基本控制动作与工业自动控制.PDFVIP

第六章 控制系統的時域設計 6-1 導言 在本章中要討論一些控制系統的時域設計方法，時域設 計涉及被設計系統的時域性質的利用。為了設計，將用到前 幾章中有關穩定性及根軌跡等的題材。 124 125 6-2 PID 控制器 下圖為一附有量測元件之工業自動控制器之方塊圖， 其中工業自動控制器包括有一誤差檢出器及一放大器，量測 元件則為一能將輸出變數轉變為另一適合之變數，如位移、 壓力電氣訊號等，以便與參考之輸入訊號加以比較之裝置。 量測元件位於閉迴路系統之反饋路徑上，輸出之反饋信號需 與參考之輸入訊號具有相同之單位。放大器則放大一引動誤 差訊號之功率，藉以引動一驅動器，通常放大器也會將引動 誤差訊號積分或微分以得一更佳之控制信號。至於驅動器則 為一能依控制信號而改變機器輸入訊號大小之元件，以使反 饋信號能與參考輸入訊號相對應。 誤差檢出 誤差修正 機械部份 放大器 至驅動器 - -引動誤差 參考輸入 由設備而來 量測元件 工業自動控制器與量測元件之方塊圖 工業自動控制器多以電力或加壓之流體如油或空氣等 為其動力來源，使用何種控制器則依機器之性能與操作情況 而定，依其控制動作可區分為下列幾種： 1. 比例控制器(P) 2.積分控制器 (I) 3. 比例＋積分控制器(PI) 4. 比例＋微分控制器(PD) 5. 比例＋積分＋微分控制器(PID) 126 6-2-1 比例(P)控制器 對於一比例控制器，其輸出m(t)與引動誤差信號e(t)間 之關係為 m(t) ＝Kp e(t) 以拉氏轉換式表之則為 M(s) ＝Kp E(s) 其中K 稱為增益值。此種控制器之方塊圖如下圖所示。 p ＋ E(s) M(s) K p 比例 - 控制器 (a) 比例控制器之數學方塊圖 (b) 比例控制器功能方塊圖 6-2-2積分 (I)控制器 對於積分控制器，其輸出m(t)之改變率正比於引動誤差 信號 e(t)即 dm(t)/dt ＝K e(t) i 或 m(t) ＝Ki e( t) dt 其中 Ki 為一可調變之常數。積分控制器以拉氏轉換式表之 則為 M(s)/ E(s) ＝K /s i 此種控制器之方塊圖如下圖所示。 ＋ E(s) M(s) K /s 積分 i