反馈回路控制着离散的、连续的过程

可以说，控制工程专业最基本的工具是反馈回路，如下所示。它包括五个基本要素:

• 被控制的过程。

• 测量过程状态的传感器(或仪器)。

• 将测量值转换成电子信号的变送器。

• 决定工艺条件是否可接受的控制器。

• 一种执行器(或最终控制元件)，根据控制器的指令对过程施加纠正动作。

这种测量-决定-驱动的顺序可以根据需要不断重复，直到达到所需的工艺条件。

对于连续过程，反馈回路试图将过程变量维持在期望的设定值上。

对于连续过程，反馈回路试图将过程变量(或被操纵变量)维持在一个被称为设定值的期望值上。控制器从设定值中减去最新的过程变量测量值以产生误差信号。然后，误差信号的大小和持续时间决定了控制器输出或控制变量的值，这反过来又决定了执行器施加的纠正努力。

巡航

例如，配备巡航控制器的汽车使用速度计来测量和保持汽车的速度。如果汽车行驶太慢，控制器会指示加速器向发动机提供更多的燃料。如果汽车行驶太快，控制器就会松开油门。汽车是过程，速度计是传感器，油门是执行器。

汽车的速度是过程变量。其他常见的过程变量包括温度、压力、流量和储罐液位。这些都是可以不断变化的量，可以在任何时候测量。操纵这种条件的常见执行器包括加热元件、阀门、泵和阻尼器。

对于离散过程，仅在触发事件发生时才测量感兴趣的变量，并且对于每个事件通常只执行一次度量-决定-驱动序列。这里真的没有“循环”。例如，驾驶汽车的人类控制器的眼睛在每次旅行开始时测量环境光线水平。如果太黑看不清楚，司机决定打开汽车的灯。在下一次触发事件(例如行程结束)之前，不需要进一步调整。

离散过程的反馈回路通常比连续控制回路简单得多，因为离散过程不涉及太多的惯性。控制汽车的驾驶员在打开灯后获得即时结果，而巡航控制器在汽车缓慢加速或减速时看到的结果则要缓慢得多。

惯性倾向于使连续控制回路的设计复杂化，因为连续控制器通常需要在其早期努力的结果完全明显之前做出一系列决策。它必须预测其最近纠正工作的累积效果，并相应地计划今后的行动。在尝试另一个之前，等待每一个结果的时间太长了。

普遍存在的比例-积分-导数(PID)控制算法可以预见未来，如果它被配置或调整以补充过程的行为。一个快速作用的PID控制器，做出积极的控制决策，在缓慢的过程中工作得很好，反之亦然。参见“循环调谐基础，”CE， 2003年7月。

作者信息

Vance J. VanDoren，博士，体育博士，控制工程controleng@msn.com

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