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反馈回路控制离散过程与连续过程

作者:Vance J. VanDoren,CONTROL ENGINEERING 编辑顾问2006.10.31阅读 2326

  众所周知,控制工程专业中最基本的工具是反馈回路,如下图所示。它由5个基本环节组成:
  ■  被控制的过程;
  ■  传感器(或仪表),它测量过程状态;
  ■  变送器,它将测量数据转换为电信号;
  ■  控制器,它判断这个过程状态是否可以被接受;
  ■  执行器(终端控制元件),它根据控制器给出的命令,对过程施加一个矫正动作。

  这个测量→判断→执行的过程按需要不断重复CONTROL ENGINEERING China版权所有,直到达到所期望的过程状态。
  对于一个连续的过程,反馈回路力图将过程变量(或操作变量)保持在一个通常称为设定值的期望值上。控制器将设定值减去最新的过程值,从而产生偏差信号。然后,偏差信号的大小和持续时间确定了控制器的输出或被控参数,这输出值指定了由执行器实施的矫正动作。

反馈回路力图

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p;    图:对于一个连续过程,反馈回路力图将过程变量保持在设定值上。

  定速
  例如,一辆装有定速器的汽车CONTROL ENGINEERING China版权所有,可以通过一个速度表来测定和维持汽车的速度。如果汽车行驶偏慢了,控制器会指令加速器给发动机多加燃料。如果汽车行驶偏快了,控制器会减缓加速器。这个汽车就是控制过程,速度表就是传感器,而加速器则是执行器。

  汽车速度是个过程变量,其他常见过程变量包括温度,压力,流量和液位。这里的每个量都是变化的,并且每时每刻都是可以被测量的。通常用来操控这些状态的执行器包括加热元件,阀门www.cechina.cn,泵和挡板。

  对于一个离散过程,只有当一个触发事件发生时,所关注的变量才会被测量;并且对每一事件,测量-判断-执行的过程通常仅执行一次。实际上并没有任何回路。举个例子,在汽车行驶的开始,人通过眼睛来测量周围光线的暗亮。如果周围太暗,看不清楚,那么司机会做出判断来打开照明灯。直到下一个触发事件,例如行驶结束,都不需要任何进一步的调整了。

  一般来说,对于离散过程的反馈回路比起连续控制的回路来说要简单得多,这是因为离散过程不会带有惯性。开车的司机在打开车灯之后立即就得到结果;而定速器则会随着汽车慢慢的加速或减速www.cechina.cn,经历渐变的结果。

  惯性会使得连续控制回路的设计变得复杂,因为连续控制器在它先前采取的措施的结果完全显现之前CONTROL ENGINEERING China版权所有,就需要做出一系列的决定。连续控制器不得不去预测最近的矫正措施的累积效应,并且据此来计划将来的行为。如果要等看到前面每个措施会有怎样的结果,再去尝试另一个措施,那就会花费太长的时间了。

  如果已经结合过程的行为进行了组态或整定,则普遍使用的比例-积分-微分(PID)控制算法可以预见将来。一个作出进取性控制决策的、反应快速的PID控制器能很好地控制一个缓慢过程,反之亦然。

  翻译:包斯琪























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