pid调节在自动化过程中应用

pid调节在自动化过程中应用
作者：王熙春，刘立志，刘洪楊
来源：《中国新通信》 2017年第18期
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；误差降低时的微分为负。

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。