比例控制
比例控制内容
参考书：黎启柏《电液比例控制与数字控制系统》比例阀开关控制与比例控制比例系统的组成指令元件、比较元件、放大器、比例阀、执行元件、反馈元件一、比例控制技术作为开关控制技术和闭环调节（伺服）技术之间的连接纽带，比例控制技术在现今的液压技术中已有其明确的含义。
比例控制技术的优点，首先在于其转换过程是可控的，设定值可无级调节，达到一定控制要求所需的液压元件较少。
其次降低了液压回路的材料消耗。
使用比例阀可方便迅速、精确地实现工作循环过程，满足切换过程要求。
通过控制切换过渡过程，可避免尖峰压力，延长机械和液压元件的寿命。
用来控制方向、流量和压力的电信号，通过比例器件直接加给执行器，这样使液压控制系统的动态性能得到改善。
那么，如何理解液压技术中比例技术的含义呢？首先用图3.1的信号流程图来加以说明：根据一个输入电信号电压值的大小，通过电放大器，将该输入电压信号（一般在0~±9V之间）转换成相应的电流信号，如10mV=1mA。
这个电流信号作为输入量被送入电磁铁，从而产生和输入信号成比例的输出量——力或位移。
该力或位移又作为输入量加给液压阀，后者产生一个与前者成比例的压力或流量。
通过这样的转换，一个输入电压信号的变化，不但能控制执行器和机械设备上工作部件的运动方向，而且可对其作用力和运动速度进行无级调节。
另外，还能对相应的时间过程，例如在一段时间内流量的变化，加速度的变化或减速度的变化等进行无级调节。
二.比例阀1.比例电磁铁比例电磁铁是电子技术与液压技术的连接环节。
比例电磁铁是一种直流行程式电磁铁，它产生一个与输入量(电流)成比例的输出量：力和位移。
按实际使用情况，电磁铁可分为：a）行程调节型电磁铁——具有模拟量形式的位移电流特性。
b）力调节型电磁铁——具有特定的力电流特性。
电磁铁能产生与输入电流成比例变化的输出位移和力。
1.1力调节型电磁铁在力调节型电磁铁中，由于在电子放大器中设置电流反馈环节，在电流设定值恒定不变而磁阻变化时，可使磁通量不变进而使电磁力保持不变。
分别说明比例积分微分控制对控制系统的作用
分别说明比例积分微分控制对控制系统的作用比例、积分和微分控制是PID控制系统中的三种基本控制方式，它们分别对控制系统起到不同的作用。
1.比例控制：比例控制是PID中最简单的一种控制方式，其控制作用仅仅依赖于偏差的大小。
比例控制器只根据偏差的大小来给出输出信号，输出信号大小正比于偏差值。
比例控制通过调节反馈信号与设定值之间的差异来实现控制目的，可以快速地响应系统的变化，但是在一些情况下可能会引起系统的振荡和过冲。
比例控制主要作用在于通过比例系数的调节来对系统的响应速度进行控制，其主要作用是调节系统响应的快慢，是一个常用的调节控制方式，能够在一定程度上满足控制的需求。
2.积分控制：积分控制是PID控制系统中的另一个重要组成部分，其控制作用主要是根据偏差的累积值来给出输出信号。
积分控制可以消除系统的稳态误差，并可以对系统的稳定性做出调节。
积分控制可以取得稳定系统的良好效果，但是在一些系统中也容易引起超调和振荡。
积分控制主要作用在于对系统的稳定性和稳态误差进行调节，可以在一定程度上提高系统的精度和性能。
3.微分控制：微分控制是PID控制系统中的最后一种控制方式，其控制作用主要是根据偏差的变化率来给出输出信号。
微分控制可以用来抑制系统的振荡和过冲，同时可以加快系统的响应速度。
微分控制可以在系统的快速响应和稳定性之间取得平衡，但是在一些系统中也容易引起震荡和不稳定。
微分控制主要作用在于对系统的响应速度和稳定性进行调节，可以在一定程度上提高系统的响应速度和抑制过冲。
综上所述，比例、积分和微分控制在PID控制系统中各有其独特的作用。
比例控制主要作用在于调节系统的响应速度，积分控制主要作用在于消除系统的稳态误差，微分控制主要作用在于抑制系统的振荡和过冲。
三者共同组成PID控制系统，可以对系统的动态特性和稳定性进行有效地控制和调节。
在实际的控制工程中，通常会根据具体的系统要求来综合考虑三种控制方式的使用，以实现最佳的控制效果。
PID图解
PID控制——比例控制、积分控制、微分控制比例控制比例控制(P) (Proportional control action)比例控制(P)是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
根据设备有所不同，比例带一般为2～10％(温度控制)。
但是，仅仅是P控制的话，会产生下面将提到的off set (稳态误差)，所以一般加上积分控制(I)，以消除稳态误差。
比例带与比例控制(P)输出的关系如图所示。
用MVp运算式的设定举例:PB(比例带)％MVp(操作输出)1 => 100/1×误差 = 100×误差50 => 100/50×误差 = 2×误差100 => 100/100×误差 = 1×误差200 => 100/200×误差 = 0.5×误差比例带与输出的关系稳态误差(Off set)比例控制中，经过一定时间后误差稳定在一定值时，此时的误差叫做稳态误差(off set)。
仅用比例控制的时候，根据负载的变动及设备的固有特性不同，会出现不同的稳态误差。
负载特性与控制特性曲线的交点和设定值不一致是产生稳态误差的原因。
比例带小时不会产生。
为消除稳态误差，我们设定手动复位值--manual reset值(MR)，以消除控制误差。
比例控制产生的off set手动复位(Manual reset)MR: manual reset值如前所述，仅用比例控制不能消除稳态误差。
为此，将MR(manual reset值)设为可变，则可自由整定(即调整)调节器的输出。
只要手动操作输出相当于off set的量，就能与目标值一致。
这就叫做手动复位(manual reset)，通常比例调节器上配有此功能。
在实际的自动控制中，每次发生off set时以手动进行reset的话，这样并不实用。
在后面将叙述的积分控制功能，能自动消除稳态误差。
比例控制的例子
比例控制的例子
比例控制是一种流行的控制技术，它的应用范围很广泛，可以用于自动化系统、工厂流水线、单机游戏机和电子产品等等。
它的本质是在输入和输出之间设置一个比例关系，如果输入变化，则输出也会变化。
比例控制的实现最简单的方式是使用滑动比例开关，用户可以用它来控制仪器、温度、光线或者任何可控制的系统。
例如，在温度控制中，通常会使用比例控制。
用户可以设置一个期望的温度值，例如20度，然后当实际温度低于期望温度时，输出发动机开始加热。
温度上升达到设定温度后，加热器就停止工作，系统保持在20度的稳定状态。
比例控制还有多种应用，它可以用于限流、阀门控制和流量控制等，也可以用于机器人、农业、汽车行业等。
例如，在汽车行业，比例控制用来控制节气门。
当节气门开启时，汽车的性能就会变化，作为反馈，它会自动调节汽车的节气门，调整节气门以满足期望的性能。
另外，在单机游戏机中也采用比例控制系统，此时游戏机就是一个输入/输出系统，用户可以通过游戏控制器来改变游戏的运行状态，游戏就会根据这些操作来改变游戏的状态，从而实现比例控制。
比例控制技术在很多领域都有实际应用，利用比例控制实现自动化，有效提高工作效率，也使系统更加安全和可靠。
近年来，随着电子系统技术的发展，比例控制也得到了进一步的提升，得到了更多的应用，越来越多的行业也开始用比例控制来代替人工操作，从而大大地改善了系统的可靠性和安全性，也为社会的发展和技术进步做出了
贡献。
比例控制改进措施
比例控制改进措施1. 引言比例控制是在工业生产中一种常用的控制手段，它通过调整输入和输出的比例关系来实现工艺的稳定性和性能的改进。
本文将介绍比例控制的基本原理和应用范围，并探讨比例控制的改进措施。
2. 比例控制原理比例控制是一种基于偏差与控制量之间线性关系的控制方式。
它通过调整控制器输出的比例系数来控制被控系统的行为。
比例控制器的输出与偏差成正比，通过增大或减小输出信号的比例系数，可以调整控制量对偏差的响应程度，从而实现对被控系统的控制。
比例控制的基本原理如下：•当被控变量偏离设定值时，控制器的输出也相应变化，并通过执行机构控制被控系统。
•比例控制器将偏差信号与比例系数相乘，得到控制器的输出。
•比例系数的选择需要根据被控系统的特性和控制要求来确定。
3. 比例控制的应用范围比例控制广泛应用于工业生产过程中的各个领域，包括但不限于以下几个方面：3.1 温度控制比例控制在温度控制中的应用非常常见。
通过测量和设定温度值之间的偏差，控制器可以调整加热或冷却设备的输出来控制温度的变化。
比例控制可以在许多工业领域中实现精确的温度控制，如化工、食品加工等。
3.2 液位控制液位控制是指控制液体在容器中的高度。
比例控制可以根据液位的变化与设定值之间的偏差来调整液位控制设备的输出，从而实现对液位的控制。
液位控制在化工、水处理、食品饮料等行业中具有广泛的应用。
3.3 压力控制比例控制在压力控制中也有重要的应用。
通过监测压力信号与设定值之间的差异，比例控制器可以调整执行机构的输出来控制压力的变化。
压力控制在石油化工、汽车制造等行业中扮演着重要的角色。
4. 比例控制改进措施为了提高比例控制的精度和稳定性，我们可以采取以下改进措施：4.1 优化控制器参数比例控制器中的比例系数是控制器的重要参数之一。
通过合理选择比例系数，可以使控制器对偏差的响应更加灵敏。
在实际应用中，可以通过试错法或者基于模型的优化方法来确定最优的比例系数。
比例控制用户指南
比例控制用户指南1. 简介比例控制是一种使用数值比例和关系来控制和调整物体、图形或数据的方法。
它可以帮助用户将不同尺寸和尺度的元素进行统一和调整，以保持整体的比例和平衡。
本用户指南将介绍比例控制的基本概念、使用方法和实际应用。
2. 比例控制的基本概念比例是指物体或元素之间的大小和位置关系。
在设计、建筑、绘画和数据分析等领域中，比例是非常重要的因素之一。
比例控制就是通过改变物体或元素之间的比例关系，来达到所需的效果和均衡。
3. 使用比例控制的方法3.1 尺寸比例控制通过调整物体或元素的尺寸比例，可以改变其大小和比例关系。
在设计中，可以使用图形软件或设计工具来实现尺寸比例控制。
例如，可以将一个图标放大或缩小，以适应不同尺寸的屏幕或页面布局。
3.2 数据比例控制在数据分析中，比例控制可以帮助用户更好地理解和比较不同数据集之间的关系。
通过将数据按照比例进行调整，可以将不同尺度和数值范围的数据进行比较和分析。
例如，将销售额按照销售人员的业绩进行比例调整，可以更好地评估他们的工作表现。
3.3 图形比例控制在绘画和设计中，比例控制可以帮助用户绘制和布局图形元素，使其更加和谐和平衡。
比例控制可以通过调整图形的大小、位置和比例关系来实现。
例如，在绘画中，可以使用透视法来控制物体的远近和大小比例。
4. 实际应用案例4.1 建筑设计中的比例控制在建筑设计中，比例控制是非常重要的。
建筑物的大小、形状和比例关系直接影响其外观和功能。
比例控制可以帮助建筑师。
比例控制的工作原理
比例控制的工作原理
比例控制是一种常见的控制方式，它通过调节输入信号与输出信号之间的比例关系，以实现对系统的稳定性和性能的控制。
以下是比例控制的工作原理：
1.设定值与反馈值：在比例控制中，首先需要设定一个目标值或期望值，即设定值。
然后，通过测量系统的反馈值，即实际值或当前状态。
2.比例放大器：比例控制器（也称为比例放大器）将设定值和反馈值进行比较，并产生一个控制误差。
控制误差是设定值与反馈值之间的差值。
3.控制增益：控制增益是比例控制的关键参数，它决定了输出信号对于控制误差的响应程度。
增益越高，输出信号对于控制误差的响应越敏感。
4.输出信号：比例控制器根据控制误差和控制增益的乘积，生成一个输出信号，该信号将用于调节系统中的执行器或作为控制系统的输入信号。
5.调节作用：输出信号将引起系统中的执行器或调节装置做出相应的调整。
这样，系统的状态将逐渐接近设定值，达到稳定的控制效果。
比例控制的关键在于控制增益的选择。
如果增益过高，可能导致系统震荡或超调；如果增益过低，可能导致系统的响应较慢或不敏感。
因此，在实际应用中，需要根据具体的系统特性和要求来选择合适的控制增益。
总结起来，比例控制通过比较设定值和反馈值之间的差异，并根据控制增益生成相应的输出信号，以实现对系统的控制和调节。
这种控制方式相对简单，广泛应用于工业控制、自动化系统和各种调节过程中。
比例控制规律
比例控制规律在自然界和人类社会中，比例控制规律无处不在。
无论是微观的原子结构还是宏观的宇宙星系，都存在着一种统一的比例控制规律。
这种规律不仅在自然科学中有着广泛的应用，而且在人文社科领域也有其重要的作用。
一、自然科学中的比例控制规律1. 黄金分割比例：黄金分割比例是自然界中最常见的比例之一。
它可以在各种生物体的形态中找到，比如植物的叶子排列、花朵的结构，以及动物的身体形态等。
黄金分割比例的特点是将整体分割成两个部分，其中较大部分与整体的比例等于较小部分与较大部分的比例。
这种比例控制规律不仅使生物体具有美感，也有助于提高生物体的适应性。
2. 斐波那契数列：斐波那契数列是一个无限序列，其中每个数字都是前两个数字之和。
这个数列在自然界中也有广泛的应用，比如植物的分枝规律、动物的骨骼结构等。
斐波那契数列的特点是随着数字的增加，相邻两个数字的比值趋近于黄金分割比例。
这种比例控制规律不仅使生物体具有优美的形态，还有助于提高其结构的稳定性。
3. 比例尺：比例尺是地图上常用的工具，用于表示地图上物体的实际长度与地图上的长度之间的比例关系。
比例尺的选择要考虑到地图的用途和精度要求。
比例尺的大小决定了地图上物体的大小和分布的显示效果。
通过合理选择比例尺，可以使地图更加直观、准确地表达地理信息。
二、人文社科中的比例控制规律1. 政治比例控制：在人类社会中，政治比例控制是一种重要的组织原则。
比如在民主选举中，各个政党的席位分配要根据其得票比例进行合理的分配。
这种比例控制规律有助于确保各个政治力量的代表性和平衡性，从而更好地实现民主决策和社会稳定。
2. 经济比例控制：在经济领域，比例控制规律也起着重要的作用。
比如在资源配置中，要根据不同产业的比例关系进行合理调整，以实现经济的均衡发展。
此外，在投资组合中，也需要根据不同资产类别的比例进行配置，以实现风险的分散和收益的最大化。
3. 文化比例控制：文化比例控制是保护和传承文化多样性的重要手段。
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．比例控制
有经验的操作人员手动控制电加热炉的炉温，可以获得非常好的控制品质，PID控制与人工控制的控制策略有很多相似的地方。
下面介绍操作人员怎样用比例控制的思想来手动控制电加热炉的炉温。
假设用热电偶检测炉温，用数字仪表显示温度值。
在控制过程中，操作人员用眼睛读取炉温，并与炉温给定值比较，得到温度的误差值。
然后用手操作电位器，调节加热的电流，使炉温保持在给定值附近。
操作人员知道炉温稳定在给定值时电位器的大致位置（我们将它称为位置L），并根据当时的温度误差值调整控制加热电流的电位器的转角。
炉温小于给定值时，误差为正，在位置L的基础上顺时针增大电位器的转角，以增大加热的电流。
炉温大于给定值时，误差为负，在位置L的基础上反时针减小电位器的转角，并令转角与位置L的差值与误差成正比。
上述控制策略就是比例控制，即PID控制器输出中的比例部分与误差成正比。
闭环中存在着各种各样的延迟作用。
例如调节电位器转角后，到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的时间延迟。
由于延迟因素的存在，调节电位器转角后不能马上看到调节的效果，因此闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。
比例控制的比例系数如果太小，即调节后的电位器转角与位置L的差值太小，调节的力度不够，使系统输出量变化缓慢，调节所需的总时间过长。
比例系数如果过大，即调节后电位器转角与位置L的差值过大，调节力度太强，将造成调节过头，甚至使温度忽高忽低，来回震荡。
增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。
但是比例系数过大会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。
单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，完全消除误差。
2．积分控制
PID控制器中的积分对应于图1中误差曲线与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。
PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样周期。
计算机的程序用图1中各矩形面积之和来近似精确的积分，图中的TS就是采样周期。
图1 积分运算示意图
每次PID运算时，在原来的积分值的基础上，增加一个与当前的误差值ev （n）成正比的微小部分。
误差为负值时，积分的增量为负。
手动调节温度时，积分控制相当于根据当时的误差值，周期性地微调电位器的角度，每次调节的角度增量值与当时的误差值成正比。
温度低于设定值时误差为正，积分项增大，使加热电流逐渐增大，反之积分项减小。
因此只要误差不为零，控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。
积分调节的“大方向”是正确的，积分项有减小误差的作用。
一直要到系统处于稳定状态，这时误差恒为零，比例部分和微分部分均为零，积分部分才不再变化，并且刚好等于稳态时需要的
控制器的输出值，对应于上述温度控制系统中电位器转角的位置L。
因此积分部分的作用是消除稳态误差，提高控制精度，积分作用一般是必须的。
PID控制器输出中的积分部分与误差的积分成正比。
因为积分时间TI在积分项的分母中，TI越小，积分项变化的速度越快，积分作用越强。
3．PI控制
控制器输出中的积分项与当前的误差值和过去历次误差值的累加值成正比，因此积分作用本身具有严重的滞后特性，对系统的稳定性不利。
如果积分项的系数设置得不好，其负面作用很难通过积分作用本身迅速地修正。
而比例项没有延迟，只要误差一出现，比例部分就会立即起作用。
因此积分作用很少单独使用，它一般与比例和微分联合使用，组成PI或PID控制器。
PI和PID控制器既克服了单纯的比例调节有稳态误差的缺点，又避免了单纯的积分调节响应慢、动态性能不好的缺点，因此被广泛使用。
如果控制器有积分作用（例如采用PI或PID控制），积分能消除阶跃输入的稳态误差，这时可以将比例系数调得小一些。
如果积分作用太强（即积分时间太小），相当于每次微调电位器的角度值过大，其累积的作用会使系统输出的动态性能变差，超调量增大，甚至使系统不稳定。
积分作用太弱（即积分时间太大），则消除稳态误差的速度太慢，积分时间的值应取得适中。
4．微分作用
误差的微分就是误差的变化速率，误差变化越快，其微分绝对值越大。
误差增大时，其微分为正；误差减小时，其微分为负。
控制器输出量的微分部分与误差的微分成正比，反映了被控量变化的趋势。
有经验的操作人员在温度上升过快，但是尚未达到设定值时，根据温度变化的趋势，预感到温度将会超过设定值，出现超调。
于是调节电位器的转角，提前减小加热的电流。
这相当于士兵射击远方的移动目标时，考虑到子弹运动的时间，需要一定的提前量一样。
图2中的c （∞）为被控量c （t）的稳态值或被控量的期望值，误差e （t） = c （∞） - c （t）。
在图2中启动过程的上升阶段，当时，被控量尚未超过其稳态值。
但是因为误差e（t）不断减小，误差的微分和控制器输出的微分部分为负值，减小了控制器的输出量，相当于提前给出了制动作用，以阻碍被控量的上升，所以可以减少超调量。
因此微分控制具有超前和预测的特性，在超调尚未出现之前，就能提前给出控制作用。
闭环控制系统的振荡甚至不稳定的根本原因在于有较大的滞后因素。
因为微分项能预测误差变化的趋势，这种“超前”的作用可以抵消滞后因素的影响。
适当的微分控制作用可以使超调量减小，增加系统的稳定性。
对于有较大的滞后特性的被控对象，如果PI控制的效果不理想，可以考虑增加微分控制，以改善系统在调节过程中的动态特性。
如果将微分时间设置为0，微分部分将不起作用。
微分时间与微分作用的强弱成正比，微分时间越大，微分作用越强。
如果微分时间太大，在误差快速变化时，响应曲线上可能会出现“毛刺”。
微分控制的缺点是对干扰噪声敏感，使系统抑制干扰的能力降低。
为此可在微分部分增加惯性滤波环节。
5．采样周期
PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样周期。
采样周期越小，采样值越能反映模拟量的变化情况。
但是太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，将使PID控制器输出的微分部分接近为零，所以也不宜将采样周期取得过小。
应保证在被控量迅速变化时（例如启动过程中的上升阶段），能有足够多的采样点数，不致因为采样点数过少而丢失被采集的模拟量中的重要信息。
6．PID参数的调整方法
在整定PID控制器参数时，可以根据控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系，用实验的方法来调节控制器的参数。
有经验的调试人员一般可以较快地得到较为满意的调试结果。
在调试中最重要的问题是在系统性能不能令人满意时，知道应该调节哪一个参数，该参数应该增大还是减小。
为了减少需要整定的参数，首先可以采用PI控制器。
为了保证系统的安全，在调试开始时应设置比较保守的参数，例如比例系数不要太大，积分时间不要太小，以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情况。
给出一个阶跃给定信号，根据被控量的输出波形可以获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间。
应根据PID参数与系统性能的关系，反复调节PID的参数。
如果阶跃响应的超调量太大，经过多次振荡才能稳定或者根本不稳定，应减小比例系数、增大积分时间。
如果阶跃响应没有超调量，但是被控量上升过于缓慢，过渡过程时间太长，应按相反的方向调整参数。
如果消除误差的速度较慢，可以适当减小积分时间，增强积分作用。
反复调节比例系数和积分时间，如果超调量仍然较大，可以加入微分控制，微分时间从0逐渐增大，反复调节控制器的比例、积分和微分部分的参数。
总之，PID参数的调试是一个综合的、各参数互相影响的过程，实际调试过程中的多次尝试是非常重要的，也是必须的。