PID调节及温度控制原理.doc

PID调节和温度控制原理 字体大小： HYPERLINK javascript:setFontSize(16) \o Font Size: Large 大 |  HYPERLINK javascript:setFontSize(14) \o Font Size: Medium 中 |  HYPERLINK javascript:setFontSize(12) \o Font Size: Small 小 2006-10-21 23:17 - 阅读：209 -  HYPERLINK /bloggermodule/blog_viewblog.do?id=334235 \l note#note 评论：0 ??? 当通过热电偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果。 比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。比例参数P设定值越大，控制的灵敏度越低，设定值越小，控制的灵敏度越高，例如比例参数P设定为4%，表示测量值偏离给定值4%时，输出控制量变化100%。积分运算的目的是消除偏差。只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动。积分时间是表示积分作用强度的单位。设定的积分时间越短，积分作用越强。例如积分时间设定为240秒时，表示对固定的偏差，积分作用的输出量达到和比例作用相同的输出量需要240秒。比例作用和积分作用是对控制结果的修正动作，响应较慢。微分作用是为了消除其缺点而补充的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分作用强度的单位，仪表设定的微分时间越长，则以微分作用进行的修正越强。 PID模块操作非常简捷只要设定4个参数就可以进行温度精确控制：　　1、温度设定　　2、P值　　3、I值　　4、D值　　PID模块的温度控制精度主要受P、I、D这三个参数影响。其中P代表比例，I代表积分，D代表微分。　　比例运算（P）　　比例控制是建立与设定值（SV）相关的一种运算，并根据偏差在求得运算值（控制输出量）。如果当前值（PV）小，运算值为100%。如果当前值在比例带内，运算值根据偏差比例求得并逐渐减小直到SV和PV匹配（即，直到偏差为0），此时运算值回复到先前值（前馈运算）。若出现静差（残余偏差），可用减小P方法减小残余偏差。如果P太小，反而会出现振荡。　　积分运算（I）　　将积分与比例运算相结合，随着调节时间延续可减小静差。积分强度用积分时间表示，积分时间相当于积分运算值到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需要的时间。积分时间越小，积分运算的校正时间越强。但如果积分时间值太小，校正作用太强会出现振荡。　　　　微分运算（D）　　比例和积分运算都校正控制结果，所以不可避免地会产生响应延时现象。微分运算可弥补这些缺陷。在一个突发的干扰响应中，微分运算提供了一个很大的运算值，以恢复原始状态。微分运算采用一个正比于偏差变化率（微分系数）的运算值校正控制。微分运算的强度由微分时间表示，微分时间相当于微分运算值达到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。 ?????????? 通常，对于温度控制的理解，是觉得其技术成熟且改变不大。有一些工业的应用，不仅对时间进行精确的控制，而且在当设定值改变时，对于快速加温阶段和扰动的快速响应形成最小程度的过冲（overshoot）和下冲（undershoot）。一般采用的PID控制技术难以满足这些特殊的场合。??? ??? 目前存在2种的复杂温度控制器。一种方案是基于增加特殊性能的PID，另一种方案是模糊逻辑控制。??? ??? 增强的PID温度控制??? ??? 加热和冷却过程中的不同速度（时间常数）可根据温度设定值，进行PID常数的动态调节。这样的调节需要一个加热模型--加热过程的反转静态特性（inverse static characteristic）。一旦控制系统执行加热模型，它的输出可被相应地用于前馈变量。前馈变量与比例成分的输出一起使加热模型符合加热过程。??? ??? ??? 一个近似的时间优化控制方法需要将温度控制的全部过程分为3个部分，每部分都有其不同控制机制。在第一阶段（温度在设定值之下）和最后一个阶段（温度在设定值之上），幂常量（分别是满值和零）被应用，控制调节误差。在中间阶段（设定值在中间），线性PID控制开始作用。在这里所谓的线性控制区（linear control zone，LCZ）、非线性、调节误差限制（regulation error limit ，R