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、积分和导数控制的用途。本课程还介绍了较新的控制方法;级联，比率，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，控制器输出与输入到控制器的误差信号在代数上成正比。控制器的简单框图模型显示了这一点。

在这种情况下，控制器输出是误差信号（e）的控制器（k）次的增益，或

o / p = ke

这个方程叫做控制算法。K值可以在旧的气动设备上手动设置。在现代DCS系统中，它是通过计算机程序来设置的。

许多工业控制器的增益调节机制都以比例带(PB)表示。比例频带定义为输入值与输出值的完全或完全变化所对应的范围。这通常用百分比表示，并通过以下方式与比例增益有关:

PB = x 100%

在这种情况下，控制器输出是误差信号（e）的控制器（k）次的增益，或

o / p = ke

这个方程叫做控制算法。K值可以在旧的气动设备上手动设置。在现代DCS系统中，它是通过计算机程序来设置的。

Pb =（1 /增益）x 100％

在实践中，宽带（高百分比的Pb）具有低增益和窄带具有高增益。有很多方法可以展示不同比例带的效果。一个例子如图所示

比例控制很简单。它是调整的最简单的控制模式，因为只有一个值要调整。它非常稳定并快速响应变化。

然而，比例控制具有一个巨大的缺点。在稳定状态下，它显示“偏移”。这意味着设定点（SP）与测量变量（MV）的实际值之间存在稳定状态的差异。

复位(积分)动作提供一个取决于错误信号大小的信号。它不同于比例控制，因为它将继续消除任何误差，直到偏移量为零。

复位（积分）控制操作与比例控制操作相结合。该组合称为比例复位或比例积分动作（PI控制）。该组合提供了一个稳定的控制动作，无偏移快速响应。

上图显示了P & I控制的动作。积分作用的速率取决于重置时间的调整。这是以每分钟重复次数或每重复分钟数来衡量的，这取决于制造商。下面的简单图表说明了这意味着什么。

在上图中，复位动作在一分钟内重复两次比例动作。因此，重置时间要么是每分钟重复2次，要么是每重复0.5分钟

衍生物（速率）控制动作产生输出信号，其与误差信号变化的快速成比例（其速率）。当环路响应非常慢时，才使用此类控制。在循环上使用衍生控制，响应变化的循环是危险的。输出太快移动到最大值或最小值，并且可以在被控制的过程中产生冲击波。

衍生物控制动作仅与比例和积分动作一起使用。三种控制模式在一起提供称为比例 - 积分衍生物控制动作（PID控制）的内容。

图显示了PID控制对误差信号中的步骤变化的影响。

输出信号是三个控制操作的组合。请注意，速率调整会改变应用衍生信号的应用程度。一些制造商呼叫导数动作“Pre-Act”，因为它只在开始时产生信号以加快响应时间。

旧类型的控制器(例如Foxboro气动型43AP或SPEC 200模拟电气/电子)将PID控制组合成一个单一的单元，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了大量的PID控制，但方式不同。下面的框图显示了不同之处。

框图显示了典型的旧类型PID控制器。如果设置点更改，导数动作可能会导致输出的大而不稳定的变化。所以，D仅用于非常慢的循环。

框图显示了基于典型的微处理器DCS控制器。衍生作用仅应用于测量值的变化。设定点的变化不受衍生动作的影响。该方法提供了更好地响应过程变化和更准确的控制。请注意，使用计算机程序更改PID设置。该程序必须具有控制器特性的“算法”