應(yīng)用LabVIEW實(shí)現(xiàn)PID控制功能

適用標(biāo)準(zhǔn)文檔作為虛構(gòu)儀器的主流開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，圖形語(yǔ)言（GraphicalLanguage）在測(cè)試系統(tǒng)中獲取寬泛應(yīng)用。優(yōu)異的圖形語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境使LabVIEW不單包含了開(kāi)發(fā)虛構(gòu)儀器面板的各樣對(duì)象和進(jìn)行信號(hào)剖析的豐富的函數(shù)，并且供給了外掛的PID控制工具包，使用戶能夠?qū)⑻摌?gòu)儀器拓展到自動(dòng)控制領(lǐng)域。關(guān)于自動(dòng)控制的基本形式，圖(4-1)所示的閉環(huán)負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)，不單能夠應(yīng)用虛構(gòu)儀器技術(shù)達(dá)成它的丈量部分的功能，并且能夠?qū)⑻摌?gòu)儀器技術(shù)拓展到系統(tǒng)的控制器部分，組成一種鑒于虛構(gòu)儀器的丈量控制系統(tǒng)。圖4-1閉環(huán)負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)4.1PID算式確實(shí)定4.1.1PID算式確實(shí)定在測(cè)控系統(tǒng)中，被控量和操控量確立以后，就能夠依據(jù)對(duì)象的特征和對(duì)控制質(zhì)量的要求，選擇控制器的控制作用，由控制器按規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)去推進(jìn)履行器。控制器的控制規(guī)律，即為控制器的PID算式。PID控制算式是一種在工業(yè)控制中寬泛運(yùn)用的控制策略。它的長(zhǎng)處是原理簡(jiǎn)單，易于現(xiàn)實(shí)，穩(wěn)固性能好。實(shí)質(zhì)上，大部分的工業(yè)過(guò)程都不一樣程度的存在著非線性、參數(shù)時(shí)變性和模糊不確立性，而傳統(tǒng)的PID控制主假如控制擁有確立模型的線性過(guò)程，所以慣例PID控制不擁有在線整定參數(shù)的能力，其控制成效就不是十分理想。假如采納模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)：、、的在線自適應(yīng)，不單保持了慣例PID控制的特色，并且擁有更大的靈巧性、適應(yīng)性和精準(zhǔn)性等長(zhǎng)處，是當(dāng)前一種較為先進(jìn)的控制算法。可是考慮到本軟件應(yīng)用客戶所擁有系統(tǒng)的特色：對(duì)象比較簡(jiǎn)單，非線性程度不高，大部分不擁有時(shí)變性和模糊不確立性，并且設(shè)施的投資成本要求較低，比較合適采納慣例PID控制，故本課題中的PID控制算式就確立為慣例的PID控制算式。文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔4.1.2數(shù)字PID控制算式PID控制就是確立一個(gè)被控制系統(tǒng)的輸出量(Y(t))，驅(qū)動(dòng)過(guò)程變量靠近設(shè)定值，此中被控制的系統(tǒng)參數(shù)叫做過(guò)程變量(PV—ProcessVariable)，將被控制的過(guò)程變量指定的理想值叫做設(shè)定值(R(t))。理論上模擬PID控制器的理想算式為：［6］(4-1)式中：控制器的輸出：偏差設(shè)定值R與過(guò)程變量值PV之差。：控制器的放大系數(shù)。：控制器的積分時(shí)間常數(shù)。：控制器的微分時(shí)間常數(shù)。鑒于虛構(gòu)儀器的控制是一種采樣控制，它只好依據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。所以，式(4—1)中的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)不可以正確計(jì)算，只好用數(shù)值計(jì)算的方法迫近，稱為數(shù)字PID控制算式。數(shù)字PID控制算式往常又分為地點(diǎn)式PID控制算式和增量式PID控制算式。1.地點(diǎn)式PID控制算式在采樣時(shí)刻t=kθ(θ為采樣周期)時(shí)，式(4—1)表示的PID控制規(guī)律能夠經(jīng)過(guò)以下數(shù)值公式近似計(jì)算：比率作用：(4-2)積分作用：(4-3)微分作用：(4-4)式(4—2)、式(4—3)、式(4—4)表示的控制算法供給了履行機(jī)構(gòu)的地點(diǎn)u(k)，所以稱為地點(diǎn)式PID控制算法，實(shí)質(zhì)的地點(diǎn)PID控制器輸出為比率作用、積分作用與微分作用之和，即文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔(4-5)假如采樣周期θ獲得足夠小，這類(lèi)迫近可相當(dāng)正確，被控過(guò)程與連續(xù)控制過(guò)程十分靠近。這類(lèi)算法的弊端是，因?yàn)槿枯敵?，所以每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)相關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大。并且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的u(k)對(duì)應(yīng)的是履行機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)地點(diǎn)，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化，會(huì)惹起履行機(jī)構(gòu)地點(diǎn)的大幅度變化，這類(lèi)狀況常常是生產(chǎn)實(shí)踐中不一樣意的。因此產(chǎn)生了增量式PID控制算式。地點(diǎn)式PID控制算式的系統(tǒng)控制表示圖如圖(4-2)所示。2.增量式PID控制算式增量式PID控制算式是指數(shù)字控制器的輸出不過(guò)控制器的增量u(k)。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量（比如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)）時(shí)，可由式(4-5)導(dǎo)出供給增量的PID控制算式。依據(jù)遞推原理可得：(4-6)用式(4-5)減去式(4-6)可得：(4-7)式(4-7)稱為增量式PID控制算式。能夠看出，因?yàn)橐话阌?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采納恒定的采樣周期θ，一旦確立了KP、KI、KD，只需使用前后3次丈量值的偏差，即可由式(4-7)求出控制增量。采納增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的控制增量u(k)對(duì)應(yīng)的是本次履行機(jī)構(gòu)位文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔置（比如閥門(mén)開(kāi)度）的增量。對(duì)應(yīng)閥門(mén)實(shí)質(zhì)地點(diǎn)的控制量，即控制量增量的積累需要采納必定的方法來(lái)解決，比如用有積累作用的元件（如步進(jìn)電機(jī)）來(lái)實(shí)現(xiàn)；而當(dāng)前許多的是利用算式u(k)=u(k-1)+u(k)經(jīng)過(guò)履行軟件來(lái)達(dá)成。圖(4-3)給出了增量式PID控制系統(tǒng)的表示圖。就整個(gè)系統(tǒng)而言，地點(diǎn)式與增量式控制算法并沒(méi)有實(shí)質(zhì)差別，增量式控制固然不過(guò)算法上作了一點(diǎn)改良，卻帶來(lái)了許多長(zhǎng)處：1）（1）因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必需時(shí)能夠用邏輯判斷的方法去掉。2）（2）手動(dòng)/自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，便于無(wú)擾動(dòng)切換。別的，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，因?yàn)檩敵鐾ǖ阑蚵男醒b置擁有信號(hào)的鎖存作用，故能仍舊保持原值。（3）（3）算式中不需要累加?？刂圃隽縰(k)確實(shí)定僅與最近k次的采樣值相關(guān)，所以較簡(jiǎn)單經(jīng)過(guò)加權(quán)辦理而獲取比較好的控制成效?？墒窃隽渴娇刂埔灿胁蛔阒?，積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)偏差，溢出的影響大。所以，在選擇時(shí)不行混為一談，一般以為在以晶閘管作為履行器或在控制精度要求高的系統(tǒng)中，可采納地點(diǎn)控制算法，而在以步進(jìn)電機(jī)或電動(dòng)閥門(mén)作為履行器的系統(tǒng)中，則可采納增量控制算法。而本文中的對(duì)象正是采納了晶閘管作為履行機(jī)構(gòu)，且要求被控制溫度顛簸小，所以采納了地點(diǎn)控制算法。4.1.3數(shù)字PID控制算式的改良[13][17][19]PID數(shù)字控制是被寬泛采納的一種算法，為了適應(yīng)實(shí)質(zhì)控制的需要，出現(xiàn)了多種改良后的數(shù)字PID控制算法。積分分別PID控制算法地點(diǎn)式PID算法每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)相關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，簡(jiǎn)單產(chǎn)生較大的積累偏差。在實(shí)質(zhì)過(guò)程控制中應(yīng)將控制變量限制在有限的范圍內(nèi)，即。假如計(jì)算機(jī)給出的控制量u在上述范圍內(nèi)，文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔那么控制能夠按預(yù)期的成效進(jìn)行。一旦高出上述范圍，那么實(shí)質(zhì)履行的控制量就不再是計(jì)算值。所以將惹起飽和（失控）效應(yīng)。在地點(diǎn)式PID控制算法中，“飽和效應(yīng)”主假如由積分項(xiàng)惹起的，故稱為積分飽和。這類(lèi)現(xiàn)象在設(shè)定值發(fā)生突變時(shí)特別簡(jiǎn)單發(fā)生。當(dāng)設(shè)定值由R(t)突變到R(t)″時(shí)，若依據(jù)地點(diǎn)PID算出的輸出量，那么實(shí)質(zhì)輸出量u只好取上限值(圖4-4中曲線b)，而不是計(jì)算值(圖4-4中曲線a)。此時(shí)因?yàn)檩敵隽坑龅较拗?，偏差e將比正常狀況下連續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間(即e(t)>0的正當(dāng))),而使式(4—5)的積分項(xiàng)進(jìn)行不合適的積累，進(jìn)而獲取較大的積累值。當(dāng)偏差e(t)出現(xiàn)負(fù)值后(e(t)<0)，因?yàn)榉e分項(xiàng)的積累值很大，還要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間τ此后，u才可能離開(kāi)飽和區(qū)。這類(lèi)積分項(xiàng)的不合適的積累，就會(huì)使系統(tǒng)輸出u(t)大幅度明顯的超調(diào)解長(zhǎng)時(shí)間的振蕩，如圖［7］(4-4)所示。戰(zhàn)勝積分飽和作用的修正算法好多，積分分別PID控制算法是此中之一。當(dāng)依據(jù)PID地點(diǎn)算法式（4—5）算出的輸出量高出限制范圍時(shí)，就不再把積分值積累計(jì)入積分項(xiàng)中，就等于去掉了積分作用，進(jìn)而防止了過(guò)大的積分積累。詳細(xì)做法以下：(1)(1)依據(jù)實(shí)質(zhì)狀況，人為設(shè)定一閾值ε>0。(2)(2)當(dāng)|e(k)|>ε時(shí)，也即偏差值|e(k)|比較大時(shí)，采納PD控制，可防止過(guò)大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。(3)(3)當(dāng)|e(k)|≤ε時(shí)，也即偏差值|e(k)|比較小時(shí)，采納PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。積分分別PID控制算法的表達(dá)式為：(4-8)文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔圖4-4系統(tǒng)存在積分飽和時(shí)控制器輸出u(t)此中β按下式取值：(4-9)采納積分分別PID控制算法后，控制成效如圖(4-5)所示。由圖可見(jiàn)，采納積分分別PID控制算法使得控制系統(tǒng)的性能有了較大的改良。文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔遇限削弱積分PID控制算法遇限削弱積分PID控制算法的基本思想是：一開(kāi)始就積分，當(dāng)控制進(jìn)入飽和區(qū)(即限制范圍)此后，即停止積分，不再進(jìn)行積分項(xiàng)的累加，而只履行削弱積分的運(yùn)算。因此，在計(jì)算u(k)時(shí)，先判斷u(k-1)能否已高出限制值。若u(k-1)>umax，則只累加負(fù)偏差；若u(k-1)<umax，則只累加正偏差。這類(lèi)算法能夠防止控制量長(zhǎng)時(shí)間逗留在飽和區(qū)。不完整微分PID控制算法微分環(huán)節(jié)的引入，改良了系統(tǒng)的動(dòng)向特征，但關(guān)于擾亂特別敏感。在偏差擾動(dòng)突變時(shí)，微分項(xiàng)以下：(4-10)此中：當(dāng)e(k)為階躍函數(shù)時(shí)，uD(k)輸出為：uD(0)=KD,uD(1)=uD(2)=···=0即僅第一個(gè)周期有輸出，且幅值為KD，此后均為零。該輸出的特色為：1）微分項(xiàng)的輸出僅在第一個(gè)周期起激勵(lì)作用，關(guān)于時(shí)間常數(shù)較大的系統(tǒng)，其調(diào)理作用很小，不可以達(dá)到超前控制偏差的目的。2）uD的幅值KD一般比較大，簡(jiǎn)單造成計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)溢出；別的uD過(guò)大、過(guò)快的變化，對(duì)履行機(jī)構(gòu)也會(huì)造成影響(往常θ<<TD).戰(zhàn)勝上述弊端的方法之一是在PID算法中加一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)(低通濾波器)，如圖(4-6)所示，即可組成不完整微分PID控制。文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔關(guān)于圖(4-6)所示的不完整微分PID構(gòu)造，設(shè)它的傳達(dá)函數(shù)為：(4-11)將上式失散化并整理后得：此中uP(k)與uI(k)與一般PID算式完整一致，不過(guò)uD(k)不一樣(4-12)在式(4-12)中，令，則；明顯有α<1,所以1-α<1建立，則式(4-12)可簡(jiǎn)化為：(4-13)當(dāng)e(k)為階躍（即e(k)=1,k=0,1,2,···）時(shí)，可求出：uD(0)=KD(1-α)[e(0)-e(-1)]+αuD(-1)=KD(1-α)uD(1)=KD(1-α)[e(1)-e(0)]+αuD(0)=αuD(0)uD(2)=αuD(1)=α2uD(0)··文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔·uD(K)=αuD(k-1)=αkuD(0)因而可知，引入不完整微分后，微分輸出在第一個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖高度降落，次后又按ekuD(0)的規(guī)律(α<1)漸漸衰減。所以不完整微分能有效地戰(zhàn)勝上述不足，擁有較理想的控制特征(見(jiàn)圖(4-7))。只管不完整微分PID控制算法比一般PID控制算法要復(fù)雜些，但因?yàn)槠鋬?yōu)異的控制特征，最近幾年來(lái)愈來(lái)愈獲取寬泛的應(yīng)用。微分先行PID控制算法微分先行PID控制算法特色是只對(duì)輸出量y(t)進(jìn)行微分，而對(duì)設(shè)定值R不作微分。這樣在改變?cè)O(shè)定值時(shí)，輸出不會(huì)改變，而被控量的變化往常老是比較和緩的。這類(lèi)輸出量先行微分控制合用于設(shè)定值R屢次起落的場(chǎng)合，能夠防止設(shè)定值起落時(shí)所惹起的系統(tǒng)振蕩，明顯地改良了系統(tǒng)的動(dòng)向特征。微分先行PID控制的構(gòu)造如圖(4-8)所示。在上述介紹的四種數(shù)字PID控制算式改良方法中微分先行法一般用于有較大純滯后的系統(tǒng)；再將其他的幾種算法聯(lián)合所選對(duì)象的特色，本課題最后選擇的PID控制算式是地點(diǎn)控制算法和積分分別PID控制算法的聯(lián)合?！?.2程序設(shè)計(jì)[15][21][17]文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔4.2.1程序框圖應(yīng)用LabVIEW供給的功能軟件實(shí)現(xiàn)PID控制功能的程序如圖(4-9)所示。圖4-9PID控制功能程序流程圖4.2.2程序說(shuō)明1.1.數(shù)據(jù)收集子程序：數(shù)據(jù)收集子程序的功能與前述相同(2.3.4程序流程圖說(shuō)明)。濾波子程序：同前(已在2.3.4程序流程圖說(shuō)明中有說(shuō)明)。PID控制子程序：子程序包含偏差計(jì)算、地點(diǎn)PID算式計(jì)算、抗積分飽和舉措等。顯示子程序：文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔將PID控制子程序中確立的PID控制曲線、設(shè)定值曲線、被控對(duì)象響應(yīng)曲線及虛構(gòu)的PID控制器的控制按鈕等加以顯示。PID控制器控制作用輸出子程序：將PID控制器的控制作用變換成履行機(jī)構(gòu)所能接受的電壓信號(hào)輸出。LabVIEW中PID工具中包含用于LabVIEW環(huán)境中開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)的各樣函數(shù)。為了適應(yīng)工程實(shí)質(zhì)使用中的需要，還對(duì)式(4—1)做了必需的修正，并為用戶供給接口，以便依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況配置參數(shù)。應(yīng)用LabVIEW供給的功能軟件實(shí)現(xiàn)PID控制功能的程序的前面板如圖(4-10)所示，流程圖如(4-11)所示。圖4-10PID控制程序前面板4.3程序的仿真試驗(yàn)[19][25][31]為考證程序的正確性，在進(jìn)行仿真時(shí)選擇了三個(gè)對(duì)象，并利用LabVIEW供給的及時(shí)控制模塊（RT模塊）模擬對(duì)象的傳達(dá)函數(shù)。在進(jìn)行PID控制程序仿真演示時(shí)，對(duì)原有的程序進(jìn)行了以下的變動(dòng)：文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔1.1.設(shè)定值子程序：.將原有程序中丈量值與設(shè)定值之間的差值（即偏差值）改為由單位階躍信號(hào)代替。2.2.模擬對(duì)象環(huán)節(jié)子程序：利用LabVIEW供給的及時(shí)控制模塊（RT模塊）模擬對(duì)象的傳達(dá)函數(shù)。PID控制功能演示程序流程圖如圖(4-12)所示。文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔4.3.1仿真演示實(shí)例一在LabVIEW環(huán)境下選擇的傳達(dá)函數(shù)為：(4-14)文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔這是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng)PID參數(shù)整定為：δ=22%；=15s；=0s時(shí)，其仿真結(jié)果如圖(4-13)所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采納的是方波信號(hào)。4.3.2仿真演示實(shí)例二在LabVIEW環(huán)境下選擇的傳達(dá)函數(shù)為：(4-15)這是一個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng)PID參數(shù)整定為：δ=8.5%；=12s；=3s文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔時(shí)，其仿真結(jié)果如圖(4-14)所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采納的是單位階躍信號(hào)。若比率作用增添，即PID參數(shù)整定為：δ=2.5%；=12s；=3s；若比率作用減弱，即PID參數(shù)整定為：δ=17%；=12s；=3s；若積分作用減弱，即PID參數(shù)整定為：δ=8.5%；=30s；=3s；若積分作用加強(qiáng)，即PID參數(shù)整定為：δ=8.5%；=6s；=3s；若微分作用增添，即PID參數(shù)整定為：δ=8.5%；=12s；=16s；若微分作用減弱，即PID參數(shù)整定為：δ=8.5%；=12s；=1.5s。取上述參數(shù)時(shí)其仿真結(jié)果比較如圖(4-15)所示?！?.3.3仿真演示實(shí)例三在LabVIEW環(huán)境下選擇的傳達(dá)函數(shù)為：(4-16)這是一個(gè)擁有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，也就是在第二章中系統(tǒng)測(cè)試軟件所選擇的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。由自動(dòng)控制理論可知，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)含有純滯后環(huán)節(jié)時(shí)，可將純滯后因子用［5］有理函數(shù)來(lái)近似。我們知道一個(gè)指數(shù)函數(shù)能夠用以下極限表示：(4-17)這就是說(shuō)，純滯后環(huán)節(jié)能夠用無(wú)量個(gè)擁有極點(diǎn)為值（）的一階環(huán)節(jié)串連起來(lái)表示。自然，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)常用近似公式，比如近似取n=3時(shí)則：(4-18)即用三個(gè)一階環(huán)節(jié)串連來(lái)近似。關(guān)于式(4-17)的表示形式，n獲得愈大則愈精準(zhǔn)地近似理想值，但增添了剖析計(jì)算時(shí)的復(fù)雜性。指數(shù)函數(shù)的另一個(gè)近似公式是用馬克勞林睜開(kāi)式，它由式(4-19)表示：(4-19)文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔在計(jì)算時(shí)，能夠取前面幾項(xiàng)。如取一項(xiàng)則可寫(xiě)成：(4-20)同理，也能夠?qū)⑹?4-16)近似表示為：(4-21)當(dāng)PID參數(shù)整定為：δ=23%；=360s；=90s時(shí)，其仿真結(jié)果如圖(4-16)所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采納的是單位階躍信號(hào)。若比率作用增添，即PID參數(shù)整定為：δ=2%；=360s；=90s；若比率作用減弱，即PID參數(shù)整定為：δ=50%；=360s；=90s；若積分作用減弱，即PID參數(shù)整定為：δ=23%；=720s；=90s；若積分作用增添，即PID參數(shù)整定為：δ=23%；=180s；=90s；若微分作用增添，即PID參數(shù)整定為：δ=23%；=360s；=180s；若微分作用減弱，即PID參數(shù)整定為：δ=23%；=360s；=40s；取上述參數(shù)時(shí)其仿真結(jié)果比較如圖(4-17)所示。文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔a)對(duì)象響應(yīng)曲線b)調(diào)理器輸出曲線圖4-15取不一樣控制參數(shù)時(shí)二階慣性環(huán)節(jié)仿真結(jié)果的比較文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔a)對(duì)象響應(yīng)曲線b)調(diào)理器輸出曲線圖4-17取不一樣控制參數(shù)時(shí)擁有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)仿真結(jié)果的比較§4.3.4仿真結(jié)果剖析[19][25]［8］［9］1.基本控制規(guī)律對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響控制規(guī)律就是控制器接受了輸入的偏差信號(hào)后，控制器的輸出隨輸入變化的規(guī)律，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最基本的控制規(guī)律有：比率控制、積分控制、微分控制。比率控制規(guī)律：文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔比率控制規(guī)律是控制器輸出的變化量與被控參數(shù)的偏差值成比率的關(guān)系，常用P表示。工業(yè)上所用的控制器，都用比率度δ（也稱比率帶）來(lái)表示比率控制作用的強(qiáng)弱。比率度能夠用下式來(lái)表示：(4-22)式中e——控制器輸入變化量（即偏差）；P——控制器的輸出變化量；——儀表的量程；——控制器輸出的工作范圍。比率度就是使控制器輸出變化全范圍時(shí)，輸入偏差改變了滿量程的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)儀表的量程和控制器輸出的工作范圍相等時(shí)，比率度就和儀表的放大倍數(shù)Kc互為倒數(shù)關(guān)系，即：(4-23)比率控制規(guī)律就是控制器的輸出與輸入成比率關(guān)系，只需控制器有偏差輸入，其輸出立刻按比率度變化，所以比率控制作用及時(shí)快速；但不過(guò)擁有比率控制規(guī)律的控制系統(tǒng)，當(dāng)被控參數(shù)受擾亂影響而偏離給定值后，控制器的輸出必然改變，在系統(tǒng)穩(wěn)固后，因?yàn)楸嚷赎P(guān)系，被控參數(shù)就不行能回到原來(lái)數(shù)值上，即存在剩余偏差—余差。余差是比率控制器應(yīng)用方面的一個(gè)弊端，在控制器的輸出變化量相同的狀況下，比率度δ越?。碖p越大），余差越小?？墒侨舯嚷识冗^(guò)分減小，系統(tǒng)簡(jiǎn)單振蕩。比率度對(duì)控制過(guò)程的影響如圖(4-18)所示。由圖中能夠看出，比率度越大，過(guò)渡過(guò)程曲線越安穩(wěn)，但余差也越大。比率度越小，則過(guò)渡過(guò)程曲線越振蕩。文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔圖4-18比率度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響（1）（1）積分控制規(guī)律：積分控制規(guī)律是控制器的輸出變化與輸入偏差的積分紅比率關(guān)系，常用I表示。因?yàn)榉e分作用是偏差對(duì)時(shí)間的積分，所以積分作用的輸出與時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。在必定偏差作用下，積分作用的輸出隨時(shí)間的延伸而增添，所以積分作用有“慢慢來(lái)”的特色。因?yàn)檫@一特色，調(diào)理不及時(shí)，使被調(diào)參數(shù)的超調(diào)量增添，操作周期和答復(fù)時(shí)間增添，這些對(duì)控制是不利的。所以積分作用常常與比率作用一起使用。自然若積分時(shí)間Ti減小些，被調(diào)參數(shù)的過(guò)渡過(guò)程會(huì)有所改良，可是Ti過(guò)小，將會(huì)致使系統(tǒng)強(qiáng)烈的振蕩；也是因?yàn)檫@一特色，對(duì)一個(gè)很小的偏差，固然在很短的時(shí)間內(nèi)，積分作用的輸出變化很小，還不足以除去偏差，但是經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，積分作用的輸出總能夠增大到足以除去偏差的程度。所以積分作用文案大全適用標(biāo)準(zhǔn)文檔擁有除去余差的能力。圖(4-19)是表示在相同的比率度下積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。由圖能夠看出，積分時(shí)間過(guò)大，積分作用不明顯，余差除去很慢（見(jiàn)曲線3）；積分時(shí)間過(guò)小，過(guò)渡過(guò)程振蕩太強(qiáng)烈，穩(wěn)固程度降低（見(jiàn)曲線1）。圖4-19積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響2）（2）微分控制規(guī)律：微分控制規(guī)律是控制器的輸出與偏差變化的速度成正比，常用D表示。因?yàn)槲⒎肿饔玫妮敵雠c偏差變化的速