简析10.6.1步进控制器的构造

1.位置式PID控制

设被控对象为加热炉，被控量为炉温。PID控制器的输出量mv(t)送给电动调节阀，调节阀内部有一个检测阀门开度（即阀芯位置）的元件，还有一个阀芯位置闭环控制系统（见图10-37的内环），它是一个位置随动系统，用来使阀门实际的开度跟随PID控制器的输出值。这时PID控制器的输出量mv(t)是电动调节阀的阀芯位置的设定值，因此式（10-2）对应的PID控制器称为位置式PID。S7-300/400的FB41就是一种位置式PID控制器。

图10-37 位置式PID闭环控制系统

2.有位置反馈信号的步进控制系统

图10-38中的三步（three step）元件具有带滞环的双向继电器非线性特性，它的作用是将小闭环的误差信号转换为两个开关量信号，它们通过伺服电动机来控制调节阀的开度。图中的内环使阀门的开度正比于其输入值，即PI控制器的输出值LMN。

图10-38 有位置反馈信号的步进控制系统

3.没有位置反馈信号的步进控制系统

FB42“CONT_S”（步进控制器）为了简化系统的物理结构，降低硬件成本，通过运算得到阀门开度信号，用它来代替实际的阀门开度反馈信号。图10-39中的参数MTR_TM是电动调节阀从一个限位位置移动到另一个限位位置所需的时间。(www.xing528.com)

图10-39 使用模拟的位置反馈信号的步进控制系统

FB42直接用它的开关量输出信号控制电动调节阀，可以省去图10-37中的闭环位置控制器和位置传感器。步进控制器的功能基于PI控制算法。

QLMNUP为1时，电动调节阀的开度增大，同时图10-39上面的开关切换到标有“100.0”的位置，积分器对信号100.0/MTR_TM积分，积分器对应的输出分量反映了阀门开度增大的情况。当QLMNDN为1时，积分器对信号–100.0/MTR_TM积分，积分器的对应输出分量反映了阀门开度减小的情况。由上面的分析可知，积分器对图10-39中A点处的信号±100.0/MTR_TM积分后的分量，可以用来模拟阀门开度（位置）的变化情况。

三步元件的输入信号中有3个分量：

1）ER*GAIN：为PI控制器中的比例分量。

2）ER*GAIN/TI经积分器积分后的信号为PI控制器中的积分分量。

3）A点的信号积分后，得到的模拟的阀门开度（位置）信号。

比例分量与积分分量相加后，得到PI控制器的输出信号，它与模拟的阀门位置信号相减，便得到三步元件的输入信号，因此除了阀门位置信号不同以外，图10-39与图10-38的结构是相同的。