[科普中国]-比例控制

比例（P）控制

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。2

将比例控制与其他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。2

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。2

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。2

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。3