增益调度处理非线性过程

大多数反馈控制技术，包括古老的PID算法，都依赖于控制原理线性保证在控制工作发生X %的变化之后，过程变量发生Y %的变化。比率或者获得在X和Y之间是固定的，无论进程当前运行在最大容量、最小容量还是两者之间。控制器只需要知道增益的值和进程移动的速度，就可以适当地选择控制措施。

不幸的是，并非所有过程都是严格线性的。即使是由悬挂在弹簧上的重物组成的经典线性系统，当弹簧被拉伸(或压缩)到其运动极限时，对施加在质量上的力的响应也会越来越小。

紫色曲线显示了溶液的pH值对碱的加入的反应。过程增益在范围B比范围A和C高得多。

pH值控制示例

另一方面，如果X和Y足够小，即使非线性过程也可以近似为线性过程。例如，考虑一个化学过程，将碱添加到溶液中以提高其pH值。如图所示，当pH值已经在范围B时，该过程对碱的添加反应更剧烈。如果假设整个过程由一个低增益控制，那么试图将pH值从范围a一直提高到范围C的控制器将在范围B中进行得过于激进。相反，如果假设范围B的高增益贯穿始终，那么在A和C范围内就过于保守了。
这个问题的经典解决方案是完全在一个或另一个范围内操作流程(即保持X和Y较低)，或者使用一种控制算法，随着流程增益的变化而改变其增益。如果在控制器运行时可以观察或推断过程增益的变化，则相应地更新控制器的增益是相当简单的。这通常是用增益调度,一种查找表，根据过程变量的值给出与当前工作范围相适应的控制器增益。

在pH控制示例中，增益表将有三个条目对应于三个pH范围中的每一个。每个控制器增益将根据单独的调谐测试来设置，而该过程在相应的pH值范围内运行。

主题变奏曲

这个基本主题的几个变体已经应用于相关的控制问题。例如，除了过程变量之外的指标已经用于从进度表中选择适当的增益。一个阳光传感器可以用来选择适当的增益来控制玻璃墙办公大楼的室温。当阳光明媚时，控制器会选择一个较弱的增益来进行加热控制或较强的增益来进行冷却控制。

增益调度中的条目也可以由控制器自动设置，控制器可以自行调优。它只需要在流程变量第一次进入特定范围时执行调优测试，然后在流程变量返回该范围时检索计算得到的增益。这是一种自适应控制．

有时，过程非线性已被充分理解，可以使用描述．特征器根据需要放大或衰减过程变量，使过程在控制器看来是线性的。它实现了与增益计划相同的目的，但只需要单个控制器增益，而不是每个工作范围的单独增益。

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