比例控制系統是線性的回授控制系統,像浴室抽水馬桶的浮球閥及離心式調速器都是經典的比例控制系統。
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![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/Centrifugal_governor.png/640px-Centrifugal_governor.png)
比例控制系統比雙金屬自動調溫器的開關控制要複雜,但比類似車輛巡航定速的PID控制要簡單。若系統的響應時間較長,可以用開關控制來控制,但若響應時間短,可能會造成系統的不穩定。比例控制系統會將輸出調變處理,或是配合像連續控制閥等裝置,使輸出不致於有不連續的變化。
開關控制可以類比於開車時將油門只考慮踩到底或是完全放空,然後調整其占空比來控制速度。當速度還沒到達理想速度,汽車有動力,當速度到達理想速度後,油門放空,車輛減速,當速度低於理想速度(一般會有一些遲滯現象),才會再提供所有動力給汽車。上述作法看似脈衝寬度調變(PWM),但因控制速度不夠快,最後的結果是控制性能不佳,速度有大幅的變化。引擎越有力,整車就越不穩定,汽車越重,整車就越穩定。穩定性和車輛的功率重量比有關。
比例控制類似大部份駕駛開車的方式,若車輛略超過目標速度,油門會稍微放鬆一些,使馬力減少,因此車輛會慢慢的減速,在減速過程也會根據車輛速度和目標速度的差,持續的調整油門,最後會接近目標值,其誤差比開關控制要小很多,而控制也平順許多。
比例控制可以再調昇為PID控制,可以針對像上下坡之類,相同速度下需要功率不同的條件進行處理,這就會根據PID控制中的積分器來補償。
比例控制理論
在比例控制演算法中,控制器輸出等於誤差信號,也就是目標值和程序變數的差,換句話說,控制器輸出是誤差信號和積分增益的乘積。
不過只用上述方式處理,當誤差信號為零時,控制器輸出也為零,因此為了要使控制器有輸出,目標值和程序變數需要有一定程度的誤差。為避免此情形,會調整控制器,在誤差信號為零時就有一輸出值,再依誤差調整輸出的量。
在數學上可以表示為
其中
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外部連結
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