时间-比例控制是一种高精度的脉冲宽度调制技术。采用该技术的反馈控制器能够将开关量执行器或离散量执行器作为连续执行器使用www.cechina.cn,从而产生0%至100%之间任意的控制效果。这一技术的窍门在于以一定的时间比例切换执行器的开关状态,以达到理想的控制效果。
以家用制冷系统为例。大部分恒温控制器采用“bang-bang”控制算法,该算法先将房间的实际温度与住户设定的温度作比较,如果实际温度高于设定值就让空调满额运行;如果实际温度低于设定值则完全关闭空调。这种技术会造成室内温度在设定值上下不断波动,但在大多数家庭中,已经能够满足要求了。
恒温控制器与连续执行器结合,可以实现更严格的温度控制。其中,连续执行器可以是一个电动风阀,能够定量地将制冷空气持续送入房间。这类应用在商用供热、通风与空调系统(HVAC)领域司空见惯CONTROL ENGINEERING China版权所有,但对于一般的家庭使用而言,其价格过于昂贵。
可以通过控制离散执行器的输出状态在开和关之间循环,达到和连续执行器一样的效果。在上面的示例中,
控制器让执行器在50%的时间内处于“打开”状态,从而实现50%的控制效果。在下面示例中,
控制器让执行器在3个循环周期内处于“打开”状态,之
后的1个循环周期内处于“关闭”状态,
从而实现75%的控制效果。
但是,如果一个家用恒温系统采用了时间-比例控制技术,那么它即使不借助连续控制器,也能够达到类似的效果。它可以利用空调的开关功能控制通风时间而非进入房间的冷空气数量。在实现X%的控制效果时,恒温系统只要使空调在X个时间单位内保持开启控制工程网版权所有,然后在(100-X)个时间单位内保持关闭即可。
如果这些时间单位小于恒温系统对房间制冷所需要的时间(大约几分钟),那么让空调在X%的时间内满额运转所达到的平均效果就相当于让空调以全功率的X%不间断运转的效果。从短期看,室温仍然会在设定值上下波动,但是波动幅度一般不会像采用“bang-bang”控制时那么大。
在其他的时间-比例控制应用中,波动幅度可能需要进一步减小,于是“开”状态和“关”状态的最小间隔时间——控制器的“工作周期”,也需要相应地减小。不幸的是控制工程网版权所有,这样做势必增加执行器开关状态的切换频率,从而加快其损耗速度。
50%的控制输出将是最糟糕的情况,因为驱动器不得不在每一个工作周期结束时切换状态。家用制冷系统中,如果系统的工作周期小于几分钟,空调的启动电机将会快速磨损。
从另一个极端角度看,如果系统的工作周期长达数小时,可能有助于延长启动电机的寿命。但是在这种情况下,空调将会连续运行数小时,从而增大室内温度的波动幅度,使住户感觉不舒适。
时间-比例控制尤其适用于变化相对缓慢的过程以及那些采用机械装置降低执行器波动效应的过程。除了用于温度控制之外CONTROL ENGINEERING China版权所有,这项技术还适用于大型容器的液位和压力控制。因为在此类应用中,采用连续执行器的价格过于昂贵。