓄电池作为备用电源。

　　各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。

　　在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。

　　（4）内部带有附加装置的控制器能和计算机联用,在与直接数字计算机控制系统配合使用时,在计算机停机时,可作后备控制器使用。

　　（4）内部带有附加装置的控制器能和计算机联用,在与直接数字计算机控制系统配合使用时,在计算机停机时,可作后备控制器使用。

　　当控制器处于“自动”状态时，测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、比例积分电路对其偏差进行PD和PI运算后，再经过电路转换为4～20mA直流电流，作为控制器的输出信号，去控制执行器。

　　当控制器处于“保持”状态（即它的输出保持切换前瞬间的数值）时，若同时将控制器切换到“软手动”状态，输出可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。当控制器处于“硬手动”状态时，控制器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。

　　控制器中将偏差e定义为测量值与设定值之差（e=X-Z），若测量值大于设定值，称为正偏差；若测量值小于设定值，称为负偏差。当控制器置于“正”作用时，控制器的输出随着正偏差的增加而增加；置于“反”作用时，控制器的输出随着正偏差的增加而减小。若是负偏差，其控制器在“正”、“反”作用下的输出刚好与正偏差的情况相反。

　　“内”设定时，设定电压信号由控制器内部的设定电路产生，操作者通过设定值拨盘确定设定信号大小。在定值控制系统中，控制器应置于“内”设定。

　　“外”设定时，由外部装置提供设定值信号。在随动控制系统中，控制器应置于“外”设定。如串级控制系统中的副控制器设定值由主控制器的输出值提供；比值控制中的从动量控制器设定值由主动量测量值提供。

　　正确设置P、I、D参数。控制器上的PID参数不能任意设置，必须通过参数整定，选择一组合适的PID参数，这样才能保证控制器在控制系统中发挥作用。

　　一般在刚刚开车或控制工况不正常时采用手动控制，待系统正常稳定运行时无扰动切换到自动控制。

　　控制器“正”、“反”作用开关不能随意选择，要根据工艺要求及控制阀的气开、气关情况来决定，保证控制系统为负反馈。

　　为了构成一个负反馈控制系统，必须正确的确定调节器的正、反作用，否则整个控制系统就无法正常运行。调节器的正、反作用，是通过正、反作用开关来选择的。

　　手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即调节器的输出信号不发生突变（即必须要求无扰动切换）

　　1—自动-软手动-硬手动切换开关；2—双针垂直指示器；3—内给定设定轮；4—输出指示器；5—硬手动操作杆；6—软手动操作板键；7—外给定指示灯；8—阀位指示器；9—输出记录指示；10—位号牌；11—输入检测插孔；12—手动输出插孔

　　实现了模拟仪表与计算机一体化 将CPU引入控制器，使其功能得到来很大的增强，提高了性能价格比。同时考虑到人们长期以来的习惯，数字控制器在外形结构、面板布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征。

　　运算控制功能强 数字控制器具有比模拟调节器更丰富的运算控制功能，一台数字控制器既可实现简单PID控制，也可以实现串级控制、前馈控制、变增益控制和史密斯补偿控制；既可以进行连续控制，也可以进行采样控制、选择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进行处理，如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。

　　通过软件实现所需功能 数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。在可编程调节器中，软件系统提供了各种功能模块，用户选择所需的功能模块，通过编程将它们连接在一起，构成用户程序，便可实现所需的运算与控制功能。

　　具有和模拟调节器相同的外特性 尽管数字控制器内部信息均为数字量，但为了保证数字式控制器能够与传统的常规仪表相兼容，数字控制器模拟量输入输出均采用国际统一标准信号（4～20mADC，1～5VDC），可以方便地与DDZ－III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输出功能。

　　具有通讯功能，便于系统扩展 数字控制器除了用于代替模拟调节器构成独立的控制系统之外，还可以与上位计算机一起组成DCS控制系统。数字控制器与上位计算机之间实现串行双向的数字通讯，可以将手、自动状态、PID参数及输入/输出值等信息送到上位计算机，必要时上位计算机也可对控制器施加干预，如工作状态的变更，参数的修改等。

　　可靠性高，维护方便 在硬件方面，一台数字式控制器可以替代数台模拟仪表，同时控制器所用硬件高度集成化，可靠性高。在软件方面，数字式控制器的控制功能主要通过模块软件组态来实现，具有多种故障的自诊断功能，能及时发现故障并采取保护措施。

　　开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为“1”与“0”这类两种状态的信号

　　功能：将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；

　　同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被计算机接受的数据。