pid调节在自动化过程中应用

王熙春+刘立志+刘洪楊

【摘要】 本文首先对PID调节技术进行介绍，并对其基本控制方式进行分析，在此基础上对PID的基本控制参数及在自动化过程中的应用进行探讨。

【关键词】 PID 自动化 应用

前言：对于制药行业来说，温度，压力，流量，液位，这些物理量都是常用。也是每个生产环节当中，严格要求的。对于这个环节的过程控制，大多数采用的是pid控制。pid调节是自动调节发展过程中的重要组成部分。PID调节属于工业生产控制过程中比较常见的反馈回路不见，其中主要包括比例单元、积分单元和微分单元。pid…就是对输入偏差进行比例积分微分运算，pid…（proportional…integ…derivative）…即比例（p）…积分（i）微分（d），其功能是模拟量的自动控制领域中需要按照pid控制规律进行自动调节，其中利用比例单元实现比例控制，利用积分单元对误差进行消除，利用微分单元实现对系统响应速度的调节。

一、基本控制方式

在利用PID进行自动化调节控制的过程中，首先需要对输入模拟物理量数值与设定目标值的差值进行确定，在此基础上对结果进行计算，计算结构输入到执行系统中进行控制，最终实现根据用户所设定调节值变化而自动控制的目的。在所控制对象的参数和结果不能得到完全确定的情况下，需要依靠现场调试获取到准确的现场控制器结构及参数，从而采用PID技术来对系统进行调节控制。

二、pid的基本控制参数

1、比例控制。与人工控制相比，PID控制具有许多相似的地方，比如说可以采取手动控制的方式对电加热炉的温度进行调节，一般可以取得比较好的效果。以电加热炉的温度控制为例，在对电加热炉的温度进行检验控制的过程中，需要对数字仪表上所显示的温度进行读取，在此基础上，与所规定的标准炉温进行比较，得到温差，根据温差的大小来进行手动调节和控制，使实际炉温保持在标准炉温左右，假设这个温度稳定位置为L，结合温差来对加热电流电位器的转角位置进行调整，在实际炉温小于标准值的时候误差为正，需要将L顺时针增大电位器角度，提高加热电流；在实际炉温大于标准值的时候误差为负，这时候需要将L逆时针减少电位器角度，减少加热电流，使温度保持恒定，这样的控制方式就属于比例控制，也就是说PID控制器输出比例与误差形成正比。但是在闭环操作的过程中，电流及温度的变化会带来不同程度的时间延迟，在这些延迟因素的影响下，在对电位器转角进行调节之后，不能及时的看到调节效果，所以需要对系统中的延迟作用进行解决，主要方法体现在对比例系统的控制上。

对于比例系数来说，其大小与调节力度及调节总时间之间有着较大的联系，在比例系数过小的情况下，转角与L的差值也会相应的减小，系统输出时间也会变得较慢，温度等变量的调节需要较长的时间，在比例系数相对较大的情况下，在实际调节的过程中，调节的范围和力度将难以控制，甚至会出现实际温度超过标准温度的情况，这样的情况会导致温度变化幅度过大，系统出现震荡不稳定的情况。基于上述情况，需要结合温度的变化范围来对比例系数进行调整，以此来减少系统的震荡次数，保证系统的稳定运行。

2、积分控制。在进行PID调节的过程中，会增加一个与当前的误差值成正比的微小部分。积分控制的实际情况根据误差的变化而变化。在手动调温的过程中，积分控制与误差值有着紧密的联系。当实际温度低于标准温度时误差为正，积分项增大，相应的加热电流也会增大，反之积分项减小。积分调节的“大方向”是正确的，积分项有减小误差的作用，当运行系统处于稳定状态的时候，误差为零，比例微分部分也为零，积分部分停止变化，刚好等于稳态时需要的控制器的输出值，对应于上述温度控制系统中电位器转角的位置L。

3、微分作用。误差的微分就是误差的变化速率，误差变化越快，其微分绝对值越大。误差增大时的微分为正；误差降低時的微分为负。控制器输出量的微分部分随着误差微分的变化而变化，能够对被控量的温度变化情况进行反映。在加热电流急速增大，温度上升过快的情况下，根据温度上升的实际趋势，为了防止实际温度超过标准温度，在实际温度将要达到标准温度的时候，需要提前减少加热电流。

三、PID参数的调节

在对PID控制器参数进行确定的过程中，可以结合系统性能与控制器参数之间的关系，采取相应的实验来对参数进行调节，这样能够及时得预期的调试结果。在调试中需要注意的是，在系统性能不稳定的情况下，需要知道应该调节哪一个参数和参数的增加量及减少量。为了减少需要整定的参数，首先可以采用PI控制器。为了保证系统的安全，在调试开始时应设置比较保守的参数，例如比例系数不要太大，积分时间不要太小，以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情况。

结束语：自动化系统中的PID调节属于不断变化的过程，其中的各种参数相互影响，需要进行多次的系统调试才能达到预期的目的。

参 考 文 献

[1]张井岗.…过程控制与自动化仪表[M].…北京大学出版社，…2007.

[2]白志刚.…自动调节系统解析与PID整定[M].…化学工业出版社，…2012.endprint