一文詳解工業(yè)自動(dòng)化控制中PID的應(yīng)用和整定方法

說(shuō)起PID肯定有點(diǎn)陌生，其實(shí)在生活中多方面都有體現(xiàn)，只是沒(méi)有站在專(zhuān)業(yè)的角度看問(wèn)題，說(shuō)個(gè)常見(jiàn)的例子就應(yīng)該明白。

儲(chǔ)水箱應(yīng)該大家熟悉，當(dāng)儲(chǔ)水箱進(jìn)水口閥門(mén)開(kāi)始水注入，當(dāng)儲(chǔ)水箱出水口閥門(mén)開(kāi)啟水流出使用。雖然這個(gè)過(guò)程人可以完成，但是重復(fù)的事做久了就會(huì)枯噪無(wú)味。水箱注入水時(shí)它的液位高低我們可以通過(guò)眼睛看，液位高了把出水口關(guān)閉，出水口閥門(mén)開(kāi)啟，當(dāng)液位低了在開(kāi)啟進(jìn)水口閥門(mén)，關(guān)閉出水口。比如現(xiàn)在我想把液位維持在一個(gè)高度，那么就要我們手動(dòng)去調(diào)進(jìn)出水口閥門(mén)確實(shí)可以做到，可以說(shuō)我們?nèi)藶榈恼{(diào)節(jié)過(guò)程是無(wú)法抗干擾的，液位一波動(dòng)那又得去調(diào)，很麻煩。為了解決這些問(wèn)題人就想出了PID控制，即能控制穩(wěn)定還能抗外界干擾。

現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)我們?nèi)藶榭刂七^(guò)程，那就的用儀表來(lái)代替我們的手眼睛大腦等。液位變送器可以取代眼睛，它可以連續(xù)檢測(cè)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以取代手，它可以去轉(zhuǎn)動(dòng)閥門(mén)。控制器取代大腦，它可以去分析處理數(shù)據(jù)，然后再給執(zhí)行機(jī)構(gòu)下達(dá)任務(wù)。

PID控制器有四種控制規(guī)律，P控制規(guī)律、PI控制規(guī)律、PD控制規(guī)律、PID控制規(guī)律。P、I、D的通俗理解，P是控制器輸出信號(hào)隨輸入偏差信號(hào)e按一定比例關(guān)系的變化控制規(guī)律，相當(dāng)于今天發(fā)生的事。I是控制器輸出信號(hào)隨輸入偏差信號(hào)e積分成正比例關(guān)系的變化控制規(guī)律，相當(dāng)于昨天發(fā)生的事。D控制器輸出信號(hào)隨輸入偏差信號(hào)e微分成正比例關(guān)系的變化控制規(guī)律，相當(dāng)于明天發(fā)生的事。

工業(yè)自動(dòng)化控制中PID的應(yīng)用和整定方法！從圖中看P控制規(guī)律，它的作用就是消除擾動(dòng)，那么就是當(dāng)前發(fā)生的事，所以為了消除擾動(dòng)馬上用比例度。I控制規(guī)律作用就是消除余差，余差不是現(xiàn)在有的也不是以后有的，是以前積累的，那么的用積分消除，也就是說(shuō)昨天的事。D控制規(guī)律作用就是超前控制，就是還沒(méi)有發(fā)生的事給它提前準(zhǔn)備所以得用微分控制，也就是明天發(fā)生的事。

經(jīng)驗(yàn)湊式法，進(jìn)行新操作之前確保前面的過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定才能進(jìn)行，在控制器上調(diào)參數(shù)遵守由弱到強(qiáng)的原則，控制變量需要多個(gè)控制規(guī)律，遵守先比例后積分最后微分。

在參數(shù)整定過(guò)程中圖中的參數(shù)只能作為一個(gè)初始參考值，具體的情況要根據(jù)實(shí)際調(diào)節(jié)中稍做變化，找到最佳參數(shù)。

定值系統(tǒng)最理想的曲線

隨動(dòng)系統(tǒng)最理想的曲線

當(dāng)一個(gè)曲線穩(wěn)定下來(lái)是否達(dá)到理想，需要根據(jù)它的性能指標(biāo)判定。

1、最大偏差（A），指曲線的最大波峰或波谷的值與設(shè)定值的差。

2、超調(diào)量（Q），指被控變量偏離新穩(wěn)定值的百分?jǐn)?shù)。

3、衰減比（n），指過(guò)渡曲線兩個(gè)相鄰的波峰或波谷的振幅之比，振幅就是被控變量偏離新穩(wěn)態(tài)值的差。

4、余差（C），指新穩(wěn)態(tài)值與目標(biāo)值的差。

5、過(guò)渡時(shí)間（t），指從干擾開(kāi)始到新穩(wěn)態(tài)時(shí)所需要的時(shí)間。

6、振蕩周期（T），指過(guò)渡曲線同方向相鄰之間的時(shí)間。

7、峰值時(shí)間（tp），指從干擾開(kāi)始到第一個(gè)波峰或波谷所需時(shí)間。

8、上升時(shí)間（tr），指過(guò)渡曲線開(kāi)始變化到新穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間。

由上面八點(diǎn)可以確定三種系統(tǒng)性能，穩(wěn)定性的性能指標(biāo)（A、Q、n）、準(zhǔn)確性性能指標(biāo)（C），快速性性能指標(biāo)（tr）。其中比例積分時(shí)間減小，會(huì)加大系統(tǒng)振蕩，同時(shí)穩(wěn)定性變差，微分時(shí)間加大在小范圍會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變好，但也容易引起振蕩。