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在￡= to时，泄水量增加，水位下降。浮子机构将电位计调节到一个新数值，该电压提
供给电动机。在初始时刻，电机转速较小，但随着转速的增大，注水阀门越开越大。
在￡= tl时，水位达到最低值。此时注水量恰好等于泄水量。但由于此时阀门仍在以最
大的速度开启（e最大），因此该水位不能保持。
在f= t2时，水位回到原始值，但由于此时阀门开得过大，水位将超过原始值继续上升。
这时电机将得到一个反向电压，将注水阀门关小，减小注水量。由于水位与注水阀门的开、
闭相互关联，因而产生了振荡过程。
同样，I-控制器也可以由电子器件构成，用运算放大器就可以组成积分器，如图
3.1 - 34所示。从运算放大器的知识可以知道：控制变量y的上升斜率由积分时间常数Ti=
Ri CF决定，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
图3.1 - 33 1-控制器的振荡曲线 图3.1 - 34电予I一控制器
≯．’+
3．比例积分控制器（PI．控制器）
P-控制器对误差信号的反应速度较快，但存在剩余误差；而I-控制器可以消除剩余
误差，但其反应速度比较缓慢，将这两种控制器联合使用就构成了一个既快速又无剩余误差
的控制器，称之为PI -控制器。
。+t x
上篇模拟电子技术基础63
图3.1 - 35所示为P-控制器和I-控制器的组合。当液面发生变化时，注水阀门受到
来自两方面信号的作用。一是有P-控制器给出的控制信号，另一个是I-控制器通过伺服
电机给出的控制信号。比例控制器的输出信号使注水阀门快速运动，改变注水量；积分控制
器实现对系统剩余误差的控制，从而使液面回到原位。
可见，PI -控制器的控制变量y由两部分组成：一部分是P-控制器，另一部分是I-
控制器，两部分特性的叠加产生了PI -控制器的阶跃响应，如图3.1-36所示。图中的垂直
部分是P-控制器的阶跃响应，斜升部分是I-控制器的阶跃响应。Tn是PI -控制器的调整
时间。当误差变化时，其阶跃响应特性的斜率将发生变化。
供水
排水
图3.1 - 35 PI -控制器控制液面 图3.1 - 36 PI -控制器的阶跃响应
PI -控制器调整误差的速度快，并且没有剩余误差。
图3.1 - 37所示为PI -控制器的电路符号。图3.1-38所示为运算放大器组成的PI -控
制器。它是转速调整电路中最常用的控制器，可以同时满足快速性和无稳态误差的要求。
┏━━━┳━┳━━┓
┃梦一 ┃ ┃／ ┃
┃L- ┃ ┃ ┃
┃ ┣━┻━━┫
┃ ┃ ┃
┗━━━┻━━━━┛
图3.1 - 37 PI -控制器的电路符号
Us
U
图3.1 - 38电子PI -控制器
4．D-控制嚣（微分控制器）
当控制系统的实际值与参考值之间的差值很大时，如果使用调节过程迟缓的I-控制器
进行控制，将不利于系统的快速调节。为了克服这一缺点，我们可以在系统中引入微分控制
器。它的控制过程几乎是一个脉冲响应，并且它可以快速地将系统的误差纠正为零。
。+t 。
图3.1 - 39机械式D-控制器对液面的控制 化，这样才能对液面的变化做出快速反应。
从上面的例子中可以看出，D-控制
器不能确保液面的恒定，它只能瞬间快速地控制液面的变化。因此，D-控制器必须具有一
个很大的工作因数（微分系数）KD。这就是说，理想的D-控制器，其瞬间控制变量的变
化率是无穷大的。但在实际中，这种脉冲响应是不存在的，因为没有一种器件能够提供无穷
大的信号。D-控制器的阶跃响应如图3.1- 40所示。从图中可以看出，当误差信号阶跃变
化时，控制变量立即产生一个脉冲响应，然后按指数规律衰减为零，这时就不再对系统有控
制作用。因此．D-控制器不能单独作为一个控制装置使用，它必须与P-控制器或PI -控
制器联合使用。
5．PD -控制器
PD -控制器由P-控制器和D-控制器组成。其阶跃响应如图3.1- 41所示。PD -控制
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民用航空器维修基础系列教材 电子技术基础(35)
