什么是比例，积分和导数控制?|仪表和控制工程

介绍

本单元的目的是描述比例，积分和微分控制的使用。本课程还介绍了较新的控制方法;级联，比例，前馈，自适应和多变量。

基本的连续控制方式是“比例控制”。在比例控制下，控制器输出与控制器的错误输入信号成代数比例。控制器的简单框图模型显示了这一点。

在这种情况下，控制器输出是控制器的增益(K)乘以误差信号(E)，或者

O / P =柯

这个方程叫做控制算法。在老式的气动设备上，K值可以手动设置。在现代DCS系统中，它是通过计算机程序设置的。

许多工业控制器的增益调节机制都用比例频带(PB)表示。比例频带定义为输入值的跨度，它对应于输出中完全或完全的变化。这通常用百分数表示，并与按比例增加有关:

PB = x 100%

在这种情况下，控制器输出是控制器的增益(K)乘以误差信号(E)，或者

O / P =柯

这个方程叫做控制算法。在老式的气动设备上，K值可以手动设置。在现代DCS系统中，它是通过计算机程序设置的。

PB =(1/增益)x 100%

在实际应用中，宽频带(PB百分比高)增益低，窄频带增益高。有很多方法可以显示不同比例的频带的影响。图中显示了一个示例

比例控制非常简单。它是连续控制模式中最容易调整的，因为只有一个值要调整。它非常稳定，并能快速响应变化。

然而，比例控制有一个很大的缺点。在稳态时，显示“偏移”。这意味着在稳态时设定值(SP)和测量变量(MV)的实际值之间存在差异。

复位(积分)动作提供一个信号，该信号取决于错误信号的大小。它不同于比例控制，因为它将继续抵消任何误差，直到偏移量为零。

复位(积分)控制动作与比例控制动作相结合。这种组合称为比例-复位或比例-积分动作(PI控制)。这种组合提供了一个稳定的控制动作，响应迅速，没有偏移。

上图显示了P & I控制的动作。应用积分作用的速率取决于重置时间的调整。这是以每分钟重复一次或每分钟重复一次来衡量的，这取决于制造商。下面的简单图表显示了这意味着什么。

在上图中，复位动作在一分钟内重复两次比例动作。因此，重置时间为每分钟重复2次或每次重复0.5分钟

微分(速率)控制动作产生与误差信号变化的速度(速率)成正比的输出信号。这种类型的控制只在循环响应非常慢的时候使用。对快速响应变化的循环使用导数控制是危险的。输出移动太快到一个最大值或最小值，并可能在被控制的过程中产生冲击波。

微分控制作用只用于比例和积分作用。这三种控制模式一起提供了所谓的比例-积分-微分控制行动，(PID控制)。

图中显示了PID控制对误差信号中一个阶跃变化的影响。

输出信号是三种控制动作的组合。请注意，利率调整改变了微分信号应用的时间。一些制造商称派生行动为“预行动”，因为它只在开始时产生一个信号，以加快反应时间。

较老类型的控制器(例如Foxboro气动型43AP或SPEC 200模拟电气/电子)将PID控制结合到一个单独的单元，对错误信号进行操作。欧宝体育黑人么然而，现代微处理器控制器使用大量PID控制，但以不同的方式。下面的框图显示了两者的区别。

框图显示了一个典型的老式PID控制器。如果设定值发生改变，导数动作会引起输出中较大且不稳定的变化。D只用于非常慢的循环。

框图显示了一个典型的基于微处理器的DCS控制器。导数作用仅适用于测量值的变化。设置点的变化不受派生动作的影响。该方法能更好地响应工艺变化，控制更准确。注意，PID设置是用计算机程序更改的。此程序必须具有“算法”的控制器特性