比例控制产生的输出与误差成正比。如果误差加倍,输出也加倍;如果误差很小,输出也很小。控制器在远离目标时加大控制力度,在接近目标时减小控制力度。这是最简单、最直观的控制方式。
比例增益 Kp 决定了控制器的响应速度。高增益意味着响应速度快,但存在振荡风险。低增益意味着响应稳定但较为迟缓。控制器的输出等于 Kp 乘以误差。就是这样。数学计算很简单,但参数调参却并非易事。
比例控制行为
- 快速响应重大错误。
- 恒定负载下的稳态误差。
- 增益过高会导致振荡。
- 增益过低时反应迟缓。
- 常与积分项和导数项结合使用。
稳态误差是其主要弱点。如果系统需要恒定的输出以抵抗重力或摩擦力来保持位置,那么比例项必须存在非零误差才能产生该输出。这意味着系统会稳定在设定值以下。添加积分项可以消除误差,添加微分项可以减少振荡。大多数实际控制器都会使用这三项。但对于某些应用来说,仅使用比例控制就足够了。一个简单的循线机器人可以使用比例控制进行转向。它偏离路线越远,转向就越困难。其原理在于机器人始终处于运动状态,误差始终存在。比例控制是基础,其他一切都建立在其之上。
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