應(yīng)用LabVIEW實(shí)現(xiàn)PID控制功能

1、作為虛擬儀器的主流開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，圖形語(yǔ)言（Graphical Language）在測(cè)試系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。優(yōu)秀的圖形語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境使LabVIEW 不僅包括了開(kāi)發(fā)虛擬儀器面板的各種對(duì)象和進(jìn)行信號(hào)分析的豐富的函數(shù)，而且提供了外掛的PID 控制工具包，使用戶可以將虛擬儀器拓展到自動(dòng)控制領(lǐng)域。對(duì)于自動(dòng)控制的基本形式， 圖 (4-1)所示的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)， 不僅可以應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)完成它的測(cè)量部分的功能， 而且可以將虛擬儀器技術(shù)拓展到系統(tǒng)的控制器部分，構(gòu)成一種基于虛擬儀器的測(cè)量控制系統(tǒng)。圖 4-1 閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng) 4.1 PID 算式的確定 4.1.1 PID 算式的確定在測(cè)控系統(tǒng)中， 被控量和操縱量確定之

2、后， 就可以根據(jù)對(duì)象的特性和對(duì)控制質(zhì)量的要求， 選擇控制器的控制作用， 由控制器按規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)去推動(dòng)執(zhí)行器?？刂破鞯目刂埔?guī)律，即為控制器的PID 算式。PID 控制算式是一種在工業(yè)控制中廣泛運(yùn)用的控制策略。 它的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，易于現(xiàn)實(shí)，穩(wěn)定性能好。實(shí)際上，大多數(shù)的工業(yè)過(guò)程都不同程度的存在著非線性、參數(shù)時(shí)變性和模糊不確定性，而傳統(tǒng)的PID 控制主要是控制具有確定模型的線性過(guò)程，因此常規(guī)PID 控制不具有在線整定參數(shù)的能力，其控制效果就不是十分理想。如果采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)PID 參數(shù)：、的在線自適應(yīng)，不僅保持了常規(guī)PID 控制的特點(diǎn)，而且具有更大的靈活性、適應(yīng)性

3、和精確性等優(yōu)點(diǎn)，是目前一種較為先進(jìn)的控制算法。但是考慮到本軟件應(yīng)用客戶所具有系統(tǒng)的特點(diǎn)：對(duì)象比較簡(jiǎn)單， 非線性程度不高，大多數(shù)不具有時(shí)變性和模糊不確定性， 而且設(shè)備的投資成本要求較低， 比較適合采用常規(guī) PID 控制，故本課題中的 PID 控制算式就確定為常規(guī)的 PID 控制算式。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。 4.1.2 數(shù)字 PID 控制算式PID 控制就是確定一個(gè)被控制系統(tǒng)的輸出量(Y(t) ，驅(qū)動(dòng)過(guò)程變量接近設(shè)定值，其中被控制的系統(tǒng)參數(shù)叫做過(guò)程變量 (PVProcess Variable)，將被控制的過(guò)程變量指定的理想值叫做設(shè)定值 (R(t)。理論上模擬 PID 控制器的理想算式為：

4、 6(4-1)式中：控制器的輸出：偏差設(shè)定值 R 與過(guò)程變量值PV 之差。：控制器的放大系數(shù)。：控制器的積分時(shí)間常數(shù)。：控制器的微分時(shí)間常數(shù)?；谔摂M儀器的控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此，式 (41)中的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)不能準(zhǔn)確計(jì)算，只能用數(shù)值計(jì)算的方法逼近，稱為數(shù)字PID 控制算式。數(shù)字PID 控制算式通常又分為位置式PID 控制算式和增量式PID 控制算式。1. 1. 位置式 PID 控制算式在采樣時(shí)刻 t=k( 為采樣周期 )時(shí)，式(41) 表示的 PID 控制規(guī)律可以通過(guò)以下數(shù)值公式近似計(jì)算：比例作用：(4-2)積分作用：(4-3)微分作用：(4-4)式

5、(4 2)、式 (4 3)、式 (44)表示的控制算法提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置 u(k)，所以稱為位置式 PID 控制算法，實(shí)際的位置 PID 控制器輸出為比例作用、積分作用與微分作用之和，即(4-5)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。如果采樣周期 取得足夠小， 這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確， 被控過(guò)程與連續(xù)控制過(guò)程十分接近。這種算法的缺點(diǎn)是， 由于全量輸出， 所以每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì) e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的 u(k) 對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障， u(k) 的大幅度變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化， 這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許

6、的。 因而產(chǎn)生了增量式 PID 控制算式。位置式 PID 控制算式的系統(tǒng)控制示意圖如圖 (4-2)所示。2. 增量式 PID 控制算式增量式 PID 控制算式是指數(shù)字控制器的輸出只是控制器的增量 u(k)。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量 （例如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)） 時(shí)，可由式 (4-5)導(dǎo)出提供增量的 PID 控制算式。根據(jù)遞推原理可得：(4-6)用式 (4-5)減去式 (4-6)可得：(4-7)式 (4-7)稱為增量式 PID 控制算式?？梢钥闯觯捎谝话阌?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期 ，一旦確定了 K P、K I、K D ，只要使用前后 3 次測(cè)量值的偏差，即可由式 (4-7)求出控制增量。采

7、用增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的控制增量 u(k)對(duì)應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置（例如閥門(mén)開(kāi)度）的增量。對(duì)應(yīng)閥門(mén)實(shí)際位置的控制量，即控制量增量的積累需要采用一定的方法來(lái)解決，例如用有積累作用的元件（如步進(jìn)電機(jī)）來(lái)實(shí)現(xiàn)；而目前較多的是利用算式 u(k)=u(k-1)+ u(k)通過(guò)執(zhí)行軟件來(lái)完成。圖 (4-3)給出了增量式 PID 控制系統(tǒng)的示意圖。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。就整個(gè)系統(tǒng)而言， 位置式與增量式控制算法并無(wú)本質(zhì)區(qū)別， 增量式控制雖然只是算法上作了一點(diǎn)改進(jìn)，卻帶來(lái)了不少優(yōu)點(diǎn)：（ 1） （1） 由于計(jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可以用邏輯判斷的方法去掉。（ 2） （2） 手動(dòng) /

8、自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，便于無(wú)擾動(dòng)切換。此外，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)， 由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號(hào)的鎖存作用， 故能仍然保持原值。（ 3）（3）算式中不需要累加?？刂圃隽縰(k)的確定僅與最近k次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過(guò)加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。但是增量式控制也有不足之處，積分截?cái)嘈?yīng)大， 有靜態(tài)誤差， 溢出的影響大。因此，在選擇時(shí)不可一概而論， 一般認(rèn)為在以晶閘管作為執(zhí)行器或在控制精度要求高的系統(tǒng)中， 可采用位置控制算法， 而在以步進(jìn)電機(jī)或電動(dòng)閥門(mén)作為執(zhí)行器的系統(tǒng)中，則可采用增量控制算法。 而本文中的對(duì)象正是采用了晶閘管作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且要求被控制溫度波動(dòng)小，所以采用了位置控制算法。 4.

9、1.3 數(shù)字 PID 控制算式的改進(jìn) 131719PID 數(shù)字控制是被廣泛采用的一種算法， 為了適應(yīng)實(shí)際控制的需要， 出現(xiàn)了多種改進(jìn)后的數(shù)字 PID 控制算法。1. 積分分離 PID 控制算法位置式PID 算法每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的積累誤差。 在實(shí)際過(guò)程控制中應(yīng)將控制變量限制在有限的范圍內(nèi)，即。如果計(jì)算機(jī)給出的控制量u 在上述范圍內(nèi)，那么控制可以按預(yù)期的效果進(jìn)行。一旦超出上述范圍， 那么實(shí)際執(zhí)行的控制量就不再是計(jì)算值。因此將引起飽和（失控）效應(yīng)。在位置式PID 控制算法中，“飽和效應(yīng)” 主要是由積分項(xiàng)引起的， 故稱為積分飽和。 這種現(xiàn)象在設(shè)定

10、值發(fā)生突變時(shí)特別容易發(fā)生。當(dāng)設(shè)定值由 R(t)突變到 R(t)時(shí)，若根據(jù)位置 PID 算出的輸出量，那么實(shí)際輸出量u 只能取上限值(圖 4-4 中曲線 b)，而不是計(jì)算專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。值 (圖 4-4 中曲線 a)。此時(shí)由于輸出量受到限制，偏差 e 將比正常情況下持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間 (即 e(t) 0 的正值 ),而使式 (45)的積分項(xiàng)進(jìn)行不適當(dāng)?shù)姆e累，從而得到較大的累積值。當(dāng)偏差 e(t)出現(xiàn)負(fù)值后 (e(t)0。(2) (2) 當(dāng)|e(k)|時(shí)，也即偏差值 |e(k)|比較大時(shí)，采用 PD 控制，可避免過(guò)大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。(3) (3)當(dāng)| e(k)| 時(shí)，也即偏

11、差值 |e(k)|比較小時(shí)，采用 PID 控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。積分分離 PID 控制算法的表達(dá)式為：(4-8)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。圖 4-4 系統(tǒng)存在積分飽和時(shí)控制器輸出u(t)其中 按下式取值：(4-9)采用積分分離 PID 控制算法后，控制效果如圖 (4-5)所示。由圖可見(jiàn)，采用積分分離 PID 控制算法使得控制系統(tǒng)的性能有了較大的改善。2. 遇限削弱積分 PID 控制算法遇限削弱積分PID 控制算法的基本思想是：一開(kāi)始就積分，當(dāng)控制進(jìn)入飽和區(qū) (即限制范圍 )以后，即停止積分，不再進(jìn)行積分項(xiàng)的累加，而只執(zhí)行削弱積分的運(yùn)算。因而，在計(jì)算 u(k)時(shí)，先判斷 u(k-1)

12、是否已超出限制值。若 u(k-1)umax，則只累加負(fù)偏差； 若 u(k-1)umax，則只累加正偏差。這種算法可以避免控制量長(zhǎng)時(shí)間停留在飽和區(qū)。3. 不完全微分 PID 控制算法微分環(huán)節(jié)的引入， 改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性， 但對(duì)于干擾特別敏感。 在誤差擾動(dòng)突變時(shí)，微分項(xiàng)如下：(4-10)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。其中：當(dāng) e(k)為階躍函數(shù)時(shí)， uD (k) 輸出為： uD(0)=K D , uD (1)= uD (2)= =0即僅第一個(gè)周期有輸出，且幅值為K D ，以后均為零。該輸出的特點(diǎn)為：（ 1）微分項(xiàng)的輸出僅在第一個(gè)周期起激勵(lì)作用，對(duì)于時(shí)間常數(shù)較大的系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)作用很小，不能達(dá)到超

13、前控制誤差的目的。（ 2）uD 的幅值 K D 一般比較大，容易造成計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)溢出；此外uD 過(guò)大、過(guò)快的變化，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也會(huì)造成影響(通常 TD ).克服上述缺點(diǎn)的方法之一是在PID 算法中加一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)( 低通濾波器 )，如圖 (4-6)所示，即可構(gòu)成不完全微分PID 控制。對(duì)于圖 (4-6)所示的不完全微分PID 結(jié)構(gòu)，設(shè)它的傳遞函數(shù)為：(4-11)將上式離散化并整理后得：其中 uP(k) 與 uI(k) 與普通 PID 算式完全一致，只是uD(k) 不同(4-12)在式 (4-12)中，令，則；顯然有 1,所以 1-1 成立，則式 (4-12)可簡(jiǎn)化為：專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)

14、下載。(4-13)當(dāng) e(k)為階躍（即 e(k)=1,k=0,1,2,）時(shí)，可求出：uD(0)=K D (1-)e(0)-e(-1)+ uD(-1)=K D(1- )uD(1)=K D (1-)e(1)-e(0)+ uD (0)=uD (0)uD(2)=uD (1)=2uD (0)uD(K)= uD (k-1)= kuD(0)由此可見(jiàn)，引入不完全微分后，微分輸出在第一個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖高度下降，次后又按 ekuD(0)的規(guī)律 ( 1) 逐漸衰減。所以不完全微分能有效地克服上述不足，具有較理想的控制特性 ( 見(jiàn)圖 ( 4-7) 。盡管不完全微分 PID 控制算法比普通 PID 控制算法要復(fù)雜些

15、，但由于其良好的控制特性，近年來(lái)越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。4. 微分先行 PID 控制算法微分先行 PID 控制算法特點(diǎn)是只對(duì)輸出量y(t) 進(jìn)行微分，而對(duì)設(shè)定值 R 不作微分。這樣在改變?cè)O(shè)定值時(shí)， 輸出不會(huì)改變， 而被控量的變化通常總是比較緩和的。這種輸出量先行微分控制適用于設(shè)定值R 頻繁升降的場(chǎng)合，可以避免設(shè)定值升降時(shí)所引起的系統(tǒng)振蕩，明顯地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。微分先行PID 控制的結(jié)構(gòu)如圖 (4-8)所示。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。在上述介紹的四種數(shù)字 PID 控制算式改進(jìn)方法中微分先行法一般用于有較大純滯后的系統(tǒng)； 再將其余的幾種算法結(jié)合所選對(duì)象的特點(diǎn)， 本課題最終選擇的 PID

16、控制算式是位置控制算法和積分分離 PID 控制算法的結(jié)合。 4.2 程序設(shè)計(jì) 152117 4.2.1 程序框圖應(yīng)用 LabVIEW提供的功能軟件實(shí)現(xiàn)PID 控制功能的程序如圖 (4-9)所示。圖 4-9PID 控制功能程序流程圖 4.2.2 程序說(shuō)明1. 1. 數(shù)據(jù)采集子程序：專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。數(shù)據(jù)采集子程序的功能與前述相同(2.3.4 程序流程圖說(shuō)明 ) 。2. 濾波子程序：同前 ( 已在 2.3.4 程序流程圖說(shuō)明中有說(shuō)明) 。3. PID 控制子程序：子程序包括偏差計(jì)算、位置PID 算式計(jì)算、抗積分飽和措施等。4. 顯示子程序：將 PID 控制子程序中確定的 PID 控制

17、曲線、設(shè)定值曲線、被控對(duì)象響應(yīng)曲線及虛擬的 PID 控制器的控制按鈕等加以顯示。5. PID 控制器控制作用輸出子程序：將 PID 控制器的控制作用轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接受的電壓信號(hào)輸出。Lab VIEW 中 PID 工具中包括用于 Lab VIEW 環(huán)境中開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)的各種函數(shù)。為了適應(yīng)工程實(shí)際使用中的需要，還對(duì)式 (41)做了必要的修正，并為用戶提供接口，以便根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況配置參數(shù)。應(yīng)用 LabVIEW提供的功能軟件實(shí)現(xiàn)PID 控制功能的程序的前面板如圖(4-10)所示，流程圖如 (4-11)所示。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。圖 4-10 PID 控制程序前面板 4.3 程序的仿真試驗(yàn) 1

18、92531為驗(yàn)證程序的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行仿真時(shí)選擇了三個(gè)對(duì)象，并利用LabVIEW 提供的實(shí)時(shí)控制模塊（ RT 模塊）模擬對(duì)象的傳遞函數(shù)。在進(jìn)行 PID 控制程序仿真演示時(shí)，對(duì)原有的程序進(jìn)行了如下的改動(dòng)：1.1.設(shè)定值子程序：. 將原有程序中測(cè)量值與設(shè)定值之間的差值（即偏差值）改為由單位階躍信號(hào)替代。2. 2. 模擬對(duì)象環(huán)節(jié)子程序：利用 LabVIEW 提供的實(shí)時(shí)控制模塊 （ RT 模塊）模擬對(duì)象的傳遞函數(shù)。PID 控制功能演示程序流程圖如圖(4-12)所示。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。 4.3.1 仿真演示實(shí)例一在 LabVIEW 環(huán)境下選擇的傳遞函數(shù)為：(4

19、-14)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。這是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng)PID 參數(shù)整定為： =22%；=15s；=0s時(shí)，其仿真結(jié)果如圖 (4-13)所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采用的是方波信號(hào)。 4.3.2 仿真演示實(shí)例二在 LabVIEW 環(huán)境下選擇的傳遞函數(shù)為：(4-15)這是一個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng) PID 參數(shù)整定為： =8.5%； =12s； =3s 時(shí)，其仿真結(jié)果如圖 (4-14)所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采用的是單位階躍信號(hào)。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。若比例作用增加，即 PID 參數(shù)整定為： =2.5%；=12s；=3s；若比例作用減弱，即 PID 參數(shù)整定為： =17%；=12s；=3

20、s；若積分作用減弱，即 PID 參數(shù)整定為： =8.5%；=30s；=3s；若積分作用增強(qiáng)，即 PID 參數(shù)整定為： =8.5%；=6s；=3s；若微分作用增加，即 PID 參數(shù)整定為： =8.5%；=12s；=16s；若微分作用減弱，即 PID 參數(shù)整定為： =8.5%；=12s；=1. 5s。取上述參數(shù)時(shí)其仿真結(jié)果比較如圖 (4-15)所示。 4.3.3 仿真演示實(shí)例三在 LabVIEW 環(huán)境下選擇的傳遞函數(shù)為：(4-16)這是一個(gè)具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)， 也就是在第二章中系統(tǒng)測(cè)試軟件所選擇的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。由自動(dòng)控制理論可知，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)含有純滯后環(huán)節(jié)時(shí)，可將純滯后因子用有理函數(shù)來(lái)近似。我們知道

21、一個(gè)指數(shù)函數(shù)可以用如下極限表示： 5(4-17)這就是說(shuō)，純滯后環(huán)節(jié)可以用無(wú)窮個(gè)具有極點(diǎn)為值（）的一階環(huán)節(jié)串聯(lián)起來(lái)表示。當(dāng)然，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)常用近似公式，例如近似取n=3 時(shí)則：(4-18)即用三個(gè)一階環(huán)節(jié)串聯(lián)來(lái)近似。對(duì)于式 (4-17)的表示形式， n 取得愈大則愈精確地近似理想值，但增加了分析計(jì)算時(shí)的復(fù)雜性。指數(shù)函數(shù)的另一個(gè)近似公式是用馬克勞林展開(kāi)式，它由式(4-19)表示：(4-19)在計(jì)算時(shí)，可以取前面幾項(xiàng)。如取一項(xiàng)則可寫(xiě)成：專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。(4-20)同理，也可以將式 (4-16)近似表示為：(4-21)當(dāng) PID 參數(shù)整定為： =23%； =360s；=90s 時(shí)，其

22、仿真結(jié)果如圖 (4-16)所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采用的是單位階躍信號(hào)。若比例作用增加，即 PID 參數(shù)整定為： =2%；=360s；=90s；若比例作用減弱，即 PID 參數(shù)整定為： =50%；=360s；=90s；若積分作用減弱，即 PID 參數(shù)整定為： =23%；=720s；=90s；若積分作用增加，即 PID 參數(shù)整定為： =23%；=180s；=90s；若微分作用增加，即 PID 參數(shù)整定為： =23%；=360s；=180s；若微分作用減弱，即 PID 參數(shù)整定為： =23%；=360s；=40s；取上述參數(shù)時(shí)其仿真結(jié)果比較如圖 (4-17)所示。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。專

23、業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。a)對(duì)象響應(yīng)曲線b)調(diào)節(jié)器輸出曲線圖 4-15取不同控制參數(shù)時(shí)二階慣性環(huán)節(jié)仿真結(jié)果的比較專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。a)對(duì)象響應(yīng)曲線b)調(diào)節(jié)器輸出曲線圖 4-17取不同控制參數(shù)時(shí)具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)仿真結(jié)果的比較 4.3.4仿真結(jié)果分析 19258 91.基本控制規(guī)律對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響控制規(guī)律就是控制器接受了輸入的偏差信號(hào)后， 控制器的輸出隨輸入變化的規(guī)律，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最基本的控制規(guī)律有：比例控制、積分控制、微分控制。(1)比例控制規(guī)律：專業(yè)文檔供參考，如

24、有幫助請(qǐng)下載。比例控制規(guī)律是控制器輸出的變化量與被控參數(shù)的偏差值成比例的關(guān)系，常用 P 表示。工業(yè)上所用的控制器，都用比例度 （也稱比例帶）來(lái)表示比例控制作用的強(qiáng)弱。比例度可以用下式來(lái)表示：(4-22 )式中e 控制器輸入變化量（即偏差） ； P 控制器的輸出變化量； 儀表的量程； 控制器輸出的工作范圍。比例度就是使控制器輸出變化全范圍時(shí)，輸入偏差改變了滿量程的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)儀表的量程和控制器輸出的工作范圍相等時(shí)，比例度就和儀表的放大倍數(shù) Kc 互為倒數(shù)關(guān)系，即：(4-23)比例控制規(guī)律就是控制器的輸出與輸入成比例關(guān)系，只要控制器有偏差輸入，其輸出立即按比例度變化， 因此比例控制作用及時(shí)迅速； 但

25、只是具有比例控制規(guī)律的控制系統(tǒng)， 當(dāng)被控參數(shù)受干擾影響而偏離給定值后， 控制器的輸出必定改變，在系統(tǒng)穩(wěn)定后，由于比例關(guān)系，被控參數(shù)就不可能回到原先數(shù)值上，即存在殘余偏差余差。余差是比例控制器應(yīng)用方面的一個(gè)缺點(diǎn)， 在控制器的輸出變化量相同的情況下，比例度 越?。?Kp 越大），余差越小。但是若比例度過(guò)分減小，系統(tǒng)容易振蕩。比例度對(duì)控制過(guò)程的影響如圖 (4-18) 所示。由圖中可以看出，比例度越大，過(guò)渡過(guò)程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大。比例度越小，則過(guò)渡過(guò)程曲線越振蕩。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。圖 4-18比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響（ 1） （ 1）積分控制規(guī)律：積分控制規(guī)律是控制器的輸出變化與輸

26、入偏差的積分成比例關(guān)系， 常用 I 表示。由于積分作用是偏差對(duì)時(shí)間的積分， 因此積分作用的輸出與時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。在一定偏差作用下， 積分作用的輸出隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加， 因此積分作用有 “慢慢來(lái)”的特點(diǎn)。由于這一特點(diǎn)，調(diào)節(jié)不及時(shí)，使被調(diào)參數(shù)的超調(diào)量增加，操作周期和回復(fù)時(shí)間增長(zhǎng)， 這些對(duì)控制是不利的。 因此積分作用往往與比例作用一起使用。當(dāng)然若積分時(shí)間 Ti 減小些，被調(diào)參數(shù)的過(guò)渡過(guò)程會(huì)有所改善， 但是 Ti 過(guò)小，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)激烈的振蕩； 也是由于這一特點(diǎn)， 對(duì)一個(gè)很小的偏差， 雖然在很短的時(shí)間內(nèi)，積分作用的輸出變化很小， 還不足以消除偏差， 然而經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，積分作用的輸出總可以增大到足以消除偏差的程度。 因此積分作用具有消專業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。除余差的能力。圖 (4-19)是表示在同樣的比例度下積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。由圖可以看出，積分時(shí)間過(guò)大，積分作用不明顯，余差消除很慢（見(jiàn)曲線 3）；積分時(shí)間過(guò)小，過(guò)渡過(guò)程振蕩太劇烈，穩(wěn)定程度降低（見(jiàn)曲線 1）。圖 4-19積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響（ 2） （ 2）微分控制規(guī)律：微分控制規(guī)律是控制器的輸出與偏差變化的速度成正比，常用D 表示。由于微分作用的輸出與偏差變化的速度成正比， 因此對(duì)于一個(gè)幅度很小， 甚至為零的偏差，若變化速