这些自动控制类型你都了解了吗

开关控制：

一种不连续控制，控制作用一加就是“全剂量”的，一减也是“全剂量”的，没有中间的过渡。

ex:室内温度设在28度，实际温度高于28度了，空调机启动致冷，把房间的温度降下来；实际温度低于28度了，空调机关闭.

比例控制:

控制量=比例控制增益*控制偏差，偏差越大，控制量越大。制偏差就是实际测量值和设定值或目标值之差。

ex:淋浴水温要求为40度，实际水温高于40度时，热水龙头向关闭的方向变化；实际水温低于40度时，热水龙头向开启的方向变化。

积分控制:

控制量和控制偏差在时间上的累积成正比，其比例因子就称为积分控制增益。积分控制的基本作用是消除控制偏差的余差。

ex:人们这时对热水龙头作微调，只要水温还不合适，就一点一点地调节，直到水温合适为止。

微分控制:

控制量和实际测量值的变化率成正比，其比例因子就称为比例控制增益，工业上也称微分时间常数。

ex:水温升高，热水龙头向关闭方向变化，升温越快，开启越多；水温降低，热水龙头向开启方向变化，降温越快，关闭越多。
ps:如果测量信号不是很“干净”，时不时有那么一点不大不小的“毛刺”或扰动，微分控制就会被这些风吹草动搞得方寸大乱，产生很多不必要甚至错误的控制信号。微分只有在被控对象反应迟缓，需要在开始有所反应时，及早补偿，才予以采用。

PID控制：

比例控制+积分控制+微分控制

双增益PID控制：

偏差大的时候，比例增益也大，进一步加强对大偏差的矫正作用，及早把系统拉回到设定值附近；偏差小的时候，当然就不用那么急吼吼，慢慢来就行，所以增益小一点，加强稳定性。

ex:高射炮瞄准敌机是一个控制问题。如果炮管还指向离目标很远的角度，那应该先尽快地把炮管转到目标角度附近，动作猛一点才好；但炮管指向已经目标很近了，就要再慢慢地精细瞄准。

死区PID控制：

双增益PID的一个特例，小偏差时的增益为零，也就是说，测量值和设定值相差不大的时候，就随他去，不用控制。

ex:大型缓冲容器的液位控制里用得很多。本来缓冲容器就是缓冲流量变化的，液位到底控制在什么地方并不紧要，只要不是太高或太低就行。但是，从缓冲容器流向下游装置的流量要尽可能稳定，否则下游装置会受到不必要的扰动。

ps:如果死区设置不当，或系统经常受到大幅度的扰动，死区内的“无控”状态会导致液位不受限制地向死区边界“挺进”，最后进入“受控”区时，控制作用过火，液位向相反方向不受限制地“挺进”，最后的结果是液位永远在死区的两端振荡，而永远不会稳定下来，业内叫hunting。
双增益或死区PID的问题在于增益的变化是不连续的，控制作用在死区边界上有一个突然的变化，容易诱发系统的不利响应。

平方误差PID控制：

误差一经平方，控制量对误差的曲线就成了抛物线，同样达到“小偏差小增益、大偏差大增益”的效果，还没有和突然的不连续的增益变化。

ps误差平方有两个问题：
一是误差接近于零的时候，增益也接近于零，回到上面死区PID的问题；
二是很难控制抛物线的具体形状，或者说，很难制定增益在什么地方拐弯。对于第一个问题，可以在误差平方PID上加一个基本的线性PID，是零误差是增益不为零；对于后一个问题，就要用另外的模块计算一个连续变化的增益了。具体细节比较琐碎，将偏差送入一个分段线性化（也就是折线啦）的计算单元，然后将计算结果作为比例增益输出到PID控制器，折线的水平段就对应予不同的增益，而连接不同的水平段的斜线就对应于增益的连续变化。通过设置水平段和斜线段的折点，可以任意调整变增益的曲线。要是“野心”大一点，再加几个计算单元，可以做出不对称的增益，也就是升温时增益低一点，降温时增益高一点，以处理加热过程中常见的升温快、降温慢的问题。

积分分离PID控制：

比例控制的稳定性好，响应快，所以偏差大的时候，把PID中的积分关闭掉；偏差小的时候，精细调整、消除余差是主要问题，所以减弱甚至关闭比例作用，而积分作用切入控制。

串级控制：

单一的PID回路当然可以实现扰动抑制，但要是主要扰动在回路中，而且是明确的，加一个内回路作帮手是一个很不错的主意。

ex:洗热水澡是时，要是热水压力不稳定，老是要为这个而调整热水龙头，那很麻烦。要是有一个人专门负责根据热水压力调节热水流量，把热水压力稳定下来，而且稳定在标定值，那洗澡的时候，水温就容易控制多了，只要告诉那个人现在需要多少热水流量，而不必烦心热水压力对热水流量的影响。这个负责热水流量的控制回路就是内回路，也叫副回路，而洗澡的温度就是外回路，也叫主回路。

ps:串级也不能乱用。如果主回路和副回路的相应速度差不多，或者主回路的相应速度甚至慢于副回路（通过变态的调试是可以做到的），这样的串级要出问题。

前馈控制:

前馈控制有两个要紧的东西：一是定量的扰动对被控变量的影响，也就是所谓前馈增益；二是扰动的动态，变化有一个过程，不是立时三刻的。如果可以精确知道这两样东西，那前馈补偿可以把可测扰动完全补偿掉。

ex:洗热水澡时。如果冷水管和同一个水房的抽水马桶功用，你在洗澡，别人一抽水，那你就变煮熟的龙虾了。这个时候，要使那个人在抽水的同时告诉你一声，你算好时间，算好量，猛减热水，那温度还是可以大体不变的。

ps:前馈通常和反馈一起用，也就是在PID回路上再加一个前馈。一般也只用静态前馈，也就是只补偿扰动对被控变量的静态影响。

前馈作用一般是用作辅助控制作用的，但是在特殊情况下，前馈也可以作为“预加载”（pre-loading）作为基准控制作用。
ex:在一个高压系统的启动过程中，压力可以从静止状态的常压很快地什到很高的压力。高压系统不容许阀门大幅度运动，所以控制增益都比较低，但是这样一来，启动升压过程中，压力控制的反应就十分迟缓，容易造成压力过高。这时用压缩机的转速或高压进料的流量作前馈，将压力控制阀“预先”放到大概的位置，然后再用反馈慢慢调节，就可以解决这个问题。

分程控制:

单个阀门有时难以控制大范围变化的流量,需要将一个大阀和一个小阀并列，小阀负责小流量时的精确控制，大阀负责大流量时的精确控制。

ex:工业阀门一般turndown只有10：1，如果这个阀门的最大流量是100吨/小时的话，低于10吨/小时就难以控制了，当然，高于90吨/小时也几近失去控制。分程控制以保证0-100的精确控制。

ps:分程控制当然不一定只有两截，三截甚至更多都是可以的。关-开型分程控制常常在交接点设置一个死区，避免出现两个阀都有一点点开度的情况。分程控制的交接点的设置有一点讲究，应该根据阀的大小。比如A阀比B阀大一倍，那分程点应该设在1/3先开B阀，而不是懒汉做法的1/2。

推断控制：

很多过程参数都是可以测量的，但也有很多参数是没法直接测量的。通过别的可以测量的过程参数来间接计算真正需要控制的参数。

ex:精馏塔顶的产品纯度可以用气相色谱来测量，但结果要等40分钟才能出来，用来做实时控制，黄花菜都凉了。可以用纯度和塔顶温度、压力作一个数学模型，用可以测量的温度和压力，间接计算出纯度。

阀位控制:

ex:风冷器有风扇的转速可以调节，也有百叶窗的开度可以调节。风扇转速的效果快，控制精确；百叶窗开度的效果猛，不容易掌握，但有利于节能。所以，可以用风扇的快速响应来控制温度，但是用百叶窗开度来通过温度间接地缓慢地影响风扇的转速，使风扇转速回到最经济的设定。当然百叶窗开度的控制回路必须要比风扇转速的控制回路整定得慢得多，一般是缓慢的纯积分控制，否则两人要打架。由于这相当于控制风扇转速的“阀位”，工业上称其为阀位控制。这个阀位控制也可以变一变，风扇转速高于某一数值（比如80%的最大转速）时，把百叶窗开大一格，还是高就继续开大；风扇转速低于某一数值（比如低于20%最大转速）时，把百叶窗关小一格。

时间最优控制（“梆-梆”控制）:

最速控制问题

ex:就是给定最大马力和最大刹车功率，怎么开汽车能够最快地从A点开到B点。最快的方法，就是一上来就加足马力，全速前进；然后在不到终点的某一地点，全力刹车，使慢下来的汽车在到达终点时正好停下来。这时最快的方法，不可能比这更快了。稍微发挥一点想象力，可以想象“梆”的一下，控制量的油门板一脚到底，再是“梆”的一下，刹车板一脚到底，控制任务就完成了。所以最速控制也叫“梆-梆”控制。

ps:一般都是开始时用“梆-梆”，或者匀速上升到最大控制，以缓和控制的冲击力；到终点附近时，改用PID作闭环微调，以克服“梆-梆”的系统模型误差十分敏感的缺点。

线性二次型最优控制：

使用二次型性能指标的线性系统最优控制。它可得到状态线性反馈的最优控制规律，便于实现闭环最优控制。线性二次型最优控制的“目标函数”（是一个控制偏差和控制量各自平方的加权和的积分。

一些说明

本文由控制类文章《自动控制原理的故事》整理所得，旨在更直观的展现作者对一些控制类型的理解，也便于大家复习所用。有兴趣的朋友可以查看原文。
原文地址1：https://wenku.baidu.com/view/0d3d4e20ba4ae45c3b3567ec102de2bd9605de2b.html
原文地址2：
http://www.51hei.com/bbs/dpj-42476-1.html