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直流電機調(diào)速器。脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse WidthModulator、簡稱PWM、直流電機調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動機速度的設(shè)備， 由于直流電動機具有低轉(zhuǎn)速大力矩的特點，是交流電動機無法取代的， 因此調(diào)節(jié)直流電動機速度的設(shè)備—直流調(diào)速器，由于它的特殊性能、常被用于直流負載回路中、燈具調(diào)光或直流電動機調(diào)速、HW-1020型調(diào)速器、就是利用脈寬調(diào)制(PWM)

        【 ：余鑫（工程師）】                         
 
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直流電機調(diào)速器

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直流電機調(diào)速器。脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse WidthModulator、簡稱PWM、直流電機調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動機速度的設(shè)備， 由于直流電動機具有低轉(zhuǎn)速大力矩的特點，是交流電動機無法取代的， 因此調(diào)節(jié)直流電動機速度的設(shè)備—直流調(diào)速器，由于它的特殊性能、常被用于直流負載回路中、燈具調(diào)光或直流電動機調(diào)速、HW-1020型調(diào)速器、就是利用脈寬調(diào)制(PWM)原理制作的馬達調(diào)速器、PWM調(diào)速器已經(jīng)在：工業(yè)直流電機調(diào)速、工業(yè)傳送帶調(diào)速、燈光照明調(diào)解、計算機電源散熱、直流電扇等、得到廣泛應(yīng)用。

中文名

直流電機調(diào)速器

外文名

Pulse WidthModulator

簡    稱

PWM

選    擇

需要較寬的調(diào)速范圍

工作原理

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HW-A-1020型(DC12v24v電壓通用型)調(diào)速器、工作原理:是通過改變輸出方波的占空比使負載上的平均電流功率從0-*變化、從而改變負載、燈光亮度/電機速度。利用脈寬調(diào)制(PWM)方式、實現(xiàn)調(diào)光/調(diào)速、它的優(yōu)點是電源的能量功率、能得到充分利用、電路的效率高。例如：當輸出為50%的方波時，脈寬調(diào)制(PWM)電路輸出能量功率也為50%，即幾乎所有的能量都轉(zhuǎn)換給負載。而采用常見的電阻降壓調(diào)速時，要使負載獲得電源zui大50%的功率，電源必須提供71%以上的輸出功率，這其中21%消耗在電阻的壓降及熱耗上。大部分能量在電阻上被消耗掉了、剩下才是輸出的能量、轉(zhuǎn)換效率非常低。此外HW-A-1020型調(diào)速因其采用開關(guān)方式熱耗幾乎不存在、HW-A-1020型調(diào)速在低速時扭矩非常大、因為調(diào)速器帶有自動跟蹤PWM、另外采用脈寬調(diào)制(PWM)方式、可以使負載在工作時得到幾乎滿電源電壓、這樣有利于克服電機內(nèi)在的線圈電阻而使電機產(chǎn)生更大的力矩率。

選擇

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什么場合下要選擇使用直流調(diào)速器?

一、下列場合需要使用直流調(diào)速器:

1． 需要較寬的調(diào)速范圍。

2. 需要較快的動態(tài)響應(yīng)過程。

3. 加、減速時需要自動平滑的過渡過程。

4. 需要低速運轉(zhuǎn)時力矩大。

5. 需要較好的挖土機特性，能將過載電流自動限止在設(shè)定電流上。

以上五點也是直流調(diào)速器的應(yīng)用特點。

二、直流調(diào)速器應(yīng)用:

直流調(diào)速器在數(shù)控機床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機械、電工機械、食品加工機械、橡膠機械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實驗設(shè)備、焊接切割、輕工機械、物流輸送設(shè)備、機車車輛、醫(yī)設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。

三、直流調(diào)速器工作原理簡單介紹：

直流調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動機速度的設(shè)備，上端和交流電源連接，下端和直流電動機連接，直流調(diào)速器將交流電轉(zhuǎn)化成兩路輸出直流電源，一路輸入給直流電機礪磁（定子），一路輸入給直流電機電樞（轉(zhuǎn)子），直流調(diào)速器通過控制電樞直流電壓來調(diào)節(jié)直流電動機轉(zhuǎn)速。同時直流電動機給調(diào)速器一個反饋電流，調(diào)速器根據(jù)反饋電流來判斷直流電機的轉(zhuǎn)速情況，必要時修正電樞電壓輸出，以此來再次調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。

四、直流電機的調(diào)速方案一般有下列3種方式：1、改變電樞電壓；2、改變激磁繞組電壓；3、改變電樞回路電阻。 zui常用的是調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，即1（改變電樞電壓）.

五、一種模塊式直流電機調(diào)速器，集電源、控制、驅(qū)動電路于一體，采用立體結(jié)構(gòu)布局，控制電路采用微功耗元件，用光電耦合器實現(xiàn)電流、電壓的隔離變換，電路的比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)用PID適配器調(diào)整。該調(diào)速器體積小、重量輕，可單獨使用也可直接安裝在直流電機上構(gòu)成一體化直流調(diào)速電機，可具有調(diào)速器所應(yīng)有的一切功能。

六、現(xiàn)代工業(yè)自動化的高速發(fā)展也給直流電機的控制與調(diào)速提供了大范圍的應(yīng)用與更新:如遠程信號傳輸,遠距離調(diào)速,高溫環(huán)境的遙控調(diào)速與控制,手動自動集成等。

說明

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1.Z2系列小型直流電機為中華人民共和國機械工業(yè)部JB1104-68部頒標準所規(guī)定的標準系列小型直流電機

2.Z2系列小型直流電機共分11個機座號，每個機座號有兩種鐵心長度，制造有直流電動機、直流發(fā)電機、直流調(diào)壓發(fā)電機三種，適用于一般正常的工作環(huán)境。電動機作一般傳動用，發(fā)電機作為一般直流電源用，調(diào)壓發(fā)電機作蓄電池組充電用。

3.勵磁方式：電動機為帶有少量穩(wěn)定繞組的并激或他激勵磁。發(fā)電機為復(fù)激或他激勵磁（額定電壓為230伏的發(fā)電機），調(diào)壓發(fā)電機為并激勵磁（不帶串激繞組）。電機的他激勵磁電壓制成有110伏或220伏二種。電動機額定電壓110伏的僅有他勵電壓110伏一種。

4.Z2系列電機根據(jù)使用要求可制成濕熱地區(qū)使用的具有防潮、防霉、防鹽霧性能的濕熱帶型（TH）直流電機。

5.型號含義：Z表示“直”流，2表示第二次全國定型設(shè)計，橫線后數(shù)字表示機座號與鐵心長短，例如Z2-11前一個1代表1號機座，后一個1代表短鐵心，而Z2-112中11代表11號機座，2代表長鐵心。

結(jié)構(gòu)型式

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1.直流發(fā)電機或直流調(diào)壓發(fā)電機僅制造臥式，機座帶底腳的一種。

2.直流電動機可制成下表所示的結(jié)構(gòu)型式。結(jié) 構(gòu) 型 式 代號 電機型號臥式機座帶有底腳 B3（D2）Z2-11~112。 臥式機座帶底腳，端蓋有凸緣 B35（D2/T2）Z2-11~82 <br>臥式機座不帶底腳，端蓋有凸緣 B5（T2）Z2-11~62 。立式機座不帶底腳，端蓋有凸緣（軸伸向下） V1（L3）Z2-11~112 。立式機座帶有底腳，端蓋有凸緣（軸伸向下）V15（L3/D2） Z2-11~82

直流調(diào)速器

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直流調(diào)速器是一種電機調(diào)速裝置，包括電機直流調(diào)速器、脈寬直流調(diào)速器、可控硅直流調(diào)速器等，一般為模塊式直流電機調(diào)速器，集電源、控制、驅(qū)動電路于一體，采用立體結(jié)構(gòu)布局，控制電路采用微功耗元件，用光電耦合器實現(xiàn)電流、電壓的隔離變換，電路的比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)用PID適配器調(diào)整。具有體積小、重量輕等特點，可單獨使用也可直接安裝在直流電機上構(gòu)成一體化直流調(diào)速電機，可具有調(diào)速器所應(yīng)有的一切功能。

中文名

直流調(diào)速器

性    質(zhì)

電機調(diào)速裝置

包    括

電機直流調(diào)速器等

適用場合

需要較寬的調(diào)速范圍等

基本介紹

直流調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動機速度的設(shè)備，

直流調(diào)速器(圖一）

由于直流電動機具有低轉(zhuǎn)速大力矩的特點，是交流電動機無法取代的，因此調(diào)節(jié)直流電動機速度的設(shè)備——直流調(diào)速器具有廣闊的應(yīng)用天地。

適用場合

下列場合需要使用直流調(diào)速器：

1.需要較寬的調(diào)速范圍；

2.需要較快的動態(tài)響應(yīng)過程；

3.加、減速時需要自動平滑的過度過程；

4.需要低速運轉(zhuǎn)時力矩大；

5.需要較好的挖土機特性，能將過載電流自動限制在設(shè)定電流上。

以上五點也是直流調(diào)速器的應(yīng)用特點。

應(yīng)用范圍

數(shù)控機床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、

直流調(diào)速器（圖二）

包裝機械、電工機械、食品加工機械、橡膠機械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實驗設(shè)備、焊接切割、輕工機械、物流輸送設(shè)備、機車車輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達設(shè)備、衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)等。

詞條標簽：

科技產(chǎn)品 ， 科學(xué)

直流電機

 鎖定

本詞條由“科普中國”百科科學(xué)詞條編寫與應(yīng)用工作項目 審核 。

直流電機（direct current machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能（直流電動機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。 [1]

中文名

直流電機

外文名

direct current machine

分    類

直流電動機、直流發(fā)電機

領(lǐng)    域

工業(yè)等

組成結(jié)構(gòu)

直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

定子

（1）主磁極

主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。

直流電機（圖1）

鐵心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場的分布，又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。整個主磁極用螺釘固定在機座上，

（2）換向極

換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數(shù)目與主磁極相等。

（3）機座

電機定子的外殼稱為機座。機座的作用有兩個：

一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個電機的支撐和固定作用；

二是機座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。

（4）電刷裝置

電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。

轉(zhuǎn)子

（1）電樞鐵心

電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。

直流電機（圖2）

一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機運行時電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。

（2）電樞繞組

電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。它是由許多線圈（以下稱元件）按一定規(guī)律連接而成，線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。

（3）換向器

在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，

直流電機（圖3）

使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。

（4）轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。

主要分類

直流發(fā)電機

直流發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為直流電能的機器。它主要作為直流電動機、電解、

直流電機（圖6）

電鍍、電冶煉、充電及交流發(fā)電機的勵磁電源等所需的直流電機。雖然在需要直流電的地方，也用電力整流元件，把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，但從某些工作性能方面來看，交流整流電源還不能*取代直流發(fā)電機。

直流電動機

將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的轉(zhuǎn)動裝置。電動機定子提供磁場，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。根據(jù)是否是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電動機分為兩類，包括有刷直流電動機和無刷直流電動機。

無刷直流電機是近幾年來隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和高開關(guān)頻率、

直流電機（圖7）

低功耗新型電力電子器件的應(yīng)用，以及控制方法的優(yōu)化和低成本、高磁能級的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種新型直流電動機。

無刷直流電機既保持了傳統(tǒng)直流電機良好的調(diào)速性能又具有無滑動接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長及噪聲低等優(yōu)點，因而在航空航天、數(shù)控機床、機器人、電動汽車、計算機外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應(yīng)用。

按照供電方式的不同，無刷直流電機又可以分為兩類：方波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形都是矩形波，又稱為矩形波永磁同步電動機；正弦波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形均為正弦波。

勵磁方式

勵磁方式是指旋轉(zhuǎn)電機中產(chǎn)生磁場的方式，直流電機的勵磁方式分為四種：

他勵直流電機

勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，永磁直流電機也可看作他勵或自激直流電機，一般直接稱作勵磁方式為永磁。

并勵直流電機

并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，作為并勵發(fā)電機來說，是電機本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。

串勵直流電機

串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。

復(fù)勵直流電機

復(fù)勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復(fù)勵。

不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復(fù)勵式,直流發(fā)電機的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和復(fù)勵式。 [2] 

型號命名

國產(chǎn)電機型號一般采用大寫的英文的漢語拼音字母的阿拉伯數(shù)字表示，

直流電機（圖4）

其格式為：*部分用大寫的拼音字母表示產(chǎn)品代號，第二部分用阿拉伯數(shù)字表示設(shè)計序號，第三部分用阿拉伯數(shù)字表示機座代號，第四部分用阿拉伯數(shù)字表示電樞鐵心長度代號。

工作原理

直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?，因此此時轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉(zhuǎn)動。

直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，

直流電機（圖5）

靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?/p>

感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向）。

導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。

控制原理

直流無刷電機的控制原理，要讓電機轉(zhuǎn)動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機轉(zhuǎn)子所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉(zhuǎn)動。當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。
　　基本上功率晶體管的開法可舉例如下：AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關(guān)的響應(yīng)時間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應(yīng)時間考慮進去，否則當上臂(或下臂)尚未*關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
　　當電機轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。
　　高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實時性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動則因為回傳的hall-sensor信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據(jù)電機特性適當配置控制參數(shù)值就顯得非常重要。或者速度回傳改變以encoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好，P.I.D.控制的恰當與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部電機轉(zhuǎn)速距離目標速度還差多少，這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補償，方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實是復(fù)雜多變的，若要控制的堅固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能*掌握，所以模糊控制、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。