比例控制比例控制技术

比例控制技术是实现元件或系统的被控制量(油液的压力、流量等) 与控制量(电气信号) 之间线性关系的技术手段，它弥补了电液伺服控制应用和维护条件苛刻、成本高、能耗大以及传统的电液开关控制性能差等缺陷，很好地满足了工程实际的需要并得到迅速的发展。

比例控制比例控制与积分控制结合（PI控制）

具有比例-积分控制规律的控制器，称PI控制器，其输出信号m(t)同时成比例地反应输入信号e(t)及其积分，即

式中，Kp为可调比例系数；Ti为可调积分时间常数。

在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大，PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制工程实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。

比例控制比例控制与微分控制结合（PD控制）

具有比例——微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出m (t)与输入e(t)的关系如下式所示：

式中，Kp为比例系数；

PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个

比例控制比例、积分、微分控制结合（PID控制）

具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为

与PI控制器相比，PID控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外，还多提供一个负实零点，从而在提高系统动态性能方面，具有更大的优越性。因此，在工业过程控制系统中，广泛使用PID控制器。PID控制器各部分参数的选择，在系统现场调试中最后确定。通常，应使I部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；而使D部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。

控制器的输出信号m(t)能够成比例地反应其输入信号e(t)。用数学式表达，即：m(t)=kpe(t)。式中，kp为比例系数。

P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换过程中，P控制器只改变信号的增益而不影响其相位。在串联校正中，加大控制器增益Kp，可以提高系统的开环增益，减小系统稳态误差，从而提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统不稳定。因此，在系统校正设计中，很少单独使用比例控制规律。

比例系统比例控制与积分控制结合（PI控制）

具有比例-积分控制规律的控制器，称PI控制器，其输出信号

式中，

在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。只要积分时间常数

比例系统比例控制与微分控制结合（PD控制）

具有比例——微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出与输入的关系如下式所示：

式中，

PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个

比例系统比例、积分、微分控制结合（PID控制）

具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为：

比例控制系统系统中的作用

电液比例阀是比例控制系统中的主要功率放大元件，按输入电信号指令连续地成比例地控制液压系统的压力、流量等参数。与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方面还有一定的性能差距，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性;另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单，已在许多场合获得广泛应用。

比例控制系统分类

比例阀按主要功能分类，分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类，每一类又可以分为直接控制和先导控制两种结构形式，直接控制用在小流量小功率系统中，先导控制用在大流量大功率系统中。比例阀的输入单元是电-机械转换器，它将输入的电信号转换成机械量。转换器有伺服电机和步进电机、力马达和力矩马达、比例电磁铁等形式。但常用的比例阀大都采用了比例电磁铁，比例电磁铁根据电磁原理设计，能使其产生的机械量(力或力矩和位移)与输入电信号(电流)的大小成比例，再连续地控制液压阀阀芯的位置，进而实现连续地控制液压系统的压力、方向和流量。

比例阀有三大类:

(1)比例压力阀，有溢流阀、减压阀，分别有直动和先导两种结构;

(2)比例方向阀，有直动和先导两种结构，直动阀有带位移传感器和不带位移传感器两类;

(3)比例流量阀，有比例调速阀和比例溢流流量控制阀。

比例阀与放大器配套使用，放大器采用电流负反馈，设置斜坡信号发生器，控制升压、降压时间或运动加速度及减速度。断电时，能使阀芯处于安全位置。

比例控制系统比例阀的选用

(1)根据用途和被控对象选择比例阀的类型;

(2)正确了解比例阀的动、静态指标，主要有额定输出流量、起始电流、滞环、重复精度、额定压力损失、温飘、响应特性、频率特性等;

(3)根据执行器的工作精度要求选择比例阀的精度，内含反馈闭环阀的稳态性、动态品质好。如果比例阀的固有特性如滞环、非线性等无法使被控系统达到理想的效果时，可以使用软件程序改善系统的性能;

(4)如果选择带先导阀的比例阀，要注意先导阀对油液污染度的要求。一般应符合ISO18/15标准，并在油路上加装过滤精度为10μm以下的进油过滤器;

(5)比例阀的通径应按执行器在最高速度时通过的流量来确定，通径选得过大，会使系统的分辨率降低;

(6)比例阀必须使用与之配套的放大器，阀与放大器的距离应尽可能地短。

在工业上所使用的调节器，习惯上而是采用比例度δ(也称比例带，在仪表上用P表示)，而不用放大倍数K_P来衡量比例控制作用的强弱。

所谓比例度指调节器输入的变化与相应输出变化的百分数。比例度就是使调节器的输出变化满刻度时(也就是调节阀从全关到全开或相反)，相应的仪表指针变化占仪表测量范围的百分数，或者说使调节器输出变化满刻度时，输入偏差对应于指示刻度的百分数。

例如，一只电动比例温度调节器，温度刻度范围是50～100℃，电动调节器输出是0～10mA，当指示指针从70℃移到80℃时，调节器相应的输出电流从3mA变化到8mA，其比例度为δ=40%。

当温度变化全量程的40%时，调节器的输出从0mA变化到10mA，在这个范围内，温度的变化e和调节器的输出变化△p是成比例的。但当温度变化超过全量程的40%时，(在上例中，即温度变化超过20℃时)，调节器的输出就不能再跟着变化了，因此，调节器的输出最多只能变化100%。

调节器的比例度δ的大小与输入输出的关系如图3所示。从图3中可以看出，比例度越大，使输出变化全范围时所需的输入偏差变化区间也就越大，而比例放大作用就越弱，反之亦然。

比例度δ与放大倍数K_P成反比，是互为倒数关系。调节器的比例度δ越小，它的放大倍数越大，它将偏差(调节器输入)放大的能力也越大，反之亦然。因此比例度δ和放大倍数K_P一样，都是表示一个比例调节器的控制作用强弱的参数。