pid調節在自動化過程中應用

王熙春+劉立志+劉洪楊

【摘要】 本文首先對PID調節技術進行介紹，并對其基本控制方式進行分析，在此基礎上對PID的基本控制參數及在自動化過程中的應用進行探討。

【關鍵詞】 PID 自動化 應用

前言：對于制藥行業來說，溫度，壓力，流量，液位，這些物理量都是常用。也是每個生產環節當中，嚴格要求的。對于這個環節的過程控制，大多數采用的是pid控制。pid調節是自動調節發展過程中的重要組成部分。PID調節屬于工業生產控制過程中比較常見的反饋回路不見，其中主要包括比例單元、積分單元和微分單元。pid…就是對輸入偏差進行比例積分微分運算，pid…（proportional…integ…derivative）…即比例（p）…積分（i）微分（d），其功能是模擬量的自動控制領域中需要按照pid控制規律進行自動調節，其中利用比例單元實現比例控制，利用積分單元對誤差進行消除，利用微分單元實現對系統響應速度的調節。

一、基本控制方式

在利用PID進行自動化調節控制的過程中，首先需要對輸入模擬物理量數值與設定目標值的差值進行確定，在此基礎上對結果進行計算，計算結構輸入到執行系統中進行控制，最終實現根據用戶所設定調節值變化而自動控制的目的。在所控制對象的參數和結果不能得到完全確定的情況下，需要依靠現場調試獲取到準確的現場控制器結構及參數，從而采用PID技術來對系統進行調節控制。

二、pid的基本控制參數

1、比例控制。與人工控制相比，PID控制具有許多相似的地方，比如說可以采取手動控制的方式對電加熱爐的溫度進行調節，一般可以取得比較好的效果。以電加熱爐的溫度控制為例，在對電加熱爐的溫度進行檢驗控制的過程中，需要對數字儀表上所顯示的溫度進行讀取，在此基礎上，與所規定的標準爐溫進行比較，得到溫差，根據溫差的大小來進行手動調節和控制，使實際爐溫保持在標準爐溫左右，假設這個溫度穩定位置為L，結合溫差來對加熱電流電位器的轉角位置進行調整，在實際爐溫小于標準值的時候誤差為正，需要將L順時針增大電位器角度，提高加熱電流；在實際爐溫大于標準值的時候誤差為負，這時候需要將L逆時針減少電位器角度，減少加熱電流，使溫度保持恒定，這樣的控制方式就屬于比例控制，也就是說PID控制器輸出比例與誤差形成正比。但是在閉環操作的過程中，電流及溫度的變化會帶來不同程度的時間延遲，在這些延遲因素的影響下，在對電位器轉角進行調節之后，不能及時的看到調節效果，所以需要對系統中的延遲作用進行解決，主要方法體現在對比例系統的控制上。

對于比例系數來說，其大小與調節力度及調節總時間之間有著較大的聯系，在比例系數過小的情況下，轉角與L的差值也會相應的減小，系統輸出時間也會變得較慢，溫度等變量的調節需要較長的時間，在比例系數相對較大的情況下，在實際調節的過程中，調節的范圍和力度將難以控制，甚至會出現實際溫度超過標準溫度的情況，這樣的情況會導致溫度變化幅度過大，系統出現震蕩不穩定的情況。基于上述情況，需要結合溫度的變化范圍來對比例系數進行調整，以此來減少系統的震蕩次數，保證系統的穩定運行。

2、積分控制。在進行PID調節的過程中，會增加一個與當前的誤差值成正比的微小部分。積分控制的實際情況根據誤差的變化而變化。在手動調溫的過程中，積分控制與誤差值有著緊密的聯系。當實際溫度低于標準溫度時誤差為正，積分項增大，相應的加熱電流也會增大，反之積分項減小。積分調節的“大方向”是正確的，積分項有減小誤差的作用，當運行系統處于穩定狀態的時候，誤差為零，比例微分部分也為零，積分部分停止變化，剛好等于穩態時需要的控制器的輸出值，對應于上述溫度控制系統中電位器轉角的位置L。

3、微分作用。誤差的微分就是誤差的變化速率，誤差變化越快，其微分絕對值越大。誤差增大時的微分為正；誤差降低時的微分為負。控制器輸出量的微分部分隨著誤差微分的變化而變化，能夠對被控量的溫度變化情況進行反映。在加熱電流急速增大，溫度上升過快的情況下，根據溫度上升的實際趨勢，為了防止實際溫度超過標準溫度，在實際溫度將要達到標準溫度的時候，需要提前減少加熱電流。

三、PID參數的調節

在對PID控制器參數進行確定的過程中，可以結合系統性能與控制器參數之間的關系，采取相應的實驗來對參數進行調節，這樣能夠及時得預期的調試結果。在調試中需要注意的是，在系統性能不穩定的情況下，需要知道應該調節哪一個參數和參數的增加量及減少量。為了減少需要整定的參數，首先可以采用PI控制器。為了保證系統的安全，在調試開始時應設置比較保守的參數，例如比例系數不要太大，積分時間不要太小，以避免出現系統不穩定或超調量過大的異常情況。

結束語：自動化系統中的PID調節屬于不斷變化的過程，其中的各種參數相互影響，需要進行多次的系統調試才能達到預期的目的。

參 考 文 獻

[1]張井崗.…過程控制與自動化儀表[M].…北京大學出版社，…2007.

[2]白志剛.…自動調節系統解析與PID整定[M].…化學工業出版社，…2012.endprint