自动控制理论 第三章 控制系统的时域分析 3.6 状态方程的解

5.3 过程控制的基本控制规律与控制器

在反馈控制系统中控制器的作用就是接受由给定值和反馈信号之间形成的偏差信号,按一定的控制规律产生控制信号。图5.12表明了控制器的作用。当控制方案确定后，控制器的作用起着决定作用。控制系统的动态品质和稳态精度能否满足要求，取决于能否正确地选择控制器的控制规律及确定控制器的控制参数。

图5.12 控制器的作用

5.3.1  基本控制规律

过程控制的基本规律有4种：位式控制、比例控制、积分控制和微分控制。1.位式控制位式控制又称为开关控制，是最简单的一种控制方式。图5.13是位式控制的特性。位式控制的输出只有2个值，不是最大，就是最小。对应的控制机构不是开就是关。按图5.13所示的特性，位式控制器是不能工作的。当偏差e(t)在零附近波动时，会引起执行机构的频繁动作，容易造成运动部件的损坏，而执行机构的输出（称之为操作量）反复高频率地变化也无必要。实际应用的位式控制器特性如图5.14所示。控制器在偏差较小时有一个中间不灵敏区，使开和关的转换不在偏差的同一值上，避免了执行机构开关的频繁程度。

位式控制易于实现，控制器结构简单，在控制过程中，主要用于设备的启或停，不重要的设备控制等。位式控制不是连续控制，在控制品质要求较高的连续信号控制的场合不使用这种控制方式。从这个意义上讲，位式控制和下面介绍的 3种基本控制规律是有区别的。

图 5.13 位式控制特性图5.14 改进的位式控制特性

2. 比例控制比例控制作用为

　　(5.15)

传递函数为

　　(5.16)

式中称为比例放大系数。比例控制简称 P控制(Proportional).　　比例控制的单位阶跃响应如图5.15所示。

图5.15 比例控制的阶跃反映

比例控制的输出与输入是同步变化的，没有惯性和时间上的延迟。响应快，与输入成比例的变化，只是比例控制最突出的优点，正是由于这一特点，使比例控制成为一种最重要的基本控制规律。所有的工业控制器都包含有比例控制，比例控制也可以单独构成控制器。

式（5.15）中的 ,都是指控制量，偏差的变化量，即在原有稳态基础上的增量，当 =0时，控制器的输出实际上是 ，即工作点的值，而不是没有输出。