过程控制中的噪声和干扰

如果没有噪声和干扰，反馈控制器可以相当容易地将被控制过程(过程变量)的输出保持在其期望值(设定值)附近。然而，除了控制器的努力之外，其他的力量经常会改变过程变量。

什么是过程控制中的干扰?

一个例子是阳光照进由自动空调冷却的房间。尽管恒温器努力将室温降低到72华氏度的设定值，但房间实际上可能会变得更热。这些不可控的影响被称为干扰。

侧风会扰乱卡车的横向位置，需要司机通过控制来进行补偿。视觉上的“噪音”，如积雪，会模糊驾驶员对实际位置的测量，导致他做出不必要的航向修正。

过程控制中的噪声是什么?

另一方面，噪声使过程变量似乎偏离设定值，无论是否有任何真正的干扰在起作用。噪声通常是用于感知或测量过程变量的技术的结果。对于电信号，测量噪声通常是由于来自其他电源的干扰。噪声也可能是由于传感器的磨损或某些物理阻塞导致传感器向控制器发送不准确的读数而引起的。

设定值改变时，设定值和过程变量之间也会发生错误。然而，如果控制器在编程中使用了足够多的关于进程动态行为的数据，那么对控制器来说，设定值的改变就相对容易实现。正是由于扰动的随机性和噪声的虚构效应，反馈控制器才如此努力地工作。

噪声和干扰的一个实际例子

假设一辆大卡车在高速公路上行驶时遇到侧风。司机的大脑是控制器，他的眼睛是测量卡车位置的传感器。根据他所看到的情况，司机使用方向盘保持卡车在白线之间的横向位置。

如果风力小，能见度好，司机只需要根据道路上的弯道调整卡车的预期位置。这种设定值的改变对他来说相对容易，假设他知道当他转动方向盘时卡车会有什么反应。

然而，强风可以把卡车吹离司机选择的路线。为了补偿这种干扰，驾驶员必须调整转向以纠正位置错误。更糟糕的是，如果风的速度或方向是随机变化的，司机的纠正努力将不得不更频繁和更戏剧性。

现在假设风伴随着雪。司机可能不能很好地看到白线，所以他可能会改变他的路线，以弥补一个不存在的位置错误。雪构成了一种视觉“噪音”，破坏了驾驶员眼睛所测量的位置。

PID控制

在更典型的过程控制情况下，PID控制器负责应用与过程变量和设定值之间的误差加上该差值的积分和导数成比例的校正努力。它的导数作用是最受噪声和干扰的影响。

从好的方面来看，PID控制器可以提供积极的衍生动作，可以对错误做出快速反应，并在扰动开始后立即开始朝着正确的方向进行控制。与只使用比例和积分动作的控制器相比，这可以缩短补偿扰动所需的时间。

然而，由于波动信号的导数也会波动，导数作用将放大测量中嵌入的任何噪声。这可能导致不必要的和可能适得其反的控制努力。大多数PID控制器都配备了噪声滤波器，以抑制导数动作可能产生的无关波动。

万斯·j·万多伦，博士，体育，咨询编辑，是印第安纳州西拉斐特市万多伦工业公司的总裁controleng.msn.com．

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