比例控制

比例控制

P(比例)控制是一种最简单的控制方式。P(比例)控制器的输入信号成比例地反应输出信号。它的作用是调整系统的开环增益,提高系统的稳态精度,降低系统的惰性,加快响应速度。

概念
控制器的输出信号m(t)能够成比例地反应其输入信号e(t)。用数学式表达,即:m(t)=kpe(t)。式中,kp为比例系数。
P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换过程中,P控制器只改变信号的增益而不影响其相位。在串联校正中,加大控制器增益Kp,可以提高系统的开环增益,减小系统稳态误差,从而提高系统的控制精度,但会降低系统的相对稳定性,甚至可能造成闭环系统不稳定。因此,在系统校正设计中,很少单独使用比例控制规律。
控制结合
比例控制与积分控制结合(PI控制)
具有比例-积分控制规律的控制器,称PI控制器,其输出信号m(t)同时成比例地反应输入信号e(t)及其积分,即
式中,Kp为可调比例系数;Ti为可调积分时间常数。
在串联校正时,PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点,同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别,以消除或减小系统的稳态误差,改善系统的稳态性能;而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度,缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大,PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制工程实践中,PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。
比例控制与微分控制结合(PD控制)
具有比例——微分控制规律的控制器,称为PD控制器,其输出m (t)与输入e(t)的关系如下式所示:
式中,Kp为比例系数; 为微分时间常数。Kp与 都是可调的参数。
PD控制器中的微分控制规律,能反应输入信号的变化趋势,产生有效的早期修正信号,以增加系统的阻尼程度,从而改善系统的稳定性。在串联校正时,可使系统增加一个 的开环零点,使系统的相角裕度提高,因而有助于系统动态性能的改善。
比例、积分、微分控制结合(PID控制)
具有比例-积分-微分控制规律的控制器,称PID控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点,其运动方程为
相应的传递函数为
与PI控制器相比,PID控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外,还多提供一个负实零点,从而在提高系统动态性能方面,具有更大的优越性。因此,在工业过程控制系统中,广泛使用PID控制器。PID控制器各部分参数的选择,在系统现场调试中最后确定。通常,应使I部分发生在系统频率特性的低频段,以提高系统的稳态性能;而使D部分发生在系统频率特性的中频段,以改善系统的动态性能。
比例控制技术
比例控制技术是实现元件或系统的被控制量(油液的压力、流量等) 与控制量(电气信号) 之间线性关系的技术手段,它弥补了电液伺服控制应用和维护条件苛刻、成本高、能耗大以及传统的电液开关控制性能差等缺陷,很好地满足了工程实际的需要并得到迅速的发展。
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