微分控制

基本概念

控制規律是指控制系統中控制器的運作規律，即控制器輸入信號和輸出信號之間的關係。

常見的控制規律有比例（P）控制規律、積分（I）控制規律和微分（D）控制規律。

PID控制是工業生產中最常用的控制方式，即比例-積分-微分控制，PID控制器通過對輸入進行一定的比例、積分、微分運算，輸出控制量達到一定的控制要求。

PID控制的基本傳遞函式表示為：

微分控制，即D控制，是指以微分為控制規律的控制過程和方法。

理論上，P、I、D三種控制規律可以單獨使用也可以自由組合；實際的生產過程中，考慮控制規律的作用，一般使用的是P控制、PI控制、PD控制或PID控制，且以後三種為主。

P控制可以改變信號增益，且不影響其相位。在控制系統中，提高控制器P作用，可以提高系統開環增益，減小（不可消除）系統穩態誤差，提高系統的控制精度，但會降低系統相對穩定性，甚至造成閉環系統不穩定。

I控制可以提高系統的型別，提高系統的穩態性能，可以消除穩態誤差，但會降低系統穩定性。

D控制能夠在早期修正信號，增加系統的阻尼程度，改善系統穩定性，但對穩態性能沒有影響，且對噪音敏感，容易出現過操作。

在實際的操作中，常常是使用PD、PI或PID組合控制的，通過調節對應參數，平衡不同控制規律之間的優缺點，達到滿足控制要求的程度。

微分控制是對輸入量的變化量進行反應的，也就是說，D控制不對輸入量本身有反應，而僅對輸入量的變化有反應。基於這個特點，微分控制的優缺點也十分明顯。

微分控制的優點是，能夠敏感感知輸入量的波動，使控制器儘早做出反應，增加了系統的阻尼程度，提高了系統的回響速度，提高了系統的動態性能。用於串聯校正時，實際上使系統增加了一個開環零點，使系統的相角裕度提高。

微分控制的缺點是，若系統的輸入量不變，即使輸入量和輸出量之間存在偏差，微分控制也無法作用；同時，若出現了變化率很大的噪聲，微分控制會有過度的反應，影響控制器的工作。

因此，微分控制僅對動態過程起作用，對穩態過程沒有影響，且對系統噪聲敏感，一般不會使用單獨的D控制。