1、開環(huán)控制
開環(huán)控制中，控制器輸出不是過程變量的函數(shù)。
在開環(huán)控制中，我們不關(guān)心特定設(shè)定值的保持，控制器輸出固定在一個(gè)值，直到被操作員改變。許多過程在開環(huán)控制模式下是穩(wěn)定的，在沒有干擾的情況下過程變量將穩(wěn)定在一個(gè)值。
所有過程都會(huì)受到干擾，開環(huán)控制總是會(huì)導(dǎo)致過程變量產(chǎn)生偏差。有些過程只在給定的一組條件下是穩(wěn)定的，干擾會(huì)使這些過程變得不穩(wěn)定。但是對(duì)于某些過程，開環(huán)控制就足夠了。在日常做飯時(shí)， 一般并不用考慮烹飪的實(shí)際溫度，這就是一個(gè)明顯的開環(huán)控制。自動(dòng)噴泉系統(tǒng)或全自動(dòng)洗衣機(jī)也是常見的開環(huán)控制。前饋控制是開環(huán)控制的主要形式。例如在換熱器的蒸汽調(diào)節(jié)閥增加一個(gè)操作器，操作員的工作就是觀察干擾的情況并相應(yīng)調(diào)整蒸汽調(diào)節(jié)閥，這就是手動(dòng)前饋開環(huán)控制系統(tǒng)。
2、閉環(huán)控制
閉環(huán)控制中，控制器輸出由設(shè)定值和過程變量之間的偏差決定。閉環(huán)控制也稱為反饋控制。
控制器的輸出是偏差的函數(shù)。
偏差是設(shè)定值SP和過程變量PV之間的差，定義為e=SP-PV。
閉環(huán)控制基于偏差確定控制器輸出，可以是手動(dòng)、開關(guān)、PID算法等。
①手動(dòng)控制
手動(dòng)控制中，操作員根據(jù)偏差直接操作控制器輸出，控制器輸出通過操 縱最終控制元件將過程變量保持在設(shè)定值。
例如，在換熱器的蒸汽調(diào)節(jié)閥增加一個(gè)操作器，操作員的工作就是觀察換熱器出口溫度并相應(yīng)調(diào)整蒸汽調(diào)節(jié)閥，這就是手動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)。雖然這樣的系統(tǒng)可以工作，但是成本很高，有效性取決于操作員的經(jīng)驗(yàn)， 一旦操作員離開，系統(tǒng)就處于開環(huán)狀態(tài)。駕駛汽車是手動(dòng)閉環(huán)控制的另一個(gè)例子。駕駛員定期檢查速度表上的行駛速度，將其與預(yù)期速度進(jìn)行比較，并對(duì)油門進(jìn)行調(diào)整，使其保持在預(yù)期速度。
②開關(guān)控制
開關(guān)控制根據(jù)偏差提供開或關(guān)的控制器輸出。
開關(guān)控制是最基本的控制概念，就像定頻制冷空調(diào)，當(dāng)溫度高于設(shè)定值則制冷壓縮機(jī)全開，當(dāng)溫度低于設(shè)定值則制冷壓縮機(jī)停止做功。這是一種非常粗糙的控制形式，但如果過程變量的較大波動(dòng)可以接受，則可將其視為一種廉價(jià)而有效的控制手段。
由于開關(guān)控制器只能使控制器輸出為開或關(guān)，因此開關(guān)控制要求最終控制元件具有兩個(gè)指令位置：運(yùn)行/停止、打開/關(guān)閉。過程變量表現(xiàn)為隨時(shí)間變化的鋸齒響應(yīng)。
但是當(dāng)過程變量等于設(shè)定值時(shí)呢？控制器輸出不能同時(shí)開啟和關(guān)閉，所以開關(guān)控制器通過下圖所示邏輯設(shè)置一個(gè)稱為死區(qū)的值來分隔控制器，改 變其輸出的點(diǎn)。當(dāng)偏差大于死區(qū)高限時(shí)控制器輸出打開，當(dāng)偏差在死區(qū)內(nèi)時(shí)控制器輸出保持不變，當(dāng)偏差小于死區(qū)低限時(shí)控制器輸出關(guān)閉。
死區(qū)是控制器輸出再次改變方向之前必須經(jīng)過的值。
開關(guān)控制的公式如下：
③PID控制
PID控制：將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。
開關(guān)控制器只能使控制器輸出為開或關(guān)，而PID控制器提供了可調(diào)節(jié)的控制器輸出。PID控制要求最終控制元件能夠接收一定范圍的指令值，例如閥門開度或泵速度。
與開關(guān)控制相比， PID控制的優(yōu)點(diǎn)是能夠以較小的偏差(無死區(qū))運(yùn)行過程，并且最終控制元件的磨損也較小。
PID控制結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、整定方便，是工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。即使被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型，在負(fù)反饋形式的強(qiáng)大加持下，PID控制技術(shù)仍能發(fā)揮很好的作用。
