控制器平衡性能与闭环稳定性

如果不需要高速响应，任何连续过程都可以很容易地控制。反馈控制器只需要测量过程变量，确定它是否偏离设定值太远，应用必要的纠正工作，等待看错误是否消失，并在必要时重复。这种闭环控制过程最终会有预期的效果，只要控制器有足够的耐心。

不幸的是，耐心在过程控制中通常不被认为是一种美德。一个典型的控制者会在其最初的努力对过程产生影响之前进行一系列的纠正努力。等待进程解决每次控制器移动通常会使进程脱离规范，以至于控制器实际上变得无用。

玩秋千的孩子使用闭环
保持摆动的不稳定性。

没那么快

另一方面，一个试图快速消除错误的控制器实际上可能弊大于利。它最终可能会过度校正到过程变量超过设定值的地步，从而导致相反方向的错误。如果这个后续的错误比原来的更大，控制器将继续过度校正，直到它开始从100%的努力振荡到0%，然后再回来。

这种情况通常被称为闭环不稳定或者简单地狩猎．一个激进的控制器驱动闭环系统进入持续的振荡，甚至比它的过度耐心的对手更糟糕，因为过程振荡可以永远持续下去。过程变量将总是过高或过低。更糟糕的是，振荡有时会越来越大，直到管道开始破裂，水箱开始溢出。

稳定的技术

Ziegler-Nichols闭环方法可以说是设计稳定控制回路最直接的方法。它适用于PID控制器，可以通过调整其比例(P)，积分(I)和导数(D)增益来增加或减少侵略性。增益越高，控制器就越努力消除错误。

齐格勒和尼科尔斯发现，如果他们逐渐提高纯p控制器的比例增益，最终会开始过度校正，并迫使过程进入持续的振荡。通过在这一点上减少50%的增益，循环将再次变得稳定。很简单!

不太明显的是如何添加积分和导数动作，使控制器在不冒闭环不稳定风险的情况下反应更灵敏。齐格勒和尼科尔斯通过反复试验确定，以规定的方式增加积分和导数增益实际上会使比例增益增加到引起不稳定的值的75%。他们著名的“调谐规则”使控制工程师第一次设计出两项(PI)和三项(PID)控制器，使闭环系统保持稳定，但又足够快，可以及时消除错误。

例如，一个孩子在秋千上，利用闭环不稳定性来保持秋千持续。通过在秋千仍在运动时施加控制动作(即通过“泵”)，孩子可以迫使秋千在静止位置前后摆动。相反，过程控制器会试图通过迫使Q的大小越来越小来保持闭环系统的稳定。

作者信息

Vance J. VanDoren博士，体育，咨询编辑，是VanDoren工业公司的总裁，西拉斐特，印第安纳州controleng.msn.com．

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