死区是指系统不动作的输入信号范围

死区(deadband)有时也称为中性区(neutral zone)或不作用区,是指控制系统传递函数中,对应输出为零的输入信号范围。像伺服驱动器英语Servo drive中就会有死区来避免因为反复的致能-不致能循环而造成的振荡(在比例控制系统中称为hunting)。在机械系统中也有类似死区的概念,例如齿轮组中的背隙

死区运算子的输入及输出

稳压器

在一些变电站中有稳压器维持电压在一定的范围内,规格中就会有一个稳压器不会更动电压的电压范围,例如112V至118V(死区为6V)或是215至225V(死区为10V)。

背隙

背隙是机械系统中的死区

齿轮中的背隙就是一种死区。当齿轮咬合恰好在背隙时,不论输入轴正转或是反转,输出轴都不会动作。等咬合不在背隙时,输出轴才会随着输入轴而动作。例如输入轴先顺时针旋转,再逆时针旋转,在顺时针旋转切换为逆时针时,输出轴会短暂一小段时间不动作,之后才会动作,这就是背隙的效果。像导螺杆英语Leadscrews都会有背隙,因此会有死区,在位置控制(特别是CNC系统)中需考虑其影响。若机构中没有背隙消除装置,控制器可以在更改方向时,在位置上自动加上背隙的量,以补偿背隙的影响。

迟滞及死区

迟滞现象和死区不同,迟滞现象本身只有二个状态,没有类似死区不动作的状态。迟滞现象类似系统有“记忆”,在某一条件下会维持之前的输出值,像单态的自动调温器以及烟雾警报器都是迟滞效应的例子。

自动调温器

简单的自动调温器就有迟滞效应,例如自动调温器设定在温度低于18度时就会自动打开暖炉,在温度高于22度时就会自动关闭暖炉,则18度到22度之间就是迟滞范围,系统会维持原来的输出状态。

若自动调温器设定单一温度,而且自动控制冷气及暖气系统,就会在目标温度附近有死区的设定。死区的温度下限略高于暖气系统启动的温度,死区的温度上限略低于冷气系统启动的温度,因此在死区范围内,冷气系统及暖气系统都不会动作。

警报器

烟雾探测器英语smoke detector中也有迟滞现象,例如烟雾探测器设定当烟雾程度超过x时启动警报,当烟雾程度低于y时解除警报,烟雾探测器会回动恢复到正常状态,x和y之间的范围就是迟滞效应的区间。

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参考资料

  • Johnson, Curtis D. "Process Control Instrumentation Technology", Prentice Hall (2002, 7th ed.)
  • Dead Band Plus Hysteresis Estimation with ValveLink Diagnostics (PDF). Product Bulletin. Fisher Controls International. October 2012 [18 January 2013]. 
  • Murty, D.V.S. Transducers & Instrumentation 2nd. New Delhi: Prentice-Hall of India. 2009: 15–16 [18 January 2013]. ISBN 978-8120335691. 
  • Postlethwaite, Bruce. On-Off Control. Introduction to Process Control. Department of Chemical and Process Engineering, University of Strathclyde. [18 January 2013].