当被控对象、执行器和检测变送装置（检测变送仪表）确定后，便可对控制器进行选型。控制器的选型包括控制器控制规律的选择和正、反作用方式的选择。

1.控制器控制规律的选择

在简单控制系统中，PID控制由于它自身的优点仍然是得到最广泛应用的基本控制方式。

通常，应根据对象特性、负荷变化、主要扰动和系统控制要求等具体情况选择PID控制器的调节规律，同时还应考虑系统的经济性及系统投入是否方便等。

对于由PID控制器G c（s）和广义被控对象G p（s）组成的简单控制系统，控器的调节规律可以根据广义被控对象的特点进行选择，选择原则如下。

（1）当广义被控对象控制通道时间常数较大或容积迟延较大时，应引入微分作用。如果工艺允许有余差，可选用比例微分控制；如果工艺要求无余差，则选用比例积分微分控制，如温度、成分、pH值控制等。

（2）当广义被控对象控制通道时间常数较小，负荷变化也不大，而工艺要求无余差时可选择比例积分控制，如管道压力和流量的控制。

（3）当广义被控对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，工艺要求不高时，可选择比例控制，如储罐压力、液位的控制。

（4）当广义被控对象控制通道时间常数或容积迟延很大，负荷变化也很大时，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统或先进控制系统。

特别指出，如果广义被控对象传递函数可用

近似表示，则可根据广义被控对象的可控比τ／T选择PID控制器的调节规律：

（1）当τ／T≤0.2时，选择比例或比例积分控制；

（2）当0.2＜τ／T≤1.0时，选择比例微分或比例积分微分控制；

（3）当τ／T＞1.0时，采用简单控制系统往往不能满足控制要求，应选用如串级、前馈等复杂控制系统。

2.控制器正、反作用方式的选择

简单控制系统由控制器、执行器、被控对象和检测变送仪表组成，它们在连接成闭合回路时，可能出现2种情况：正反馈和负反馈。正反馈的作用会加剧被控对象流入量、流出量的不平衡，从而导致控制系统的不稳定；负反馈的作用是缓解对象中的不平衡，达到自动控制的目的。设置控制器正、反作用的目的是保证控制系统构成负反馈。

为了保证工业生产过程中的控制系统是一种负反馈控制，系统的开环增益必须为“负”。而系统的开环增益是系统中各环节增益的乘积（包括比较环节），因此只要事先知道了执行器、被控对象和检测变送仪表增益的正负，就可以很容易地确定出控制器增益的正负。

1）系统中各环节的正、反作用方向

控制系统中，各环节的作用方向（增益符号）是这样规定的；当该环节的输入信号增加时，若输出信号也随之增加，即输出与输入变化方向相同，则该环节为正作用方向；反之，当输入增加时，若输出减小，即输出与输入变化方向相反，则该环节为反作用方向。

在控制系统方框图中，每一个环节的正、反作用方向都可以用该环节增益的正负来表示。如果作用方向为正，可在该环节的框上标“＋”，表示该环节的增益为正；如果作用方向为负，可在该环节的框上标“-”，表示该环节的增益为负。

（1）被控对象正、反作用方向的确定。

被控对象的作用方向随具体对象的不同而相同，当该被控对象的输入信号（控制变量）增加时，若其输出信号（被控变量）也增加，即被控变量与控制变量变化方向相同，则该对象属正对象，增益为正，取“＋”号；反之，则为负对象，增益为负，取“-”号。

（2）执行器正、反作用方向的确定。

对于气动调节阀，作用方向取决于其是气开阀还是气关阀。当控制器输出信号（即调节阀的输入信号）增加时，气开阀的开度增加，因而通过调节阀的流体流量也增加，故气开阀是正作用，增益为正，取“＋”号；反之，当气关阀接收的信号增加时，通过调节阀的流体流量反而减少，所以气关阀是反作用，增益为负，取“-”号。

（3）检测变送装置正、反作用方向的确定。

对于检测变送装置，其增益一般均为正，取“＋”号。因为当其输入信号（被控变量）增加时输出信号（测量值）也是增加的，所以在考虑整个控制系统的作用方向时，可以不考虑检测变送装置的作用方向，只需要考虑控制器、执行器和被控对象3个环节的作用方向，也就是说使它们三者的开环增益之积为“负”，即可保证系统为负反馈。

（4）控制器正、反作用方向的确定。

为了适应不同被控对象实现负反馈控制的需要，工业PID控制器都有设置正、反作用的开关或参数，以便根据需要将控制器置于正作用或者反作用方式。对于一工业生产过程的简单控制系统，其系统方框图如图5-5所示。(www.daowen.com)

图5-5中，G v（s）、G o（s）和G m（s）分别为调节阀、被控对象和检测变送装置的传递函数；虚线框部分为实际控制器，其中G c（s）为实际控制器运算环节的传递函数（在不引起混淆的情况下，一般将其简称为控制器传递函数）；r（t）为系统给定值；u（t）为控制器输出；y m（t）为被控变量y（t）的测量值。也就是说，过程控制系统中的实际控制器是由信号比较机构和运算环节组成，在方框图中为了突出比较机构，单独将其表示。

图5-5　工业生产过程的简单控制系统方框图

在自动控制系统分析中，系统偏差定义为e（t）＝r（t）-y m（t）。实际控制器的正作用方式是指实控制器的输出信号u（t）随着测量值y m（t）的增加而增加；实际控制器的反作用方式是指u（t）随着y m（t）增加而减小。也就是说，当控制器运算环节的增益K c为正，则控制器是反作用；当控制器运算环节的增益K c为负，则控制器是正作用。

2）控制器正、反作用方式的确定方法

控制器正、反作用方式确定的基本原则是保证系统成为负反馈，确定方法有逻辑推理法和判别式法。

（1）逻辑推理法。

负反馈和反作用方式是不同的概念，为了保证过程控制系统为负反馈控制，就必须通过正确选定控制器的作用方式来实现。对于一个具体给定的广义被控对象，这个选定只是个简单的常识问题。

假定被控对象是加热过程，即利用蒸汽加热某种介质使其出口温度自动保持在某一设定值上，如图5-6所示。如果蒸汽调节阀的开度μ（t）随着控制信号u（t）的加大而加大，那么就广义被控对象（调节阀＋换热器＋温度检测变送装置）看，显然介质出口温度的测量值y m（t）（假设y m（t）与y（t）同号）将会随着控制信号u（t）的加大而升高。如果介质出口温度的测量值y m（t）升高了，控制器就应减小其输出信号u（t），这样才能正确地起负反馈控制作用，因此控制器应置于反作用方式下。

图5-7为控制器正、反作用方式选择的推理过程。

图5-6　换热器温度控制系统原理图

图5-7　控制器正、反作用方式选择的推理过程

根据图5-7可知，以上换热器温度控制系统中控制器正、反作用方式选择的推理过程为：假定介质出口温度的测量值y m（t）增大了→在测量环节为正作用时，如要维持测量值y m（t）不变，就一定要减小介质出口温度y（t）→对该加热过程，就要求减小蒸汽阀的开度μ（t）→在选用正作用调节阀时，就要求减小控制信号u（t），因此根据测量值增大、要求控制信号减小可知，在本系统中控制器应选反作用方式。

（2）判别式法。

控制器的正、反作用方式也可以借助于控制系统方框图加以确定。对于包含控制器、执行器被控对象和检测变送装置4个环节的简单控制系统，这个方法更为简便。

由前可知，为保证使整个系统构成负反馈的闭环系统，系统中实际控制器、执行器、被控对象和检测变送装置4部分的开环增益之积必须为负，即

（实际控制器±）×（执行器±）×（被控对象±）×（检测变送仪表±）＝（-）

在方框图中，为了强调系统为负反馈，将“-”号移到反馈信号上，此时负反馈系统就要求闭合回路上所有环节（仅包括控制器的运算环节）的增益之乘积是正数，即

（实际控制器的运算环节±）×（执行器±）×（被控对象±）×（检测变送仪表±）＝（＋）

由于检测变送装置的增益一般为正，控制器正、反作用方式选择的判别式也可简化为

（实际控制器的运算环节±）×（执行器±）×（被控对象±）＝（＋）

也就是说，要实现控制系统是负反馈控制，则必须满足：K c K o K v＞0。

图5-8　加热器湿度控制系统方框图

图5-8为图5-6所示加热器温度控制系统的方框图，其中K o、K v和K m分别代表被控对象、调节阀和检测变送装置的增益；K c和e（t）分别代表实际控制器运算环节的增益和输入信号；u（t）为控制器的输出信号；μ（t）为调节阀的开度信号；y m（t）为被控变量y（t）的测量值。

在该例中，K o、K v和K m都为正，因此为满足系统为负反馈，则要求K c为正。因为实际控制器的增益与其运算环节的增益K c符号相反，所以要求控制器置于反作用方式。