淺談PID調(diào)節(jié)控制
PID調(diào)節(jié)控制是一個(gè)傳統(tǒng)控制方法，它適用于溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有現(xiàn)場(chǎng)。
那什么是PID控制？PID是比例（Proportional）、積分（Integral）、微分（Derivative）三種控制作用的組合，實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按照比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果用以控制輸出，連續(xù)控制系統(tǒng)的理想PID控制規(guī)律為：
Kp——比例增益，Kp與比例度成倒數(shù)關(guān)系
Tt——積分時(shí)間常數(shù)
TD——微分時(shí)間常數(shù)
u（t）——PID控制器的輸出信號(hào)
e（t）——給定值r（t）與測(cè)量值之差
比例（P）：
比例控制器的輸出u(t)與輸入偏差e(t)成正比，偏差一旦產(chǎn)生，立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差，但不能消除靜差。靜差是指系統(tǒng)控制過(guò)程趨于穩(wěn)定時(shí)，給定值與輸出量的實(shí)測(cè)值之差。比例控制作用的大小除與偏差e(t)有關(guān)之外，還取決于比例系數(shù)Kp的大小。比例系數(shù)Kp越小，控制作用越小，系統(tǒng)響應(yīng)越慢。反之，比例系數(shù)Kp越大，控制作用也越強(qiáng)，則系統(tǒng)響應(yīng)越快。但是，Kp過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)和振蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變差。因此，不能將Kp選取過(guò)大，應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象的特性來(lái)折中選取Kp，使系統(tǒng)的靜差控制在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)又具有較快的響應(yīng)速度。
積分（I）：
積分環(huán)節(jié)的作用，主要用于消除靜差以提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱，取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越大積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。積分控制作用的存在與偏差e(t)的存在時(shí)間有關(guān)，只要系統(tǒng)存在著偏差，積分環(huán)節(jié)就會(huì)不斷起作用，對(duì)輸入偏差進(jìn)行積分，使控制器的輸出及執(zhí)行器的開(kāi)度不斷變化，產(chǎn)生控制作用以減小偏差。在積分時(shí)間足夠的情況下，可以完全消除靜差，這時(shí)積分控制作用將維持不變。Ti越小，積分速度越快，積分作用越強(qiáng)。但是積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。
微分（D）：
用PI控制器很難得到很好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)和振蕩，這時(shí)可以引入微分作用。在偏差剛出現(xiàn)或變化的瞬間，不僅根據(jù)偏差量做出及時(shí)反應(yīng)（即比例控制作用），還可以根據(jù)偏差量的變化趨勢(shì)（速度）提前給出較大的控制作用（即微分控制作用），將偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這樣可以大大減小系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差和調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)得以改善。微分作用不能消除靜差，所以單獨(dú)使用意義不大，一般需要與比例、積分控制作用配合使用，構(gòu)成PD或PID控制。
PID實(shí)際控制過(guò)程（控溫）：
1.操作員在控制器上設(shè)定反應(yīng)所需的溫度值（SP，如100℃）。
2.溫度變送器持續(xù)測(cè)量實(shí)際溫度（PV），并上報(bào)給PID控制器。
3.控制器計(jì)算誤差 e = SP - PV。
4.若PV遠(yuǎn)低于SP，P作用會(huì)輸出一個(gè)強(qiáng)大的控制信號(hào)，使調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，快速進(jìn)行加熱。
5.隨著PV接近SP，P作用減弱。此時(shí)，I作用開(kāi)始顯現(xiàn)，它通過(guò)累積前期低溫的誤差，確保閥門有足夠的開(kāi)度，直至完全消除靜差，使溫度精準(zhǔn)穩(wěn)定在100℃。
6.在加熱過(guò)程中，如果溫度上升過(guò)快（例如由于反應(yīng)放熱），D作用會(huì)敏銳地“感知”到這一趨勢(shì)，它會(huì)輸出一個(gè)反向信號(hào)，適度關(guān)小閥門，提前抑制溫度的沖高，避免超調(diào)和振蕩，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡。
