王熙春+劉立志+劉洪楊

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

【關(guān)鍵詞】 PID 自動化 應(yīng)用

前言：對于制藥行業(yè)來說，溫度，壓力，流量，液位，這些物理量都是常用。也是每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)當中，嚴格要求的。對于這個環(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(lǐng)域中需要按照pid控制規(guī)律進行自動調(diào)節(jié)，其中利用比例單元實現(xiàn)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(xiàn)對系統(tǒng)響應(yīng)速度的調(diào)節(jié)。

一、基本控制方式

在利用PID進行自動化調(diào)節(jié)控制的過程中，首先需要對輸入模擬物理量數(shù)值與設(shè)定目標值的差值進行確定，在此基礎(chǔ)上對結(jié)果進行計算，計算結(jié)構(gòu)輸入到執(zhí)行系統(tǒng)中進行控制，最終實現(xiàn)根據(jù)用戶所設(shè)定調(diào)節(jié)值變化而自動控制的目的。在所控制對象的參數(shù)和結(jié)果不能得到完全確定的情況下，需要依靠現(xiàn)場調(diào)試獲取到準確的現(xiàn)場控制器結(jié)構(gòu)及參數(shù)，從而采用PID技術(shù)來對系統(tǒng)進行調(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控制的方式對電加熱爐的溫度進行調(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，在對電加熱爐的溫度進行檢驗控制的過程中，需要對數(shù)字儀表上所顯示的溫度進行讀取，在此基礎(chǔ)上，與所規(guī)定的標準爐溫進行比較，得到溫差，根據(jù)溫差的大小來進行手動調(diào)節(jié)和控制，使實際爐溫保持在標準爐溫左右，假設(shè)這個溫度穩(wěn)定位置為L，結(jié)合溫差來對加熱電流電位器的轉(zhuǎn)角位置進行調(diào)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(huán)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(zhuǎn)角進行調(diào)節(jié)之后，不能及時的看到調(diào)節(jié)效果，所以需要對系統(tǒng)中的延遲作用進行解決，主要方法體現(xiàn)在對比例系統(tǒng)的控制上。

對于比例系數(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的差值也會相應(yīng)的減小，系統(tǒng)輸出時間也會變得較慢，溫度等變量的調(diào)節(jié)需要較長的時間，在比例系數(shù)相對較大的情況下，在實際調(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)實際溫度超過標準溫度的情況，這樣的情況會導(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比例系數(shù)進行調(diào)整，以此來減少系統(tǒng)的震蕩次數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2、積分控制。在進行PID調(diào)節(jié)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(jù)誤差的變化而變化。在手動調(diào)溫的過程中，積分控制與誤差值有著緊密的聯(lián)系。當實際溫度低于標準溫度時誤差為正，積分項增大，相應(yīng)的加熱電流也會增大，反之積分項減小。積分調(diào)節(jié)的“大方向”是正確的，積分項有減小誤差的作用，當運行系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)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(wěn)態(tài)時需要的控制器的輸出值，對應(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?qū)Ρ豢亓康臏囟茸兓闆r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(jù)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(shù)的調(diào)節(jié)

在對PID控制器參數(shù)進行確定的過程中，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)的實驗來對參數(shù)進行調(diào)節(jié)，這樣能夠及時得預(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，需要進行多次的系統(tǒng)調(diào)試才能達到預(yù)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(xué)出版社，…2007.

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