关于PID控制技术在工业自动控制中的应用研究

2021-06-30王欣瑞卢雁

电子测试 2021年5期

王欣瑞，卢雁

(昆明铁道职业技术学院，云南昆明，650000)

1 PID控制技术的工作原理分析

工业自动控制过程中的数据参数是系统运行的基本指令，为了满足相应的生产要求，此指令必须清晰有效，并且在干扰因素较多的生产环境中，此指令的实际效果应具有较好的持续性，相应的抗干扰性能应满足实际的生产加工要求。在实际的工业自动化生产过程中，生产环境中的干扰源较多，实际加工中的环境噪音、声波等干扰元素对生产加工质量的影响较为明显，此时，PID控制技术的作用即可凸显。具体而言，在PID控制系统的实际运行过程中，PID控制器的输入端口可周期性地接收变送器输出的PV数据和SP数据，此类数据经由PID控制系统处理后，会输出最终的偏差值（E值）。在此偏差值的作用下，PID控制系统会将偏差值与预先设定的整定参数进行对比，从而输出可合理控制调节器开度的状态的相关参数，同时使优化后的数据值接近或复原成SP数据值，并在工业生产现场的动态调整和控制过程中，不断输出此类指令，维持各类生产参数的稳定，PID控制技术原理如图1所示。

图1 PID控制技术原理

2 PID控制技术在工业自动控制中的应用分析

2.1 PID控制技术被控参数的选择分析

PID控制技术在工业自动控制中的应用过程需依据具体的控制方案，而在制定此类控制方案时，被控参数的选择是制定控制方案主要内容的关键工作，其对工业自动控制的质量以及相应产品的生产效率具有较为明显的影响。PID被控参数较多，并且此类参数与生产加工现场的实际环境特点、产品的加工精度要求、产品的生产质量要求有关。在实际的被动参数选择过程中，技术人员很难全面控制各类扰动因素，因此，在PID控制技术的实际应用过程中，技术人员应依据具体的生产加工要求，选择更具针对性的被控参数。因此在被控参数的选择过程中，技术人员应依据产品生产工业的具体要求，分析不同的工艺实现环节，针对生产环节的具体特点，衡量不同生产环节对产品质量和产品产量的影响，之后基于不同生产加工环节的影响程度，分析并总结生产期间可选择的被控参数，从而提升PID控制系统被控参数选择的针对性。

2.2 PID控制技术系统中控制器P、I、D的选择和应用分析

2.2.1（P）—比例控制规律应用与分析

比例控制规律对消除快速扰动因素具有较好的效果，在此规律的控制影响下，系统可快速响应并输出相应的控制参数值，但在控制系统的实际运行中，此数值依旧无法维持在一个较为稳定并且理想的水平。从规律实现特点分析，此规律具有一定的局限性，在有效消除干扰因素的影响的情况下，此规律会导致控制系统输出相应的余差值，此余差值对控制技术的实际应用效果具有消极影响，在一定程度上可导致控制系统的整体精度降低。从此角度分析，比例控制规律一般用于控制要求不高、系统运行负荷变化不强烈、控制通道具有滞后性的工业自动控制过程中，并且此过程一般允许出现相应的余差值，PID控制的微分方程如下，其中KP即为比例控制系数。

2.2.2（PI）—比例积分控制规律应用与分析

比例积分控制规律相较于比例控制规律，可在一定程度上有效去除相应的系统参数变化余差，因此比例积分控制规律的应用范围较广，在PID控制技术的实现过程中，应用频率也最高。从适应环境角度分析，比例积分控制规律适合自动控制生产过程容量变化不明显、控制通道具有一定的滞后性，但被控参数不允许出现参数余差的加工环境。

2.2.3（PID）—比例积分微分控制规律应用与分析

比例积分微分控制规律基于比例微分控制规律，在比例微分控制规律的基础上，加入了相应的积分控制参数和条件，从在可在消除系统的参数余差的同时，进一步改善系统运行的整体效能，并且在实际的加工过程中，改善效果较为明显。从适应环境角度分析，比例积分微分控制规律应用的加工环境要求较高，其自身的适应性较好，其参数选择和计算的微积分公式如下：

其中，Kp为比例系数，Ti为微分时间常数

2.3 PID最佳整定参数的选择和应用分析

PID最佳整定参数一般指的是Kc、Ti和TD三个参数，此参数对PID控制技术的实现效能具有直接的影响，是PID控制技术能否准确发挥应用效能的关键参数。在实际的选择过程中技术人员应按照先应用比例控制规律，再应用积分控制规律，最后应用微分控制规律的顺序选择相应的整定参数。在产品的加工和生产过程中，技术人员应及时关注过程值PV的趋势变化曲线，并依据系统运行的实际特点，缓慢调节相应的PID参数，避免参数变化过快导致系统出现不规则振荡的问题。此间，技术人员应选择的具体参数，并进行反复调试，直到系统控制的整体质量满足自动控制生产的整体要求为止。为了更好地选择整定参数，技术人员应先关闭积分项和微分项的控制参数的输出过程，并将TI值设置为无穷大、TD值调整为零，进而促使调节过程转变为数据的单比例调节过程，之后再根据PV曲线，缓慢调整整定值的比例控制程度，在系统参数状态表现为4:1衰减振荡类型的PV曲线模型时，再开启相应的积分控制通道，将积分控制参数引入到系统控制的整个环节中，从而消除系统控制的时序滞后现象。