数字PID调节器正反作用方式详解

1.“控制器正反作用”方式的定义

正作用（Direct Action）：随着被控过程输出测量信号的增加，调节器输出也增加。

DIR算法：e（kT）=y（kT）-r（kT） （5-3-12）

反作用（Reverse Action）：随着被控过程输出测量信号的增加，调节器输出减小。

REV算法：e（kT）=r（kT）-y（kT） （5-3-13）

图5-3-5描述了控制器正反作用情况下系统运行曲线，其中PV表示被控过程输出测量信号，SV表示被控过程给定值，MV表示被控过程调节器（自动状态）或操作器（手动状态）输出信号。

下面阐述控制器正反作用的两个例子。在图5-3-6中，如果已知K_c>0，K_p>0，由于被控对象为负，随着被控过程输出测量信号的增加，控制器（PI调节器）输出也增加，则系统属于正作用过程，控制器应该设置为正作用才能够保证系统为负反馈，即应该使用DIR算法。如果像图中使用REV算法，则导致系统为正反馈，会导致系统发散失控。

图5-3-5 “正反作用”方式曲线

图5-3-6 正作用过程示意图

在图5-3-7中，如果已知K_c>0，K_p>0，由于被控对象为正，随着被控过程输出测量信号的增加，控制器（PI调节器）输出减小，则系统属于反作用过程，控制器应该设置为反作用才能够保证系统为负反馈。

图5-3-7 反作用过程示意图

2.“正反作用”方式的选择

选择要点：决定于对象特性及调节阀结构，最终是为了使控制回路成为“负反馈”系统。具体工程上的判断方法为：(www.xing528.com)

1）假设检验法。先假设控制器的作用方向，再检查控制回路能否成为“负反馈”系统。

2）回路判别法。先画出控制系统的方块图，并确定回路中除控制器外的各环节的作用方向，再来确定控制器的正反作用。

以图5-3-8液位控制系统为例，在初始稳态条件下，有关系式：

r（0）=y（0）=K_pu₀，K_c>0，K_p>0

则当t≥0时，实际各变量变化过程为

y（t）↑→u（t）↓

图5-3-8 液位控制系统示意图

a）液位过程流程图 b）液位控制系统框图

即该系统为反作用过程，为了使控制回路成为“负反馈”系统，控制器应该使用REV算法。图中气开阀指单作用的情况下，如果把气动执行器的气源断开，则阀门是打开状态，目的在于故障情况下能够维持安全液位。

图5-3-9进一步说明了在不同的液位控制系统中，控制器的正反作用选择原则，即保证控制系统为负反馈为最终目的。因此当图5-3-9a中液位增加或降低时，为维持液位与系统给定值的一致，控制器输出应该减少或增大，因此控制器应该设置为反作用；同样对图5-3-9b而言，当液位增加或降低时，为维持液位与系统给定值的一致，控制器输出应该增加或减少，因此控制器应该设置为正作用。

图5-3-9 控制器的正反作用选择示意图

a）控制器反作用 b）控制器正作用