PID控制原理与参数设置.docx

PID掌握

当今的自动掌握技术都是基于反响的概念。反响理论的要素包括三个局部：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差订正调整掌握系统的响应。

这个理论和应用自动掌握的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地订正系统。

PID〔比例-积分-微分〕掌握器作为最早有用化的掌握器已有50多年历史，现在仍旧是应用最广泛的工业掌握器。PID掌握器简洁易懂，使用中不需准确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的掌握器。

PID掌握器由比例单元〔P〕、积分单元〔I〕和微分单元〔D〕组成。其输入e(t)

与输出u(t)的关系为

u(t)=kp(e((t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt)式中积分的上下限分别是0和t

因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数

它由于用途广泛、使用敏捷，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数〔Kp，Ki和Kd〕即可。在很多状况下，并不肯定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例掌握单元是必不行少的。

首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成根本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可掌握了。

其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以依据过程的动态特性准时整定。假设过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重整定。

第三，PID掌握器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。

在工厂，总是能看到很多回路都处于手动状态，缘由是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些缺乏，承受PID的工业掌握系统总是受产品质量、安全、产量和能源铺张等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID掌握器已是商业单回路掌握器和分散掌握系统的一个标准。

在一些状况下针对特定的系统设计的PID掌握器掌握得很好，但它们仍存在一些问题需要解决：

假设自整定要以模型为根底，为了PID参数的重整定在线查找和保持好过程模型是较难的。闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动，所以基于模型的PID参数自整定在工业应用不是太好。

假设自整定是基于掌握律的，常常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来，因此受到干扰的影响掌握器会产生超调，产生一个不必要的自适应转换。另外，由于基于掌握律的系统没有成熟的稳定性分析方法，参数整定牢靠与否存在很多问题。

因此，很多自身整定参数的PID掌握器常常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指依据开环状态确定的简洁过程模型自动计算PID参数。

PID在掌握非线性、时变、耦合及参数和构造不确定的简单过程时，工作地不是太好。最重要的是，假设PID掌握器不能掌握简单过程，无论怎么调参数都没用。

虽然有这些缺点，PID掌握器是最简洁的有时却是最好的掌握器

目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，掌握理论的进展也经受了古典掌握理论、现代掌握理论和智能掌握理论三个阶段。智能掌握的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动掌握系统可分为开环掌握系统和闭环掌握系统。一个掌握系统包括掌握器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。掌握器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；掌握系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到掌握器。不同的掌握系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比方压力掌握系统要承受压力传感器。电加热掌握系统的传感器是温度传感器。目前，PID掌握及其掌握器或智能PID掌握器〔仪表〕已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID掌握器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调整器(intelligentregulator)，其中PID掌握器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID掌握实现的压力、温度、流量、液位掌握器，能实现PID掌握功能的可编程掌握器(PLC)，还有可实现PID掌握的PC系统等等。可编程掌握器(PLC)是利用其闭环掌握模块来实现PID掌握，而可编程掌握器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID掌握功能的掌握器，如Rockwell的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网