控制器可以简单地通过下图来描述:
比较元件和控制器功能介绍控制器的行为。
以下介绍最重要的一些控制器类型。 控制器的阶跃响应将告诉我们有关其行为的大量信息。该阶跃响应说明了 控制器如何对过程值的无规律变化作出响应。
控制器有 3 种重要的基本类型:
比例作用控制器(比例控制器)
积分作用控制器(积分控制器)
微分作用控制器(微分控制器 — 在此不作说明)
这些控制器组合成一个实际控制器。例如,比例积分控制器:
比例控制器
比例作用控制器(比例控制器)按照与回路误差成比例的方式更改调节变 量 M。比例控制器可以立即工作。它自身无法使回路误差变为 0。
MPn = kP × en
MPn: 时间 n 时比例控制器的调节变量
kP: 比例控制器的增益
en: 时间 n 时的回路误差
下图显示了过程值中的跳转和控制器的阶跃响应:
摘要
比例控制器有以下特性:
无法纠正因控制过程 > 持续回路误差而导致的故障。
立即对过程值的变化作出响应。
是稳定的。
积分控制器
积分作用控制器(积分控制器)按照与回路误差和时间成比例的方式更改 调节变量 M。积分控制器根据延迟的操作工作。它可以完全消除回路误差。
要计算时间 n 期间调节变量的值,达到该时间前的这段时间必须分成小的时间片段。每 个时间片段末尾的回路误差必须相加(积分),然后在计算时输入。
MIn = kI × (TS / TI) × (en + en-1 + en-2 + en-3 + … + e0) = kI × (TS / TI) × en + MIn-1
MIn: 时间 n 时积分控制器的调节变量
MIn-1: 时间 n-1 时积分控制器的调节变量,也称为积分和
kI: 积分控制器的增益
TS: 采样时间,时间片段的持续时间
TI: 积分时间:通过该时间,控制积分部分对调节变量的影响,也称为积分 作用时间
en: 时间 n 时的回路误差
en-1: 时间 n-1 时的回路误差;依此类推
e0: 开始计算时的回路误差
下图显示了过程值中的跳转和控制器的阶跃响应:
摘要
积分控制器有以下特性:
准确地将过程值设置为命令变量。
进行此操作时,往往会产生波动,是不稳定的。
比比例控制器需要更多的时间执行控制操作。
比例积分控制器
比例积分控制器可以立即降低回路误差,并最终使回路误差变为 0。
Mn = MPn + MIn = kP × en + kI × (TS/TI) × en + MIn-1
Mn: 时间 n 时的调节变量
MPn: 调节变量的比例部分
MIn: 调节变量的积分部分
MIn-1: 时间 n-1 时积分控制器的调节变量,也称为积分和
kP: 比例控制器的增益
kI: 积分控制器的增益
TS: 采样时间,时间片段的持续时间
TI: 积分时间;通过该时间,控制积分部分对调节变量的影响,也称为积分 作用时间
en: 时间 n 时的回路误差
下图显示了过程值中的跳转和控制器的阶跃响应:
摘要
比例积分控制器有以下特性:
比例控制器组件可以快速阻止刚刚出现的回路误差。
这样,积分控制器组件便可以补偿剩余的回路误差。
控制器组件可以相互补充,从而使比例积分控制器快速、准确地工作。