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如果调节器的输出信号变化量与输入的偏差信号之间成比例关系，称为比例控制规律，一般用字母P表示。比例调节器的放大倍数KP是可调的，它决定了比例作用的强弱，所以比例调节器实际上可以看成一个放大倍数可调的放大器，其特性如图1所示。当放大倍数KP大于1时，比例作用为放大，而当放大倍数KP小于1时，比例作用为缩小。对应于一定的放大倍数KP，比例调节器的输入偏差大，输出变化量也大；输入偏差小，相应的输出变化也小。
图2是液位比例控制系统，被控变量是水箱的液位。0为杠杆的支点，杠杆的一端固定着浮球，另一端和调节阀的阀杆连接。浮球能随着液位的升高而升高，随液位的下降而一起下降。浮球通过有支点的杠杆带动阀芯，浮球升高阀门关小，输入流量减少；浮球下降阀门开大，流量增加。
如果原来液位稳定在图2中实线位置，进入水箱的流量和排出水箱的流量相等。当水箱的出水阀门突然开大一点，排出量就增加而使浮球下降。浮球下降将通过杠杆把进水阀门开大，使进水量增加。当进水量又等于排水量时，液位也就不再变化而重新稳定下来，达到新的稳定态；相反排水量突然减少，液位上升，进水阀门由于浮球的作用也关小，使进水量减少，直至进出量相等，液位达到新的稳定状态。
从上述分析可以看出，浮球随液位变化与进水阀门开度的变化是同时的，这说明比例作用是及时的。另外，液位一旦变化，虽经比例控制系统能达到稳定，但回不到原来的设定值。从图2看到，进水阀本身不能开大，而受浮球的控制。浮球要下降，只有在液位下降时才有可能。因此在这种情况下，液位要比原来低一高度为代价，才能换得阀门开大，使液位重新获得平衡，如图2中虚线位置。也就是说，液位新的平衡位置相对于原来设定位置有一差值(即水箱实线与虚线液位之差)，此差值称为余差，所以比例控制又称有差控制。
比例控制的优点是反应快，有偏差信号输入时。输出立刻和它成比例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。
在工业上所使用的调节器，习惯上而是采用比例度δ(也称比例带，在仪表上用P表示)，而不用放大倍数KP来衡量比例控制作用的强弱。
所谓比例度指调节器输入的变化与相应输出变化的百分数。比例度就是使调节器的输出变化满刻度时(也就是调节阀从全关到全开或相反)，相应的仪表指针变化占仪表测量范围的百分数，或者说使调节器输出变化满刻度时，输入偏差对应于指示刻度的百分数。
例如，一只电动比例温度调节器，温度刻度范围是50～100℃，电动调节器输出是0～10mA，当指示指针从70℃移到80℃时，调节器相应的输出电流从3mA变化到8mA，其比例度为δ=40%。
当温度变化全量程的40%时，调节器的输出从0mA变化到10mA，在这个范围内，温度的变化e和调节器的输出变化△p是成比例的。但当温度变化超过全量程的40%时，(在上例中，即温度变化超过20℃时)，调节器的输出就不能再跟着变化了，因此，调节器的输出最多只能变化100%。
调节器的比例度δ的大小与输入输出的关系如图3所示。从图3中可以看出，比例度越大，使输出变化全范围时所需的输入偏差变化区间也就越大，而比例放大作用就越弱，反之亦然。
比例度δ与放大倍数KP成反比，是互为倒数关系。调节器的比例度δ越小，它的放大倍数越大，它将偏差(调节器输入)放大的能力也越大，反之亦然。因此比例度δ和放大倍数KP一样，都是表示一个比例调节器的控制作用强弱的参数。
当干扰出现时，调节器的比例度δ不同，则控制过程的变化情况亦不同，比例度对控制过程的影响如图4所示。
由图4可见，比例度δ越大即KP越小过渡过程曲线越平稳，但静差很大。比例度越小，则过渡过程曲线越振荡。比例度过小时，就可能出现发散振荡。当比例度δ太大时，即放大倍数KP太小，在干扰产生后，调节器的输出变化很小，调节阀开度改变很小，被控变量的变化很缓慢，比例控制作用太小（如曲线6所示）。当比例度偏大时，KP偏小，在同样的偏差下，调节器输出也较大，调节阀开度改变亦较大，被控变量变化也比较灵敏，开始有些震荡，静差不大（如曲线5所示）。当比例偏小，调节阀开度改变更大，大到有点过分时，被控变量也就跟着过分地变化，再拉回来时又拉过头，结果会出现激烈的振荡(如曲线3所示)。当比例度继续减小某一数值时，系统出现等幅振荡，这时的比例度称为临界比例度δK(如曲线2所示)。
当比例度小于δK时，比例控制作用太强，在干扰产生后，被控变量将出现发散振荡(如曲线1所示)，这是很危险的。工艺生产通常要求比较平稳而静差又不太大的控制过程，如曲线4所示，因此选择合适的比例带δ，比例控制作用适当，被控变量的最大偏差和静差都不太大，过渡过程稳定得快，一般只有两个波，控制时间短。
比例控制作用虽然及时，控制作用强、但是有余差存在，被控变量不能完全回复到设定值，调节精度不高。因此比例控制只能用于干扰较小，滞后较小，而时间常数又不太小的对象。一般情况下比例度的大致范围为：压力对象30～70%，流量对象40～100%，液位对象20～80%，温度对象20～60%。有时也有例外情况。 2100433B
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智能楼字中空调监控系统控制规律的研究
智能楼字中空调监控系统控制规律的研究
将模糊自适应PID控制和最佳启停控制相结合应用于智能楼宇中的空调监控系统中，经研究发现运用此方法后，系统的超调小了，而且调节迅速、上升时间短，具有良好的鲁棒性和节能效果。
智能楼宇中空调监控系统控制规律的研究
智能楼宇中空调监控系统控制规律的研究
将模糊自适应PID控制和最佳启停控制相结合应用于智能楼宇中的空调监控系统中,经研究发现运用此方法后,系统的超调小了,而且调节迅速、上升时间短,具有良好的鲁棒性和节能效果。
尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。
单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太大，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太小，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。
比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。
积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。
积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。
比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。
比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？犹如有经验的操作人员，即可根据偏差的大小来改变阀门的开度（比例作用），又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进行过量控制，“防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。
微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。如果偏差为一固定值，不管多大，只要不变化，则输出的变化一定为零，控制器没有任何控制作用。微分时间越大，微分输出维持的时间就越长，因此微分作用越强；反之则越弱。当微分时间为0时，就没有微分控制作用了。同理，微分时间的选取，也是需要根据实际情况来确定的。
微分控制作用的特点是：动作迅速，具有超前调节功能，可有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质；但是它不能消除余差，尤其是对于恒定偏差输入时，根本就没有控制作用。因此，不能单独使用微分控制规律。
比例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。
最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。
当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。
比例系统是一种最简单的控制系统，P（比例）控制器的输入信号成比例地反应输出信号。它的作用是调整系统的开环增益，提高系统的稳态精度，降低系统的惰性，加快响应速度。在系统校正设计中，很少单独使用比例控制规律，需要结合积分控制规律或比例控制规律一起使用。
具有比例-积分控制规律的控制器，称PI控制器，其输出信号m(t)同时成比例地反应输入信号e(t)及其积分，即
式中，Kp为可调比例系数；Ti为可调积分时间常数。
在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大，PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制工程实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。
具有比例——微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出m (t)与输入e(t)的关系如下式所示：
式中，Kp为比例系数；
PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个
具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为
与PI控制器相比，PID控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外，还多提供一个负实零点，从而在提高系统动态性能方面，具有更大的优越性。因此，在工业过程控制系统中，广泛使用PID控制器。PID控制器各部分参数的选择，在系统现场调试中最后确定。通常，应使I部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；而使D部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。
PID控制器控制规律