比例帶與比例控制(P)輸出的關(guān)系詳解

比例控制

TITLE:比例控制(P)(Proportionalcontrolaction)

比例控制(P)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。根據(jù)設(shè)備有所不同，比例帶一般為2～10％(溫度控制)。但是，僅僅是P控制的話，會(huì)產(chǎn)生下面將提到的offset(穩(wěn)態(tài)誤差)，所以一般加上積分控制(I)，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例帶與比例控制(P)輸出的關(guān)系如圖所示。用MVp運(yùn)算式的設(shè)定舉例:

圖1

圖2：比例帶與輸出的關(guān)系

穩(wěn)態(tài)誤差(Offset)

比例控制中，經(jīng)過一定時(shí)間后誤差穩(wěn)定在一定值時(shí)，此時(shí)的誤差叫做穩(wěn)態(tài)誤差(offset)。僅用比例控制的時(shí)候，根據(jù)負(fù)載的變動(dòng)及設(shè)備的固有特性不同，會(huì)出現(xiàn)不同的穩(wěn)態(tài)誤差。負(fù)載特性與控制特性曲線的交點(diǎn)和設(shè)定值不一致是產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差的原因。比例帶小時(shí)不會(huì)產(chǎn)生。為消除穩(wěn)態(tài)誤差，我們?cè)O(shè)定手動(dòng)復(fù)位值--manualreset值(MR)，以消除控制誤差。

圖3：比例控制產(chǎn)生的offset

手動(dòng)復(fù)位(Manualreset)

式1：MR:manualreset值

如前所述，僅用比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。為此，將MR(manualreset值)設(shè)為可變，則可自由整定(即調(diào)整)調(diào)節(jié)器的輸出。只要手動(dòng)操作輸出相當(dāng)于offset的量，就能與目標(biāo)值一致。這就叫做手動(dòng)復(fù)位(manualreset)，通常比例調(diào)節(jié)器上配有此功能。在實(shí)際的自動(dòng)控制中，每次發(fā)生offset時(shí)以手動(dòng)進(jìn)行reset的話，這樣并不實(shí)用。在后面將敘述的積分控制功能，能自動(dòng)消除穩(wěn)態(tài)誤差。

圖4

積分控制

積分控制(I)(Integralcontrolaction)

所謂積分控制(I)，就是在出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)自動(dòng)的改變輸出量，使其與手動(dòng)復(fù)位動(dòng)作的輸出量相同，達(dá)到消除穩(wěn)態(tài)誤差的目的。當(dāng)系統(tǒng)存在誤差時(shí)，進(jìn)行積分控制，根據(jù)積分時(shí)間的大小調(diào)節(jié)器的輸出會(huì)以一定的速度變化，只要誤差還存在，就會(huì)不斷的進(jìn)行輸出。

圖5

積分時(shí)間的定義：

當(dāng)積分項(xiàng)和比例項(xiàng)對(duì)于控制器的輸出的貢獻(xiàn)相同，即積分作用重復(fù)了一次比例作用時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間，就是積分時(shí)間。

微分控制

微分控制(D)(Differentialcontrolaction)

微分控制(D)的功能是通過誤差的變化率預(yù)報(bào)誤差信號(hào)的未來(lái)變化趨勢(shì)。通過提供超前控制作用，微分控制能使被控過程趨于穩(wěn)定。因此，它經(jīng)常用來(lái)抵消積分控制產(chǎn)生的不穩(wěn)定趨勢(shì)。

圖6

微分時(shí)間的定義:

當(dāng)輸入量持續(xù)的以一定速率變化時(shí)，微分項(xiàng)和比例項(xiàng)對(duì)于控制器的輸出的貢獻(xiàn)相同，即微分作用重復(fù)了一次比例作用時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間，就是微分時(shí)間。