如何根据实际情况选择位置式或增量式 PI 控制？
位置式 VS 增量式 PI 控制：实际工况选择指南
在离散时间域的 PI 控制中，位置式和增量式的核心区别是输出形式（绝对控制量 / 控制量增量），选
择的核心原则是匹配执行器特性、工艺安全要求、系统复杂度，同时兼顾控制精度、故障安全性和调试难度。
以下是分场景的精准选择方法，附核心判定依据和工程实操建议。
一、先明确核心区别（选择的基础）
先通过表格快速掌握两者的关键差异，这是结合实际工况选择的前提：
对比维度 位置式 PI 控制（输出绝对量 u(k)） 增量式 PI 控制（输出增量 Δu(k)）
输出本质
执行器的绝对控制值（如阀门开度 50%、变频
器频率 30Hz）
执行器的控制增量（如阀门开度增加
2%、频率降低 1Hz）
计算依赖 依赖从初始时刻到当前的偏差累积和∑n=0ke(n)
仅依赖当前偏差 e(k)和前一偏差 e(k−1)，
无累积依赖
故障影响
控制器故障时，输出可能突变（如累积和溢
出），导致执行器大幅动作，系统易失控
故障时输出增量 Δu(k)=0，执行器保持
当前位置，安全性高
控制精度
无增量累积误差，绝对精度高（直接输出目标
值）
存在微小的增量累积误差（长期运行可
能偏离设定值）
手动 / 自
动切换
切换时需手动校准初始输出值，否则易产生冲
击（如阀门突然跳变）
切换时只需将增量输出置 0，实现无扰
切换（工业核心需求）
执行器适
配
适合带位置反馈、可直接接收绝对指令的执行
器
适合仅需调节增量、无位置反馈的执行
器，或对动作平稳性要求高的场景
编程复杂
度
需存储历史偏差累积和，代码稍复杂，存在累
积和溢出风险
仅需存储 e(k)和 e(k−1)，代码极简，无
溢出风险
二、核心选择判定依据（按优先级排序）
选择时按工艺安全＞执行器特性＞控制精度＞系统复杂度的优先级判断，以下是每类依据的具体选择规则：
依据 1：工艺安全要求（优先级最高）
安全是工业控制的核心，若工艺不允许执行器大幅跳变，优先选增量式；若对绝对位置精度要求极高，可
考虑位置式。
选增量式：适用于高危工艺 / 大惯性设备，如：① 化工装置的高压阀门、易燃介质流量调节（阀门突然
全开 / 全关会引发安全事故）；① 大型风机、水泵的转速调节（转速突变会导致机械冲击、电网波动）；①
锅炉、反应器的进料 / 温控阀门（工艺参数突变易引发超温、超压）。
选位置式：适用于安全裕度高、精度优先的工艺，如：① 实验室小型设备的精准控制（如小型液位计、
微量流量泵）；① 工艺参数波动无安全风险的场景（如普通水池的液位控制、民用空调温度调节）。
依据 2：执行器特性（核心匹配条件）
执行器的控制方式、是否带位置反馈直接决定 PI 控制的形式，是最关键的技术依据：
（1）优先选增量式的执行器类型
适用于仅需接收 “增量调节指令”，或无位置反馈、动作惯性大的执行器，这是工业现场的主流情况：
气动薄膜阀、气动蝶阀（工业最常用）：阀门动作是 “逐步调节”，增量式输出可避免阀门突然全开 / 全
关；
普通变频器（无位置反馈）：调节电机转速时，增量式输出更平稳，避免转速突变；
步进电机（增量式驱动）：本身通过 “脉冲增量” 控制转角，与增量式 PI 输出天然匹配；
大口径阀门 / 重型执行器：惯性大，增量式可实现 “小步慢调”，避免机械损坏。
（2）优先选位置式的执行器类型
适用于带位置反馈、可直接接收绝对位置指令的执行器，能充分发挥位置式精度高的优势：
伺服电机、步进电机（带位置闭环）：可直接接收绝对位置指令，位置式 PI 控制精度更高；
电动调节阀（带阀位反馈）：阀门内置位置传感器，能精准执行绝对开度指令，无累积误差；
数字式执行器（如智能阀门定位器）：支持直接输入绝对控制值（如 4~20mA 对应 0~100% 开度），位
置式输出更适配。
依据 3：控制精度与系统特性要求
根据工艺对控制精度、响应速度、抗干扰能力的要求选择，兼顾系统的滞后性和噪声特性：
选位置式：对绝对控制精度要求高的场景，如：① 精密流量控制（如微量化工原料加注、实验室计量泵）；
① 高精度液位控制（如精馏塔塔釜液位、精密储罐液位）；① 系统无明显噪声、采样周期小的快速过程（如
小口径管道的压力控制）。
选增量式：对精度要求适中，但动作平稳性、抗干扰性要求高的场景，如：① 大滞后系统（如温度控制、
大型储罐液位）：增量式可减小超调，避免频繁动作；① 测量信号存在噪声的场景（如工业现场的流量、压
力信号）：增量式对噪声的敏感度更低（仅关注偏差变化，而非绝对值）；① 对控制精度要求不高的通用场
景（如民用供水泵、普通通风系统）。
依据 4：系统复杂度与调试维护
从编程难度、故障排查、后期维护的角度选择，匹配现场工程师的操作水平和系统规模：
选增量式：适用于工业 PLC/DCS 批量应用、现场维护能力一般的场景：① 编程极简：仅需存储 2 个偏
差值，无累积和溢出问题，现场调试无需关注初始累积值；① 故障易排查：执行器动作异常时，只需检查增
量输出是否正常，无需追溯历史累积数据；① 批量应用：同一工艺的多台设备可直接复用增量式程序，无需
单独校准初始值。
选位置式：适用于小型系统、实验室设备、维护能力强的场景：① 系统规模小：无需考虑批量复用，编
程复杂度的影响可忽略；① 维护能力足够：可定期检查累积和是否溢出，手动校准初始值；① 精准调试：可
直接通过绝对输出值校准控制精度，无需通过增量累加计算。
三、典型工况的精准选择案例（直接套用）
结合工业现场最常见的工况，给出明确的选择结论，可直接作为实操参考：
实际工况场景
执行器类
型
核心要求
推荐
选择
选择理由
化工装置：易燃介质流量
调节（DN100 气动蝶阀）
气动蝶阀
安全第一，阀
门禁止突然动作
增量
式 PI
气动阀惯性大，增量式输出平稳，
故障时阀门保持原位，避免安全事故
制药车间：微量原料加注
（精密电动调节阀，带位置反
馈）
电动调节
阀（带反馈）
绝对精度要
求高（误差≤%）
位置
式 PI
带位置反馈的执行器可精准接收
绝对指令，位置式无增量累积误差，
满足高精度要求
电厂：锅炉送风机转速调
节（变频器驱动）
变频器 +
风机
转速平稳，避
免电网波动
增量
式 PI
风机惯性大，增量式可实现转速
逐步调节，无扰切换，适配工业现场
安全要求
实验室：小型水箱液位控
制（小型电动球阀）
小型电动
球阀
精度要求一
般，系统简单
位置
式 PI
安全裕度高，位置式编程可简化
（无复杂安全保护），绝对输出更直
实际工况场景
执行器类
型
核心要求
推荐
选择
选择理由
观
市政供水：给水泵站压力
调节（大口径阀门 + 变频器）
气动阀门
+ 变频器
系统大滞后，
动作平稳优先
增量
式 PI
大滞后系统用增量式可减小超调，
阀门和水泵均不允许突然动作，故障
安全性高
冶金厂：高炉冷却水温控
（电动调节阀）
电动调节
阀
温度滞后大，
抗干扰要求高
增量
式 PI
增量式对噪声不敏感，且能避免
阀门频繁动作，适配温度慢过程的控
制特点
四、工程实操补充建议（选后优化）
增量式的精度补偿：若用增量式但担心累积误差，可定期清零累加（如系统稳态运行 1 小时后，将增量
累积值校准为当前绝对位置），或增加位置反馈修正（通过执行器的位置信号，定期修正增量输出）。
位置式的安全防护：若用位置式，需在程序中增加输出限幅（如阀门开度限制在 0~100%）和累积和溢出
保护（如限制累积和的最大值，避免数值溢出），降低故障风险。
混合场景的折中方案：对既要求精度又要求安全的场景（如精密化工反应釜温控），可采用 **“增量式输
出 + 位置反馈校准”** 的混合模式：日常用增量式保证安全，定期通过位置反馈修正绝对精度，兼顾两者优
势。
采样周期匹配：位置式适合小采样周期（~1s）的快速过程，增量式对采样周期的适应性更强（~5s
均可），慢过程（如温度）优先选增量式。
