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位式控制的基本控制规律及现场应用通过对位式控制原理、位式控制的基本控制规律解析， 表制造有限公司与大家探讨改进位式控制系统控制质量的方法。
什么是位式控制？控制系统中最简单的控制规律就是位式控制，说到位式控制，可以说几乎所有的人都使用过，家中开关电灯就是个位式控制的过程，其基本思想和生产过程中使用的位式控制是一样的，位式控制就是决定一个被控变量的给定值，然后根据实际值与给定值的偏差符号，来决定操作变量两种状态选取的工作过程。
即位式控制的控制动作就是“开”和“关”两种状态的交替。
位式控制是比例控制的特例，当比例控制的比例度设定为0%，便成了一个位式控制仪表。
位式控制系统的应用是很广泛的，如空气储罐的压力控制、恒温箱、电加热炉的温度控制。
在生产过程中实现位式控制是比较简单的，凡是有上、下限触点的仪表，如电接点压力表、有电接点输出的双金属温度计、显示、记录仪等，都可以用来进行位式控制，再配合中间继电器、电磁阀、电动调节阀等，可以很方便地构成位式控制系统。
位式控制系统结构简单、投资少，不仅可用于广大中小型企业，就是大型企业也可应用。
其特别适合用于延时小、时间常数大的加热对象。
用于位式控制的三位控制仪温度位式控制的过渡过程当时间t在0-t1间，由于T＜Ts，一直通电加热，T一直上升。
当时间t=t1时，由于T=Ts，电源被切断停止加热。
但温度并不会立即下降，相反还会继续上升一段时间τ1，直到t=t1+τ1时，温度才Tˊs开始逐渐下降。
当时间t=t2时，由于T=Tx，接通加热器电源开始加热。
但温度并不会立即上升，还会继续下降一段时间τ2，直到t=t2+τ2时，温度才从Tˊx开始逐渐上升。
到t=t3时，T又等于Ts。
显示控制仪又一次切断电源停止加热，系统及对象又再一次重复上述的过程，这样一直循环下去。
由于控制动作是“开”和“关”两种状态的交替，这样被控加热炉的温度会周期性波动。
从上述可看出，被控温度是不可能在预定的上限Ts、与下限Ts这一中间区波动的，而是会超出这一规定范围，在一个比中间区更大的范围内波动，作周期性等幅振荡，它的波动幅度是衡量位式控制系统控制精度的重要指标。
第3章习题(xítí)与思考题3-1 什么(shén me)是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？解答(jiědá)：1）控制(kòngzhì)规律：是指控制器的输出(shūchū)信号与输入偏差信号之间的关系。
2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。
3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？解答：1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。
2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。
这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。
3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。
3-3 比例控制为什么会产生余差？解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。
3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。
为什么积分控制能消除余差？解答：1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：2）当有偏差存在(c únz ài)时，输出信号将随时间增大（或减小）。
当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。
因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。
3-5 什么是积分(j īf ēn)时间？试述积分时间对控制过程的影响。
解答(ji ěd á)：1）⎰=edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。
只有(zh ǐy ǒu)当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。
PID控制简述尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。
这几种控制规律可以单独使用，但更多场合是组合使用。
如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。
1. 比例（P）控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。
实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许一定余差存在的场合。
工业生产中比例控制使用较为普遍。
2. 比例积分（PI）控制比例控制是最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。
只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。
但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。
克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
这里的“积分”指的是“积累”的意思。
积分控制器的输出不仅与输入偏差大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。
只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。
所以，积分控制可以消除余差。
积分控制又称无差控制。
积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。
积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。
积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。
因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。
比例、积分、微分控制策略尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。
这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。
如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。
比例(P)控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。
实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。
工业生产中比例控制规律使用较为普遍。
比例积分(PI)控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。
只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。
但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。
克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
这里的“积分”指的是“积累”的意思。
积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。
只要偏差存在，输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小)，一直到偏差为零，累积才会停止。
所以，积分控制可以消除余差。
积分控制规律又称无差控制规律。
积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。
积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。
积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。
因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。
控制器的基本控制规律
控制器的基本控制规律包括比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制：控制器输出与误差成正比，适用于控制系统相对稳定的情况，但容易产生超调和稳态误差。
积分控制：控制器输出与误差的积分成正比，适用于长时间存在偏差的情况，能够消除稳态误差，但易产生超调和振荡。
微分控制：控制器输出与误差的微分成正比，适用于快速响应和减小超调的情况，但容易受到噪声的干扰。
在实际应用中，通常将这些控制规律组合成PID控制器，对控制对象进行综合控制。
