扰动抑制与设定点跟踪控制器

反馈控制器的主要目标通常是干扰拒绝要么设定点跟踪。旨在拒绝干扰的控制器将采取动作，以在干扰或时将过程变量返回到所需的设定值加载在过程中导致偏差。

例如，汽车的巡航控制器将在升高期间检测到汽车速度的速度下降时会使发动机齐节出来。它将继续努力拒绝或克服汽车上的额外负载，直到汽车再次随着最初指定的驾驶员迅速移动。扰动抑制控制器最适合设定值常量的应用程序，并且需要处理变量以保持接近它。

相反，当预期设定点经常变化时，设定值跟踪控制器是合适的，并且需要相应地提高或降低过程变量。一个配备自动温度控制器的豪华车追踪每当新的驱动程序呼叫新的内部温度时，通过调整加热器的输出来改变设定值。

Disturbance-rejection and setpoint-tracking controllers can each do the job of the other (a cruise controller can increase the car’s speed when the driver wants to go faster, and the car’s temperature controller can cut back the heating when the sun comes out), but最佳性能通常要求为一个角色或另一个角色设计或调整控制器。要了解为什么，考虑控制回路图中所示的反馈循环以及突然干扰对过程中的效果或过程变量的设定点中的突然变化。

开环操作

首先，假设禁用反馈路径，以便控制器以开环模式运行。在干扰后，过程变量将根据负载的大小和过程的物理特性开始改变。在巡航控制例中，山上添加的突然阻力将开始根据山坡的陡峭和汽车的惯性减速车。

请注意，开环控制器实际上在确定过程如何对干扰作出反应时实际上并不扮演任何作用，因此当禁用反馈时，控制器的调谐是无关紧要的。相比之下，一定程度的变化将通过两个都控制器和过程，即使没有任何反馈。请参阅开环操作图。

结果，控制器的数学惯性与过程的物理惯性相结合，以使过程对设定值的响应变化比对突然干扰的响应慢。当控制器配备积分动作时，尤其如此。PID控制器的I组件趋于筛选或者通过引入限制所产生的控制工作可以改变的速率来平均突出设定值改变的影响。

在汽车温度控制例中，当控制器开始在接收驾驶员对较温暖的内部的要求时，当控制器开始加热时，这种现象是明显的。汽车的加热器又将以速度提高汽车的温度，这取决于控制器调谐的速度如何以及内部温度如何对加热器的努力进行速度。一种直接的骚扰，例如阳光爆裂通常会以更快的速率提高汽车的温度，因为干扰的影响不会依赖于首先升高控制器。

闭环操作

当然，开环控制器无法真正拒绝干扰，也没有反馈，因此有意义，“额外设定值启用时会发生什么是有意义的？”通常，没有。除非控制器恰好配备设定值过滤，设定值响应将比与开环盒中的完全相同的量完全相同的扰动响应慢。请参阅闭环操作图。

但由于响应时间的差异是完全归因于控制器的时间滞后，可能会想知道它是否仍然可以设计一个等级跟踪控制器，即通过调整它以响应它的干扰抑制对应物就像它的干扰拒绝相同瞬间到一个设定的变化。

这也不工作。消除控制器的时间滞后需要禁用其积分动作，这将阻止进程变量永远到达设定值。有关更多信息稳态偏移现象，见“PID的三张面，”控制工程，2007年3月。

另一方面，控制器的数学惯性可以最大限度地减少，而不会完全击败其消除过程变量与设定值之间的错误的能力。快速设定值跟踪控制器需要特别激进的调整，但随着控制器永远不需要拒绝干扰，这不应该是一个问题。但如果意外的负载突然打扰该过程，则设定值跟踪控制器将倾向于过度反应并导致过程变量不必要地振荡。

相反，调整以拒绝突然干扰的控制器通常相对较慢地实现设定值改变。幸运的是，工业应用中的典型反馈控制环路将在恒定设定点处延长期间运行，因此扰动抑制控制器通常遇到延迟的唯一时间是在启动时处于启动时。

警告

不幸的是，这不是干扰拒绝的结束与禁止的追踪追踪故事。到目前为止，我们假设该过程受到突然干扰，例如当带巡航控制的汽车突然遇到陡峭的山丘时。例如，许多如果不是大多数反馈控制应用涉及更少的剧烈扰动山丘而不是陡峭的倾斜。

当流程的物理性质限制干扰会影响过程变量的速率时，干扰响应有时会慢点而不是设定点响应，而不是更快。在这种情况下，更具侵略性的调整对于扰动抑制控制器比其设定点跟踪对应物更具侵略性调整。关键是确定哪些方案适用于手头的过程，并且需要控制控制器的目标。

Vance Vandoren是咨询编辑控制工程。到了他Controleng（at）msn.com。