pid調(diào)節(jié)在自動(dòng)化過程中應(yīng)用

王熙春+劉立志+劉洪楊

【摘要】 本文首先對(duì)PID調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)行介紹，并對(duì)其基本控制方式進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)PID的基本控制參數(shù)及在自動(dòng)化過程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】 PID 自動(dòng)化 應(yīng)用

前言：對(duì)于制藥行業(yè)來說，溫度，壓力，流量，液位，這些物理量都是常用。也是每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中，嚴(yán)格要求的。對(duì)于這個(gè)環(huán)節(jié)的過程控制，大多數(shù)采用的是pid控制。pid調(diào)節(jié)是自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)展過程中的重要組成部分。PID調(diào)節(jié)屬于工業(yè)生產(chǎn)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(duì)輸入偏差進(jìn)行比例積分微分運(yùn)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(dòng)控制領(lǐng)域中需要按照pid控制規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，其中利用比例單元實(shí)現(xiàn)比例控制，利用積分單元對(duì)誤差進(jìn)行消除，利用微分單元實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)速度的調(diào)節(jié)。

一、基本控制方式

在利用PID進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)控制的過程中，首先需要對(duì)輸入模擬物理量數(shù)值與設(shè)定目標(biāo)值的差值進(jìn)行確定，在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)構(gòu)輸入到執(zhí)行系統(tǒng)中進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶所設(shè)定調(diào)節(jié)值變化而自動(dòng)控制的目的。在所控制對(duì)象的參數(shù)和結(jié)果不能得到完全確定的情況下，需要依靠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試獲取到準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)控制器結(jié)構(gòu)及參數(shù)，從而采用PID技術(shù)來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

二、pid的基本控制參數(shù)

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(dòng)控制的方式對(duì)電加熱爐的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(duì)電加熱爐的溫度進(jìn)行檢驗(yàn)控制的過程中，需要對(duì)數(shù)字儀表上所顯示的溫度進(jìn)行讀取，在此基礎(chǔ)上，與所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)爐溫進(jìn)行比較，得到溫差，根據(jù)溫差的大小來進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，使實(shí)際爐溫保持在標(biāo)準(zhǔn)爐溫左右，假設(shè)這個(gè)溫度穩(wěn)定位置為L(zhǎng)，結(jié)合溫差來對(duì)加熱電流電位器的轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)際爐溫小于標(biāo)準(zhǔn)值的時(shí)候誤差為正，需要將L順時(shí)針增大電位器角度，提高加熱電流；在實(shí)際爐溫大于標(biāo)準(zhǔn)值的時(shí)候誤差為負(fù)，這時(shí)候需要將L逆時(shí)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(huán)操作的過程中，電流及溫度的變化會(huì)帶來不同程度的時(shí)間延遲，在這些延遲因素的影響下，在對(duì)電位器轉(zhuǎn)角進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，不能及時(shí)的看到調(diào)節(jié)效果，所以需要對(duì)系統(tǒng)中的延遲作用進(jìn)行解決，主要方法體現(xiàn)在對(duì)比例系統(tǒng)的控制上。

對(duì)于比例系數(shù)來說，其大小與調(diào)節(jié)力度及調(diào)節(jié)總時(shí)間之間有著較大的聯(lián)系，在比例系數(shù)過小的情況下，轉(zhuǎn)角與L的差值也會(huì)相應(yīng)的減小，系統(tǒng)輸出時(shí)間也會(huì)變得較慢，溫度等變量的調(diào)節(jié)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，在比例系數(shù)相對(duì)較大的情況下，在實(shí)際調(diào)節(jié)的過程中，調(diào)節(jié)的范圍和力度將難以控制，甚至?xí)霈F(xiàn)實(shí)際溫度超過標(biāo)準(zhǔn)溫度的情況，這樣的情況會(huì)導(dǎo)致溫度變化幅度過大，系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩不穩(wěn)定的情況?；谏鲜銮闆r，需要結(jié)合溫度的變化范圍來對(duì)比例系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以此來減少系統(tǒng)的震蕩次數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2、積分控制。在進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的過程中，會(huì)增加一個(gè)與當(dāng)前的誤差值成正比的微小部分。積分控制的實(shí)際情況根據(jù)誤差的變化而變化。在手動(dòng)調(diào)溫的過程中，積分控制與誤差值有著緊密的聯(lián)系。當(dāng)實(shí)際溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)誤差為正，積分項(xiàng)增大，相應(yīng)的加熱電流也會(huì)增大，反之積分項(xiàng)減小。積分調(diào)節(jié)的“大方向”是正確的，積分項(xiàng)有減小誤差的作用，當(dāng)運(yùn)行系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)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(wěn)態(tài)時(shí)需要的控制器的輸出值，對(duì)應(yīng)于上述溫度控制系統(tǒng)中電位器轉(zhuǎn)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(duì)值越大。誤差增大時(shí)的微分為正；誤差降低時(shí)的微分為負(fù)?？刂破鬏敵隽康奈⒎植糠蛛S著誤差微分的變化而變化，能夠?qū)Ρ豢亓康臏囟茸兓闆r進(jìn)行反映。在加熱電流急速增大，溫度上升過快的情況下，根據(jù)溫度上升的實(shí)際趨勢(shì)，為了防止實(shí)際溫度超過標(biāo)準(zhǔn)溫度，在實(shí)際溫度將要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)溫度的時(shí)候，需要提前減少加熱電流。

三、PID參數(shù)的調(diào)節(jié)

在對(duì)PID控制器參數(shù)進(jìn)行確定的過程中，可以結(jié)合系統(tǒng)性能與控制器參數(shù)之間的關(guān)系，采取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣能夠及時(shí)得預(yù)期的調(diào)試結(jié)果。在調(diào)試中需要注意的是，在系統(tǒng)性能不穩(wěn)定的情況下，需要知道應(yīng)該調(diào)節(jié)哪一個(gè)參數(shù)和參數(shù)的增加量及減少量。為了減少需要整定的參數(shù)，首先可以采用PI控制器。為了保證系統(tǒng)的安全，在調(diào)試開始時(shí)應(yīng)設(shè)置比較保守的參數(shù)，例如比例系數(shù)不要太大，積分時(shí)間不要太小，以避免出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定或超調(diào)量過大的異常情況。

結(jié)束語：自動(dòng)化系統(tǒng)中的PID調(diào)節(jié)屬于不斷變化的過程，其中的各種參數(shù)相互影響，需要進(jìn)行多次的系統(tǒng)調(diào)試才能達(dá)到預(yù)期的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張井崗.…過程控制與自動(dòng)化儀表[M].…北京大學(xué)出版社，…2007.

[2]白志剛.…自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析與PID整定[M].…化學(xué)工業(yè)出版社，…2012.endprint