控制动作的基础——控制动作

　　自动控制的根本是为了使测量值与目标值(设定值)保持一致而对输出进行控制。

　　有关控制的基本用语如下。

　　PV:测量值(Process Variable)

　　SV:设定值(Setting Variable)

　　MV:控制输出、调节器输出(Manipulate Variable)

　　DEV:偏差(测量值-设定值)(Deviation)

　　P:比例动作(Proportional)

　　PB:比例带(Proportional Band)

　　I:积分动作(Integrate)

　　D:微分动作(Derivative)

　　1) 双位(ON/OFF)控制动作

　　控制输出有ON(100%)/OFF(0%)两个位置。

　　对炉温进行ON/OFF控制时，双位控制的控制输出是: 当测量值比设定值低时加热器为ON，测量值比设定值高时为OFF。简易调节器采用的就是这种方式。

　　利用这种方式控制的炉温，会以某个温度为中心上升、下降，从而形成波形变化。

　　像锅炉一样，当热容量很大时，即使进行双位(ON/OFF)控制，温度变化幅度也比较小，大致能够控制在一定的温度。

　　双位(ON/OFF)控制示例

　　2) 比例(P)控制

　　比例控制是控制输出与设定值、测量值的偏差成比例变化的控制方式。

　　例如，偏差改变+10%，控制输出从50%变为60%时，比例增益为1。增益为控制输出变化量/偏差变化量，即10%/10%=1。比例增益1相当于比例带100%，在调节器中，使用该比例带，称为PB(Proportional Band)。

　　比例带与比例增益的关系

　　比例带(%)=100/比例增益

　　△控制输出=(100/比例带(%))×Δ偏差

　　比例带0%是指，在ON/OFF动作状态下，比例带大时控制输出变化量少，可实现稳定的控制。但是当比例带过大时，设定值和测量值之差(即偏差)会增大。

　　比例控制相当于单纯的可变增益增幅电路，并可以认为放大器增益的倒数为比例带。

　　比例动作

　　3) 积分(I)控制

　　消除比例控制偏差的控制动作称为积分控制。积分动作可以在存在偏差时，一直对输出进行修正，能自动消除偏差。

　　由于对偏差进行积分，并修正控制输出，所以也称为I(Integrate)控制或者自动复位。

　　一般使用的是将比例控制和积分控制组合在一起的调节器，也称为PI控制器。

　　积分时间越接近零，积分控制则越强，过强时，过程控制结果变为振动状态。相反如果积分时间过长，则需要较长时间消除偏差。

　　积分动作

　　4) 微分(D)控制

　　包括二阶系统及时滞时间在内，响应速度慢、热容量大的过程中，如果只依靠比例+积分控制达到稳定，需要花费较长时间，从而不能进行有效的控制。为此，在控制输出中加入对温度变化速度的微分控制，以改善控制性能。

　　这样将输入进行微分，在输出中增加修正动作的控制动作称为微分或者D动作。 例如，温度上升时，根据上升速度，在温度下降的方向上修正控制输出。这是一种超前控制动作。

　　微分动作

　　在实际的调节器中，微分动作不是理论上的微分，而是不完全微分，微分输出与比例输出相等前所用的时间称为微分时间。微分时间为零时，微分控制不起动作，相反，微分时间增长时，微分控制会起动作。如果微分控制执行的太久，过程控制结果会变为振动状态。