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關(guān)于PID的一些知識簡述
時間:2017-03-21 10:46:11來源:鄭州三博煤炭測控儀器儀表有限公司
PID是比例、積分、微分的簡稱，PID控制的難點不是編程，而是控制器的參數(shù)整定。參數(shù)整定的關(guān)鍵是正確地理解各參數(shù)的物理意義，PID控制的原理可以用人對爐溫的手動控制來理解。閱讀本文不需要高深的數(shù)學知識。
有經(jīng)驗的操作人員手動控制電加熱爐的爐溫，可以獲得非常好的控制品質(zhì)，PID控制與人工控制的控制策略有很多相似的地方。
下面介紹操作人員怎樣用比例控制的思想來手動控制電加熱爐的爐溫。假設(shè)用熱電偶檢測爐溫，用數(shù)字儀表顯示溫度值。在控制過程中，操作人員用眼睛讀取爐溫，并與爐溫給定值比較，得到溫度的誤差值。然后用手操作電位器，調(diào)節(jié)加熱的電流，使爐溫保持在給定值附近。
操作人員知道爐溫穩(wěn)定在給定值時電位器的大致位置(我們將它稱為位置L)，并根據(jù)當時的溫度誤差值調(diào)整控制加熱電流的電位器的轉(zhuǎn)角。爐溫小于給定值時，誤差為正，在位置L的基礎(chǔ)上順時針增大電位器的轉(zhuǎn)角，以增大加熱的電流。爐溫大于給定值時，誤差為負，在位置L的基礎(chǔ)上反時針減小電位器的轉(zhuǎn)角，并令轉(zhuǎn)角與位置L的差值與誤差成正比。上述控制策略就是比例控制，即PID控制器輸出中的比例部分與誤差成正比。
閉環(huán)中存在著各種各樣的延遲作用。例如調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)角后，到溫度上升到新的轉(zhuǎn)角對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值時有較大的時間延遲。由于延遲因素的存在，調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)角后不能馬上看到調(diào)節(jié)的效果，因此閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難的主要原因是系統(tǒng)中的延遲作用。
比例控制的比例系數(shù)如果太小，即調(diào)節(jié)后的電位器轉(zhuǎn)角與位置L的差值太小，調(diào)節(jié)的力度不夠，使系統(tǒng)輸出量變化緩慢，調(diào)節(jié)所需的總時間過長。比例系數(shù)如果過大，即調(diào)節(jié)后電位器轉(zhuǎn)角與位置L的差值過大，調(diào)節(jié)力度太強，將造成調(diào)節(jié)過頭，甚至使溫度忽高忽低，來回震蕩。
增大比例系數(shù)使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，調(diào)節(jié)速度加快，并且可以減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是比例系數(shù)過大會使超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時間加長，動態(tài)性能變壞，比例系數(shù)太大甚至會使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。
有經(jīng)驗的操作人員手動控制電加熱爐的爐溫，可以獲得非常好的控制品質(zhì)，PID控制與人工控制的控制策略有很多相似的地方。
下面介紹操作人員怎樣用比例控制的思想來手動控制電加熱爐的爐溫。假設(shè)用熱電偶檢測爐溫，用數(shù)字儀表顯示溫度值。在控制過程中，操作人員用眼睛讀取爐溫，并與爐溫給定值比較，得到溫度的誤差值。然后用手操作電位器，調(diào)節(jié)加熱的電流，使爐溫保持在給定值附近。
操作人員知道爐溫穩(wěn)定在給定值時電位器的大致位置(我們將它稱為位置L)，并根據(jù)當時的溫度誤差值調(diào)整控制加熱電流的電位器的轉(zhuǎn)角。爐溫小于給定值時，誤差為正，在位置L的基礎(chǔ)上順時針增大電位器的轉(zhuǎn)角，以增大加熱的電流。爐溫大于給定值時，誤差為負，在位置L的基礎(chǔ)上反時針減小電位器的轉(zhuǎn)角，并令轉(zhuǎn)角與位置L的差值與誤差成正比。上述控制策略就是比例控制，即PID控制器輸出中的比例部分與誤差成正比。
閉環(huán)中存在著各種各樣的延遲作用。例如調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)角后，到溫度上升到新的轉(zhuǎn)角對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值時有較大的時間延遲。由于延遲因素的存在，調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)角后不能馬上看到調(diào)節(jié)的效果，因此閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難的主要原因是系統(tǒng)中的延遲作用。
比例控制的比例系數(shù)如果太小，即調(diào)節(jié)后的電位器轉(zhuǎn)角與位置L的差值太小，調(diào)節(jié)的力度不夠，使系統(tǒng)輸出量變化緩慢，調(diào)節(jié)所需的總時間過長。比例系數(shù)如果過大，即調(diào)節(jié)后電位器轉(zhuǎn)角與位置L的差值過大，調(diào)節(jié)力度太強，將造成調(diào)節(jié)過頭，甚至使溫度忽高忽低，來回震蕩。
增大比例系數(shù)使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，調(diào)節(jié)速度加快，并且可以減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是比例系數(shù)過大會使超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時間加長，動態(tài)性能變壞，比例系數(shù)太大甚至會使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。
單純的比例控制很難保證調(diào)節(jié)得恰到好處，完全消除誤差。
中科三博(鄭州三博煤炭測控儀器儀表有限公司)2002年8月中科院自動化應(yīng)用技術(shù)研究所應(yīng)鄭州煤炭行業(yè)邀請成立三博煤炭測控儀器儀表有限公司（簡稱中科三博）。為了更好的服務(wù)全國市場，總公司從北京搬遷至河南鄭州成立鄭州三博煤炭測控儀器儀表有限公司。
我公司集新產(chǎn)品研制開發(fā)、設(shè)計制造、安裝服務(wù)于一體，主要生產(chǎn)萬能全自動量熱儀，測硫儀、定硫儀、全自動工業(yè)分析儀，馬弗爐，石油量熱儀、燃料油量熱儀、磚廠量熱儀、磚坯量熱儀、秸稈量熱儀、煤炭量熱儀、水煤漿量熱儀、微機全自動量熱儀、電腦多用量熱儀、自動量熱儀等行業(yè)。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于煤炭、電力、冶金建材、地質(zhì)、石油、化工、橡膠、環(huán)保、食品、飼料、焦化、大專院校及科研部門的實驗室、并為其提供實驗室整體解決方案。以優(yōu)越的機制，現(xiàn)代化的管理，優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，深受廣大客戶的贊譽。
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