芻議工業(yè)自動控制系統(tǒng)中PID技術的應用

馬月穎

摘 要：PID技術是工業(yè)自動控制系統(tǒng)中應用最多、最廣的一種控制方式。分析了PID技術的特點及其工作原理，然后詳細介紹了PID技術在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中的應用，以供參考。

關鍵詞：工業(yè)；自動控制系統(tǒng)；PID；參數(shù)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0060-01

在工業(yè)自動控制中，調節(jié)器控制規(guī)律應用最廣泛的就是PID調節(jié)。PID是控制系統(tǒng)中的基礎部分，在工業(yè)自動控制中起到關鍵性的作用。

1 PID技術的特點及其工作原理分析

在自動控制過程中，由于外界各種因素的干擾，有可能使產品的控制參數(shù)發(fā)生一些改變。為了保證產品的質量，在工廠現(xiàn)場檢查原件時，就要把這些產品發(fā)生的改變數(shù)據(jù)傳送到PID控制器，PID經過計算，調節(jié)改變的數(shù)據(jù)變量，并使控制參數(shù)與產品設定參數(shù)相符合，以便生產出合格的產品。PID調節(jié)主要可以分為比例調節(jié)、積分調節(jié)和微分調節(jié)。比例調節(jié)是最基本的一種參數(shù)調解方式，當然，如果只采用這種調節(jié)方法，系統(tǒng)會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差。在一個系統(tǒng)中，弱勢存在穩(wěn)態(tài)誤差，這就需要在PID控制器中對輸入與輸出誤差信號進行積分，以盡量減小誤差值，直到誤差值變?yōu)榱銥橹梗@種調節(jié)方式就叫作積分控制。在自動控制系統(tǒng)對出現(xiàn)的誤差進行調節(jié)時，由于大慣性組件或有滯后組件的存在，使得變化值總是會延后，還可能會使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。為了解決這一現(xiàn)象，需要在調節(jié)過程中能夠預先判斷出這些組件可能發(fā)生的變化，微分調節(jié)就應運而生了。

2 PID技術控制參數(shù)的選定

在控制方案中，最重要的環(huán)節(jié)就是被控參數(shù)的選擇，因為如果選擇的控制參數(shù)不恰當，就不會達到預期的調節(jié)效果，而且擾動的因素會很多，并不是所有的擾動因素都需要控制；如果全部選定，那工作量會很大，而且還有很多程序是不必要的。因此，在選擇控制參數(shù)時，要先對生產工藝進行詳細的分析，找出生產過程中對產品質量、安全等起決定性作用的擾動因素，而且還要確定這些因素用人工來控制是非常困難的。

在工業(yè)自動控制過程中，PID參數(shù)的選擇并不是唯一的，當然也不能隨意選擇，只有在完全掌握產品生產工藝的條件下，才能做出正確的選擇。參數(shù)選擇所依定的原則是：①被控參數(shù)對產品的質量等起著決定性的作用；②被控參數(shù)應盡量選用直接參數(shù)，如果不行，就采取一個與之相對應的時間參數(shù)；③被控參數(shù)靈敏度很高，手工控制困難；④所用儀表能夠監(jiān)控被控參數(shù)。

3 PID調節(jié)參數(shù)對自動控制過程的影響

在比例調節(jié)中，調節(jié)比例制的增大會使曲線的變化越來越緩慢，也就是說，調節(jié)作用在逐漸減弱。它的振蕩周期越長，衰減得越厲害。如果比例調節(jié)僅僅是純比例作用，那么，系統(tǒng)穩(wěn)定后余差會較大；相反，如果比例值較小，它的振蕩周期就比較短，曲線波動比較快，衰減比會往小的方向變化。

在積分調節(jié)中，起決定性作用的是積分時間（Ti）；積分時間越長，積分作用就越弱；反之，積分時間越短，積分作用就越強。在這過程中，曲線振蕩越來越劇烈，系統(tǒng)的震蕩周期減小。但是，如果積分時間太短，曲線振蕩就會過于劇烈，進而造成系統(tǒng)操作的不穩(wěn)定；如果積分時間無限加長，調節(jié)器就只起到比例調節(jié)的作用。

在微分調節(jié)中，起關鍵性作用的是微分時間（Td），微分時間越長，微分調節(jié)作用越明顯，震蕩就會在這個過程中變得越來越不明顯，周期也會變得越來越短。但是，如果微分時間太長，就會引起振幅的過度增大，調節(jié)器的作用就不太明顯。

在工業(yè)自動控制中，控制系統(tǒng)不會用到所有的調節(jié)方式，在很多情況下，只需要其中的一兩種就可以滿足工藝需求。在上面提到的參數(shù)影響中可以看出，如果調節(jié)過程不需要積分調節(jié)，就可以在設定時把積分時間設置為無窮大；如果不需要微分調節(jié)，可以把微分時間設置為零；同樣，如果不需要進行比例調節(jié)，就可以把PID回路增益（Kc）設為零。

4 PID調節(jié)最后參數(shù)的設定

PID的調節(jié)作用要想達到最佳狀態(tài)，就需要對積分時間（TI）、微分時間（TD）和PID回路增益（KC）進行最佳設定，如何在產品工藝生產過程中找出這些參數(shù)的最佳值？針對具體生產情況，采用了經驗整定法，現(xiàn)場經驗整定法是目前為止使用性最強、應用最廣泛的工程整定方法。在這個過程中，整體的調節(jié)方式依次是比例調節(jié)、積分調節(jié)，最后是微分調節(jié)。在調解過程中，要隨時觀察曲線的變化，并慢慢改變其中的參數(shù)取值，直到產品的質量符合設計標準。

機體調節(jié)是先要關閉積分調節(jié)和微分調節(jié)項，就是指先把積分時間設置為無窮大，微分時間設置為零。剛開始使用的比例參數(shù)先依照以往的經驗而定，然后根據(jù)過程變量值曲線的變化慢慢確定控制比例度，直到衰減過程的變量值變?yōu)樵瓉淼?/4，這時，就可以加入積分比例調節(jié)。但在加入之前，要先把比例值變?yōu)樵瓉淼?.2倍，然后再進行積分時間的調節(jié)。積分時間的取值越來越小，直到衰減過程變量值變?yōu)樵瓉淼?/4，這時，可以引入微分調節(jié)。微分時間的最初設定是積分時間的1/4～1/3，然后把控制比例度調節(jié)到原來的數(shù)值，微分時間再進行調節(jié)，數(shù)值由小變大，直到曲線達到滿意值為止。

5 結束語

綜上所述，本文主要描述了PID在工業(yè)控制中的工作原理、PID 控制中的基本知識和PID參數(shù)對控制過程的影響。相信在未來的工業(yè)自動控制發(fā)展中，仍會出現(xiàn)很多問題，這就需要科研人員繼續(xù)努力，對PID進行更深的研究，以期能夠提高我國工業(yè)自動化控制水平，促進我國工業(yè)快速發(fā)展。

參考文獻

[1]杜軍.工業(yè)自動控制對PID的應用分析[J].中國科技縱橫，2013（23）：126-127.

〔編輯：白潔〕