a) 对象响应曲线 b) 调节器输出曲线
图4-17 取不同控制参数时具有纯滞后的一阶惯性环节仿真结果的比较
§4.3.4 仿真结果分析[19][25]
［9］
1. 基本控制规律对过渡过程的影响［8］
控制规律就是控制器接受了输入的偏差信号后，控制器的输出随输入变化的规律，在工业自动控制系统中最基本的控制规律有：比例控制、积分控制、微分控制。
(1)比例控制规律：
比例控制规律是控制器输出的变化量与被控参数的偏差值成比例的关系，常用P表示。工业上所用的控制器，都用比例度δ（也称比例带）来表示比例控制作用的强弱。比例度可以用下式来表示：
e/(Xmax?Xmin)???100%P/(Pmax?Pmin) (4-22)
式中 e——控制器输入变化量（即偏差）； P——控制器的输出变化量；
Xmax?Xmin——仪表的量程；
Pmax?Pmin——控制器输出的工作范围。
比例度就是使控制器输出变化全范围时，输入偏差改变了满量程的百分数。当仪表的量程和控制器输出的工作范围相等时，比例度就和仪表的放大倍数Kc互为倒数关系，即：
1???100%KC (4-23)
比例控制规律就是控制器的输出与输入成比例关系，只要控制器有偏差输入，其输出立即按比例度变化，因此比例控制作用及时迅速；但只是具有比例控制规律的控制系统，当被控参数受干扰影响而偏离给定值后，控制器的输出必定改变，在系统稳定后，由于比例关系，被控参数就不可能回到原先数值上，即存在残余偏差—余差。
余差是比例控制器应用方面的一个缺点，在控制器的输出变化量相同的情况下，比例度δ越小（即Kp越大），余差越小。但是若比例度过分减小，系统容易振荡。
比例度对控制过程的影响如图(4-18)所示。由图中可以看出，比例度越大，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大。比例度越小，则过渡过程曲线越振荡。
图4-18 比例度对过渡过程的影响
（1） （1） 积分控制规律：
积分控制规律是控制器的输出变化与输入偏差的积分成比例关系，常用I表示。由于积分作用是偏差对时间的积分，因此积分作用的输出与时间的长短有关。在一定偏差作用下，积分作用的输出随时间的延长而增加，因此积分作用有“慢慢来”的特点。由于这一特点，调节不及时，使被调参数的超调量增加，操作周期和回复时间增长，这些对控制是不利的。因此积分作用往往与比例作用一起使用。当然若积分时间Ti减小些，被调参数的过渡过程会有所改善，但是Ti过小，将会导致系统激烈的振荡；也是由于这一特点，对一个很小的偏差，虽然在很短的时间内，积分作用的输出变化很小，还不足以消除偏差，然而经过相当长的时间后，积分作用的输出总可以增大到足以消除偏差的程度。因此积分作用具有消
除余差的能力。
图(4-19)是表示在同样的比例度下积分时间对过渡过程的影响。由图可以看出，积分时间过大，积分作用不明显，余差消除很慢（见曲线3）；积分时间过小，过渡过程振荡太剧烈，稳定程度降低（见曲线1）。
图4-19 积分时间对过渡过程的影响
（2） （2） 微分控制规律：
微分控制规律是控制器的输出与偏差变化的速度成正比，常用D表示。由于微分作用的输出与偏差变化的速度成正比，因此对于一个幅度很小，甚至为零的偏差，若变化速度很快，微分作用的输出可以很大。这种根据偏差变化的趋势，提前采取控制措施，是微分作用的特点，称为超前。
由于微分作用具有超前的特点，因此微分作用用的恰当，被控参数的超调量减小，操作周期和回复时间缩短，系统的质量可得到全面提高。特别对滞后较大的对象效果更加显著。微分时间Td越长，微分作用越强；但微分时间过长时，容易引起系统的不良振荡。
微分时间对过渡过程的影响如图(4-20)所示。由图可以看出，微分作用具有抑制振荡的效果。在同一个控制系统中，增加适当的微分作用后可以提高系统的稳定性，减少被控参数的波动幅度。但是微分作用也不能加得过大，否则由于控
制作用过强，不仅不能提高系统稳定性，反而会引起被控参数大幅度的振荡。
图4-20 微分时间对过渡过程的影响
2. 仿真结果分析
由图(4-15)仿真结果显示：
(1)因比例作用增加，过渡过程曲线振荡次数增加，过渡过程时间也相应延长；若比例作用减弱，过渡过程曲线相应较平稳。
(2)因积分作用减弱，则在过渡过程曲线上显示出积分作用不明显，余差消除较慢，过渡过程时间延长；若积分作用增强，容易消除余差，可使过渡过程时间适当缩短。
(4) (4) 因微分作用增加，过渡过程振荡幅度也有所增大；若微分作用减弱，
由过渡过程曲线可见，系统的平稳度有所提高，过渡过程时间有所减少。
由图(4-17)仿真结果显示：
(1)比例作用对系统性能的影响与图(4-15)的结果一样。
(2)积分作用减弱，过渡过程时间延长；若将积分作用增强，容易消除余差，使过渡过程时间相应有所减少。
(3)微分作用增加，控制器的输出信号变化明显增加，说明执行机构动作频繁，过渡过程振荡幅度也有所增大；将微分作用减弱，系统的平稳度有所提高。
综合观察、分析图(4-15)和图(4-17)所示的系统过渡过程响应曲线，由基本控
制规律对过渡过程的影响可知，应用LabVIEW所实现的虚拟控制器，基本具有模拟控制器的控制功能，能够完成对一阶惯性系统、二阶惯性系统的控制功能。