台式PID控制器的创建.PDF

台式PID控制器的创建 Raymond Rogers 吉时利仪器 比例、积分和微分（PID）控制是一种广泛应用于工程、科学和工业的反馈控 制方案。PID的普及，主要归功于它的易于实施和有效性。使用PID的动机源于其 成本效率：PID控制器从来就不是一种最佳的控制器，但在大多数情况下PID却是 一个足够好的选择，相比之下，采用最佳控制器， 在付出额外成本和复杂性的同 时，性能却只能获得最低限度的提升，故并不合算。此外，PID控制的应用不需要 对一个过程的基本工作原理有深刻的理解；而重要的是，一些被测量的过程变量会 受到某些受控变量的强烈影响。 虽然大多数PID控制器是为控制特定过程而设计的专用仪器，本白皮书探讨了 如何利用标准台式测试设备和以最少的编程工作，快速、轻松地创建具有卓越性能 的PID控制器。当今，几乎所有的过程执行器（阀门，搅拌器，加热器，电动机等） 都已经电子化，因此构建一个PID控制器仅需的两件工具是一个数字多用表（测量 过程变量）和一个电源（驱动执行器）。事实上，许多应用程序只需要一个电压表 和一个单极电源。 “PID” 这一缩写源于控制器的构成要素，以及它们如何作用于所期望的过程变 量值[或称设定点（SP）]和该变量的当前值之间的差异。感兴趣的过程变量（PV） 通常称为被测（或被控）变量（MV）。SP和MV之间的瞬时差值被称为误差；PID 控制器的目标是消除这种误差。换句话说，该控制器可以确保过程运行中被测变量 总是处于设定点上。 吉时利仪器 全国免费电话： 400-820-5838 邮箱：china@ 1 一个PID控制器由三部分组成：比例部分使输出与瞬时误差成正比；积分部分则让输出 正比于累积误差；而微分误差使输出与误差变化的瞬时速率成正比。每一个部分对控制器的 总输出信号的贡献都要经过加权处理。建立这些权重，以便从控制器获得最佳响应的过程称 调谐 为 。 并非每台控制器都需要全部三个PID要素：某些只需要比例部分，还有许多只用比例和 积分部分。在PID控制领域中，这些控制器分别被称为“P”、“PI”、“PID”。 每一种PID要素的组合，都可以创建一种具有独特的和所期望的响应特性的控制器。比 例部分的作用是消除当前的误差。因此，“P”控制器是唯一可行的单元素PID控制器。积分部 分有一个缓慢的响应，但是负责消除比例部分无法去除的过程偏差。微分部分的作用是对误 差的变化做出响应。如果误差在增加，那么微分输出添加到总的输出上；如果误差在减小， 则微分输出从总的输出里减去。主要的效果是微分部分对误差的快速变化做出强烈响应，但 却使被测变量平稳地达到设定点。 PID控制器的调谐涉及给每个PID元素赋以适当的权重，用来向控制器的响应引入所希 望的效果，同时尽量减少每个元素的缺陷。被控的过程决定了控制器响应中什么是所期望的。 例如，某些过程可能无法很好地承受过冲，这给被测变量的上升时间增加了额外限制。另一 方面，另一个过程可以接受一定的过冲，从而允许被测变量具有快速上升时间。 PID的实现 建立一个台式PID控制器，仅需一个数字多用表、一个电源和少量的编程工作。因为PID 算法比较简单易懂，所以仅需要很少的编程经验。PID控制器的数值实现将建立在它的各分 量之上。图1提供了PID控制的概览。 2