NAKAKITA型PID调节器的结构和工作原理

NAKAKITA型PID调节器按位移平衡原理工作。其结构原理如图8-1所示。调节器有两个指针，即红色给定指针与黑色测量指针。在初始平衡状态下，被控量的测量值与给定值相等，黑色测量指针与红色给定指针重合。这时喷嘴挡板之间开度不变，调节器有一个稳定的输出。比例波纹管、积分波纹管、微分气室及积分气室压力相等，都等于调节器的输出压力。当系统受到扰动时，被控量的测量值离开给定值出现偏差。假定测量值增大，经控制板送入弹簧管，使弹簧管张开，其自由端F产生一个向上的位移量，带动FG杆上移，FG杆推动GH杆上移。使HEN杆和HED杆均以E为轴逆时针转动。它一方面使MN杆右移，黑色测量指针将绕轴Q′向指示黏度增大的方向转动；另一方面，D点右移，带动AC杆绕轴C逆时针转动，BO′杆右移，OO′杆以O为支点顺时针转动，固定于OO′杆上的销钉上移，推动控制挡板开度的调节杆上移，这一动作使挡板离开喷嘴，喷嘴背压下降，经气动功率放大器使调节器的输出压力降低（反作用式）。这一降低的压力信号送到执行机构来开大调节阀（应配合使用气关式调节阀），使测量值降低。

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图8-1　NAKAKITA型黏度调节器结构原理

同时，这一降低的输出信号又分三路作为调节器的反馈信号。第一路与微分气室中的波纹管相通，波纹管收缩，波纹管外面气室压力略有降低，则比例波纹管压力略有降低，OO′杆略有下降使挡板略微靠近喷嘴，这一负反馈很弱，不足以抵制挡板继续离开喷嘴，挡板离开喷嘴的位移量比较大，使调节器的输出压力大大降低，调节阀开度变化量很大，这就是调节器的微分输出，以实现超前控制，抑制偏差的出现；第二路是微分气室压力经微分阀与调节器的输出相通，其压力不断下降，负反馈作用不断增强，挡板逐渐靠近喷嘴，调节器的输出压力信号不断增大，这是微分输出消失的过程。当测量信号使挡板离开喷嘴的位移量与负反馈信号使挡板靠近喷嘴的位移量相平衡时，微分输出就消失在比例输出上；第三路是积分波纹管压力经积分阀不断放气而降低，使挡板又离开喷嘴一些，调节器的输出压力信号又有所下降，这一附加的正反馈用来消除静态偏差，最终使测量值等于给定值，黑色测量指针与红色给定指针重合。NAKAKITA型黏度调节器如图8-2所示。

图8-2　NAKAKITA型黏度调节器

当被控量的测量值减小时，调节器的动作原理与此相同，只是动作方向相反。