[科普中国]-微分控制

基本概念控制规律

控制规律是指控制系统中控制器的运作规律，即控制器输入信号和输出信号之间的关系1。

常见的控制规律有比例（P）控制规律、积分（I）控制规律和微分（D）控制规律。

PID控制PID控制是工业生产中最常用的控制方式，即比例-积分-微分控制，PID控制器通过对输入进行一定的比例、积分、微分运算，输出控制量达到一定的控制要求。

PID控制的基本传递函数表示为：

微分控制微分控制，即D控制，是指以微分为控制规律的控制过程和方法。

应用与意义理论上，P、I、D三种控制规律可以单独使用也可以自由组合；实际的生产过程中，考虑控制规律的作用，一般使用的是P控制、PI控制、PD控制或PID控制，且以后三种为主1。

P控制P控制可以改变信号增益，且不影响其相位。在控制系统中，提高控制器P作用，可以提高系统开环增益，减小（不可消除）系统稳态误差，提高系统的控制精度，但会降低系统相对稳定性，甚至造成闭环系统不稳定。

I控制I控制可以提高系统的型别，提高系统的稳态性能，可以消除稳态误差，但会降低系统稳定性。

D控制D控制能够在早期修正信号，增加系统的阻尼程度，改善系统稳定性，但对稳态性能没有影响，且对噪音敏感，容易出现过操作。

组合控制在实际的操作中，常常是使用PD、PI或PID组合控制的，通过调节对应参数，平衡不同控制规律之间的优缺点，达到满足控制要求的程度。

D控制优缺点微分控制是对输入量的变化量进行反应的，也就是说，D控制不对输入量本身有反应，而仅对输入量的变化有反应。基于这个特点，微分控制的优缺点也十分明显。

微分控制的优点是，能够敏感感知输入量的波动，使控制器尽早做出反应，增加了系统的阻尼程度，提高了系统的响应速度，提高了系统的动态性能。用于串联校正时，实际上使系统增加了一个开环零点，使系统的相角裕度提高。

微分控制的缺点是，若系统的输入量不变，即使输入量和输出量之间存在偏差，微分控制也无法作用；同时，若出现了变化率很大的噪声，微分控制会有过度的反应，影响控制器的工作。

因此，微分控制仅对动态过程起作用，对稳态过程没有影响，且对系统噪声敏感，一般不会使用单独的D控制。