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    在￡= to時，泄水量增加，水位下降。浮子機構將電位計調節到一個新數值，該電壓提
供給電動機。在初始時刻，電機轉速較小，但隨著轉速的增大，注水閥門越開越大。
    在￡= tl時，水位達到最低值。此時注水量恰好等于泄水量。但由于此時閥門仍在以最
大的速度開啟（e最大），因此該水位不能保持。
    在f= t2時，水位回到原始值，但由于此時閥門開得過大，水位將超過原始值繼續上升。
這時電機將得到一個反向電壓，將注水閥門關小，減小注水量。由于水位與注水閥門的開、
閉相互關聯，因而產生了振蕩過程。
    同樣，I-控制器也可以由電子器件構成，用運算放大器就可以組成積分器，如圖
3.1 - 34所示。從運算放大器的知識可以知道：控制變量y的上升斜率由積分時間常數Ti=
Ri CF決定，Ti越小，斜率越大；Ti越大，斜率越小。
水面
高度
/O  tI  t2  /3  t4  t5  t6  t7  t
虬
U
    圖3.1 - 33    1-控制器的振蕩曲線    圖3.1 - 34電予I一控制器
    ≯．’+
    3．比例積分控制器（PI．控制器）
    P-控制器對誤差信號的反應速度較快，但存在剩余誤差；而I-控制器可以消除剩余
誤差，但其反應速度比較緩慢，將這兩種控制器聯合使用就構成了一個既快速又無剩余誤差
的控制器，稱之為PI -控制器。
。+t  x
    上篇模擬電子技術基礎63
    圖3.1 - 35所示為P-控制器和I-控制器的組合。當液面發生變化時，注水閥門受到
來自兩方面信號的作用。一是有P-控制器給出的控制信號，另一個是I-控制器通過伺服
電機給出的控制信號。比例控制器的輸出信號使注水閥門快速運動，改變注水量；積分控制
器實現對系統剩余誤差的控制，從而使液面回到原位。
    可見，PI -控制器的控制變量y由兩部分組成：一部分是P-控制器，另一部分是I-
控制器，兩部分特性的疊加產生了PI -控制器的階躍響應，如圖3.1-36所示。圖中的垂直
部分是P-控制器的階躍響應，斜升部分是I-控制器的階躍響應。Tn是PI -控制器的調整
時間。當誤差變化時，其階躍響應特性的斜率將發生變化。
供水
排水
圖3.1 - 35    PI -控制器控制液面    圖3.1 - 36    PI -控制器的階躍響應
    PI -控制器調整誤差的速度快，并且沒有剩余誤差。
    圖3.1 - 37所示為PI -控制器的電路符號。圖3.1-38所示為運算放大器組成的PI -控
制器。它是轉速調整電路中最常用的控制器，可以同時滿足快速性和無穩態誤差的要求。
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圖3.1 - 37    PI -控制器的電路符號
Us
U
圖3.1 - 38電子PI -控制器
    4．D-控制囂（微分控制器）
    當控制系統的實際值與參考值之間的差值很大時，如果使用調節過程遲緩的I-控制器
進行控制，將不利于系統的快速調節。為了克服這一缺點，我們可以在系統中引入微分控制
器。它的控制過程幾乎是一個脈沖響應，并且它可以快速地將系統的誤差糾正為零。
。+t  。
    圖3.1 - 39機械式D-控制器對液面的控制    化，這樣才能對液面的變化做出快速反應。
    從上面的例子中可以看出，D-控制
器不能確保液面的恒定，它只能瞬間快速地控制液面的變化。因此，D-控制器必須具有一
個很大的工作因數（微分系數）KD。這就是說，理想的D-控制器，其瞬間控制變量的變
化率是無窮大的。但在實際中，這種脈沖響應是不存在的，因為沒有一種器件能夠提供無窮
大的信號。D-控制器的階躍響應如圖3.1- 40所示。從圖中可以看出，當誤差信號階躍變
化時，控制變量立即產生一個脈沖響應，然后按指數規律衰減為零，這時就不再對系統有控
制作用。因此．D-控制器不能單獨作為一個控制裝置使用，它必須與P-控制器或PI -控
制器聯合使用。
    5．PD -控制器
    PD -控制器由P-控制器和D-控制器組成。其階躍響應如圖3.1- 41所示。PD -控制
　
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