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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 1568

  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,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CONTROL ENGINEERING China版权所有,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,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控制工程网版权所有,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,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,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控制工程网版权所有,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控制工程网版权所有,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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