类型的控制器

控制器基本上是A中的一个单元控制系统它生成控制信号以减少实际值从期望值到几乎为零或可能的最低值的偏差。它负责系统的控制动作，从而得到准确的输出。

控制器产生控制信号的方法称为控制动作。

下图是一个工业控制器的框图:

基本上，实现的输出与参考输入的偏差是需要由控制器补偿的误差信号，以便系统产生所需的输出。

在前一篇关于控制系统的文章中，我们已经讨论过控制系统管理系统以提供任何特定的输出。

因此，在控制系统中，控制器为系统提供所需的控制，从而获得所需的输出。在本文中，我们将讨论各种类型的控制器。

类型的控制器

在讨论各种类型的控制器之前，必须了解控制器的工作模式。这是因为各种类型的控制器都源于不同的操作模式。

所以，基本上有两种操作模式:

让我们首先理解什么是不连续模式。

不连续

控制器操作的不连续模式允许有离散的输出值。在这种模式下，输出不是根据控制器产生的信号显示平滑的变化，而是显示从一个值到另一个值的波动。

根据这种工作方式，控制器分为两种类型:

• On-Off /双位置控制器
• 多位置控制器

连续

这种模式允许在整个操作范围内平稳变化被控制的输出。控制系统的输出显示出与整个误差信号或它的某种形式成比例的连续变化。

因此，根据所应用的输入，控制器主要分为:

• 比例控制器
• 积分控制器
• 微分控制器

现在让我们理解每种类型的控制器。

两位控制器

这些也被称为开/关控制器。这里控制器的输出在两个特定值之间波动，通常是最大值和最小值。

一般认为最大值为100%，最小值为0%。

它是控制器最简单和最常见的一种控制动作。这里的输出显示根据驱动误差信号的最大值和最小值之间的变化。

当驱动误差信号的值增加到一个临界值以上时，输出基本上由最小值变为最大值。

同样，当误差信号的值低于临界值时，输出从最大值减少到最小值。

设m为控制器的输出，e为驱动误差信号，m为₁和m₂分别表示最大值和最小值。

那么数学上我们可以这样写:

下图为二位控制器的框图:

值得注意的是，在开关控制器的情况下，每次当误差通过0增加或减少，然后重叠存在。这种重叠导致了错误的范围，这一范围的错误被称为死区。

使用两个位置控制器的系统的例子有房间加热器系统，水箱液位控制系统，空调等。

比例控制器

在这种类型的控制器中，被控变量和驱动误差信号之间保持比例线性关系。

设m为控制器的输出，e为误差信号，则比例控制器可以写成

这里K_P是比例增益常数，它决定了被控制输出和误差信号之间的关系。

根据拉普拉斯变换，上式可以写成:

因此

因此，我们可以说，在这种情况下，每个错误值都提供了唯一的控制器输出。

正如我们已经讨论的，存在一个线性关系之间的控制器输出和误差信号。但是控制器的输出不能为0，因为错误信号的0值会导致进程的停止状态。

因此对于零错误，输出将是:

:米_o是否在零错误情况下控制输出。

这种类型的控制器允许两者直接以及相反的动作。这是因为误差可以是正的或负的，取决于参考输入和反馈信号的差异。

当控制器的输入增加时，它的输出也增加，那么它被称为直接控制作用。

而如果投入的增加导致产出的减少，反之亦然，则称为相反的动作。

积分控制器

具有一种控制动作的控制器，其中输出的变化率与驱动误差信号成正比，称为积分控制器。

数学上可以写成

: Ki为常数

因此，上式可以写成

:M(0)是控制器在t = 0时的输出

在积分控制器的情况下，控制器输出的变化率依赖于积分时间常数，直到时间误差信号变为0。因此，它被认为是相对较慢的比例控制器。

在这里，为了产生可观的产出，相对需要更多的时间。但在这种情况下，处理仍在继续，直到时间误差信号变为零。

微分控制器

在导数型控制器中，控制器的输出取决于误差信号变化的速率。

实际上，我们可以说误差是时间的函数，在任何给定的时刻它都可以是0。然而，即使在那一刻之后，它也没有必要保持为零。

因此，必须有特定的动作来指定误差信号的变化率。有时它也被称为速度行动模式的控制器。

因此它是这样给出的:

Kd为导数增益常数，表示每秒钟驱动误差信号的变化率，控制器输出的变化量。

上式的拉普拉斯变换为

或者我们可以写成

因此我们可以说，每一个误差信号的变化率都提供了一个显著不同的控制器输出值。

它对系统来说是一个有利的因素，因为每次输出都随着误差信号的变化而变化，从而在误差接近一个大值之前提供显著的校正输出。

实际上，这些模态不能单独使用，因此使用这些模态的组合。

所以，组合如下:

• 比例积分控制器:这种类型的控制器是由比例和积分控制动作的合并形成的。

这类控制器的数学表达式为:

:M(0)表示t = 0时的初始输出。

• 比例微分控制器:当比例控制动作与导数控制动作串联时，称为比例导数控制器。

数学上表示为:

• 比例积分导数控制器:将比例、积分和导数这三种模式结合起来的控制动作称为比例、积分和导数控制器或PID控制器。

数学上是这样的:

这些都是关于控制器及其类型的。