自衡過程
自衡過程的過程變量在輸入發(fā)生變化時，無需外加任何控制作用，過程能夠自發(fā)地趨于新的平衡狀態(tài)。
PID控制器輸出的階躍變化響應(yīng)，初始過程變量穩(wěn)定的自衡過程將重新穩(wěn)定在一個平衡位置，如圖1所示。到目前為止我們討論的所有過程都是自衡過程。
圖1 自衡過程階躍響應(yīng)曲線
積分過程
積分過程的過程變量在開環(huán)情況下僅在平衡點是穩(wěn)定的，過程變量與過程輸入對時間的積分成比例。
積分過程依賴于平衡過程輸入和輸出來保持穩(wěn)定。對處于穩(wěn)定積分過程的PID控制器輸出進(jìn)行階躍變化，將導(dǎo)致過程變量向一個方向逐漸移動，直到物理限值。圖2顯示了積分過程的階躍響應(yīng)曲線。
圖2 積分過程階躍響應(yīng)曲線
儲罐液位是典型的積分過程。當(dāng)流入儲罐的物料量與流出儲罐的物料量相匹配時，過程輸入和輸出處于平衡狀態(tài)，儲罐液位將保持恒定。如果我們做一個階躍變化，增加進(jìn)入儲罐的物料流量，過程將失去平衡，儲罐液位逐漸上升，直到物料溢出儲罐。
積分過程如果處于手動工作模式，很容易受到外界的影響而在某個時刻失控。對生產(chǎn)過程中的任何積分過程，都應(yīng)該設(shè)計控制方案以通過反饋實現(xiàn)過程穩(wěn)定。
雖然積分過程的響應(yīng)曲線與自衡過程的響應(yīng)曲線顯著不同，但積分過程仍然可以用和自衡過程純滯后時間、時間常數(shù)和增益類似的參數(shù)進(jìn)行表征。
1、積分過程的純滯后時間
積分過程的純滯后時間可以與自衡過程同樣的方式測量，純滯后時間為PID控制器輸出變化和過程變量開始變化之間的時間。
2、積分過程的時間
積分過程的特性決定了不能從響應(yīng)曲線中輕易確定時間常數(shù)，因為積分過程沒有穩(wěn)定的過程變量變化。同時PID參數(shù)整定方法研究表明：時間常數(shù)在積分過程的PID參數(shù)整定中并不那么重要。 一個自衡過程的時間常數(shù)會提供一個很好的積分時間的參考值，而積分過程只能人為決定不會引起振蕩的積分時間。在積分過程響應(yīng)曲線中使用時間△T 代替時間常數(shù)。
對積分對象我們使用過程變量按一定斜率穩(wěn)定變化后的任一點來確定△PV, 從階躍測試開始到該點的時間為τ+△T 的總時間，過程變量開始變化的時間到△PV的時間為時間△T。
3、積分過程的增益
△T時間內(nèi)的△PV與△OP的商作為積分過程的增益。這個增益和△T的比值是個固定值。
4、積分過程表征參數(shù)計算
圖2是積分過程對控制器輸出5%階躍變化的響應(yīng)曲線，控制器輸出在1s 時改變，直到8s過程變量才開始變化。這個過程的純滯后時間是：
τ=8-1=7s
圖3 積分過程響應(yīng)曲線
如圖3所示，過程變量從第8s開始變化，從8s到13s過程變量從0到50。積分過程的增益與自衡過程類似，但是因為響應(yīng)曲線不同，我們現(xiàn)在規(guī)定：
△T=13-8=5s
△PV=50-0=50
△OP=5-0=5
K=50/5=10
不管如何選擇△T, 計算的K/△T的值恒等于2，這其實是單位階躍輸入變化引起的積分過程的過程變量穩(wěn)態(tài)變化斜率，也稱飛升速率。
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◆什么是自衡對象和積分對象
