PID调节器
PID调节原理
PID控制的优点
①原理简单，使用方便； ②适应性强； ③鲁棒性强；
控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。
④对模型依赖少。
比例调节的特点：
（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一 对应的比例关系，即：u = K e
40
50
0
60
0
20
40
60
80
100
120
Time (sec)
Time (sec)
积分调节， Ti的变化对控制效果的影响
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率 ，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生 超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分 调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。 在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调 节时间。 微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的微分调 节，对系统抗干扰不利。 此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时， 微分作用输出为零。 微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相 结合，组成PD或PID控制器。
1 G K TIs (s+1) (2s+1)
Amplitude Amplitude
Step Response 12
Step Response 1.8
Ti=0.5
Ti=1
10
1.6
Ti=5
8
1.4
Ti=10
6
Ti=inf
1.2
4 1
2 0.8
0 0.6
-2
0.4 -4
0.2 -6
pid调节器工作原理
pid调节器工作原理
PID调节器（Proportional-Integral-Derivative Controller）是一
种常用的控制器，其原理是通过对被控对象的测量值与目标值之间的差异进行比较，并根据比较结果进行相应的控制调整。
PID调节器通过计算出一个综合的控制信号，使得被控对象的
输出能够迅速、准确地接近目标值。
PID调节器的工作原理基于三个核心控制算法：比例控制、积
分控制和微分控制。
1. 比例控制（Proportional Control）：根据被控对象的测量值
与目标值之间的差异，计算出一个与偏差成正比的控制信号。
比例控制能够实现快速的响应，但同时可能会引起超调和振荡。
2. 积分控制（Integral Control）：通过对偏差的累积进行积分
运算，计算出一个与偏差累积值成正比的控制信号。
积分控制能够消除静差（steady-state error），提高系统的稳定性和精确度。
然而，过强的积分作用可能导致超调和不稳定。
3. 微分控制（Derivative Control）：根据偏差的变化率，计算
出一个与变化率成正比的控制信号。
微分控制可以提供控制系统对偏差的预测能力，从而改善系统的响应速度和稳定性。
然而，微分控制对高频噪声敏感，可能引入噪声放大和振荡。
PID调节器通过将上述三个控制算法按照不同的比例进行组合，得到一个综合的控制信号，用于控制被控对象。
在实际应用中，
可以通过调节比例、积分和微分的参数来优化PID调节器的性能，以满足具体的控制需求。
PID调节仪操作保养规程
PID调节仪操作保养规程
PID调节仪是一种用于控制温度、湿度、流量等参数的仪器。
为了保证PID调节仪的正常运行，延长使用寿命，需要按照以下操作保养规程进行操作和保养。
操作规程
1. 电源连接
在连接电源时，需要注意一下事项：
•电源线必须符合国家关于电源线行业标准；
•电源插头必须连接在电源插座上，并保证插头与插座接触牢固；
•必须保证设备接地牢固可靠。
2. 最佳工作温度区域
设备应保持在20℃～25℃的环境下，相对湿度50%～70%之间，如果环境温度和相对湿度不稳定会影响仪器工作准确度，可能导致数据偏差或仪器损坏。
3. 温度的调整
温度如果需要调整，按以下操作方式：
1.通过。
pid调节器工作原理
pid调节器工作原理
PID调节器是一种常用的控制器，用于自动调节系统的输出以
使其接近设定值。
它的工作原理主要包括三个部分：比例、积分和微分。
首先，比例部分根据当前的测量值与设定值之间的差距，计算出一个比例调节量。
比例调节量与差距成正比，即差距越大，比例调节量越大。
这样可以快速地减小差距，但由于比例关系较简单，会使得系统出现超调现象。
接着，积分部分根据过去一段时间内的差距积累计算出一个积分调节量。
积分调节量与差距的积分成正比，即差距积分越大，积分调节量越大。
通过积分部分的作用，可以消除系统的稳态误差，但积分时间过长会导致系统响应速度变慢。
最后，微分部分根据当前的差距变化率计算出一个微分调节量。
微分调节量与差距的微分成正比，即差距变化越快，微分调节量越大。
微分部分可以提高系统的稳定性和响应速度，但过大的微分调节量会引入噪声和振荡。
将比例、积分和微分的调节量相加，即可得到最终的输出信号，用于控制系统的执行器，使系统的输出接近设定值。
PID调节
器根据实际需要，通过调整三个调节参数的数值大小，可以实现不同的控制效果。
总之，PID调节器通过比例、积分和微分三个部分的配合作用，
根据系统的实际情况动态调整输出信号，以实现系统的自动调节和控制。
PID调节和温度控制原理
PID调节和温度控制原理首先，我们需要了解PID调节器的三个组成部分：比例增益（Proportional）、积分时间（Integral）和微分时间（Derivative）。
PID调节器是根据被控对象的误差和误差的变化率进行调节的。
比例增益（Kp）是PID调节器中最基本的部分，它根据被控对象输出值与期望值之间的差异进行调整。
比例增益越大，调节器对误差的响应越快，但也可能导致系统产生震荡和超调的现象。
积分时间（Ti）用于在长时间内调整误差。
积分时间越长，调节器积累积分误差的能力越强，可以更好地消除稳态误差。
然而，如果积分时间设置过大，可能会导致系统响应不够灵敏，甚至产生不稳定。
微分时间（Td）用于根据误差变化率的信息进行调节。
微分时间越大，调节器对误差变化率的响应越快，可以更好地抑制系统振荡和超调。
但如果微分时间设置过大，可能会引入噪声和不稳定性。
在温度控制中，我们可以将被控对象看作是一个热源，调节器则是根据温度传感器测得的实际温度与设定温度之间的差异进行调整。
首先，我们将设定温度与实际温度之差称为误差。
调节器会对误差进行处理，并输出相应的控制信号，例如控制加热或冷却装置的工作状态，以调整被控对象的温度。
当误差较大时，比例增益将起到主导作用，调节器会根据误差的大小和控制参数的设定，输出一个相应的调节信号。
这个信号会影响加热或冷却装置的工作状态，使温度逐渐接近设定温度。
当误差持续存在时，积分时间将发挥作用，调节器会根据误差的积分值来调整控制信号。
积分时间越长，调节器对误差的积累越敏感，可以更好地消除稳态误差。
当误差的变化率较大时，微分时间将起到作用，调节器会根据误差的导数值来调整控制信号。
微分时间越大，调节器对误差变化率的响应越快，可以更好地抑制系统振荡和超调。
通过不断调整和优化PID调节器的参数，我们可以实现对温度的精确控制。
以下是一些在实际应用中常用的PID调节器调参方法：1.手动调参：通过实验和经验，手动调整比例增益、积分时间和微分时间的值，使系统达到稳定状态，从而找到合适的参数。
PID调节器
系统输出超调分析
（电动机振动系统） cmax 1. 0＜t＜t1： 1 e(t) > 0，电动机提供 了过大的转矩，同时又 没有阻尼所造成的。 （解决：t= ta时提前制动） 0 2. t1＜t＜t3： e(t) ＜ 0 ，电动机转矩 也为负，使输出相反加 速下降，由于惯性的存 在，加之缺少阻尼，在 t3< t< t5的时间内，出现 了向下的超调量。
D
(s
K
p
K
2 p
4K I K
D
D
)(s
K
p
K
2 p
1K I K
D
D
) 2K
2K
s
不难看出，引入PID调节器后，系统的型号数 增加了Ⅰ，还提供了两个实数零点。因此， 对提高系统的动态特性方面有更大的优越性。
4
一、比例——微分(PD)调节器及其控制规律
PD调节器
R(s)
E (s)
c (t )
Kp
C (s)
s ( s 48)
K p 100
K p 2.88
K p 1
0
10
t
对系统引入比例微分调节器
R(s) +
Kp
+ +
400 s ( s 48)
C (s)
KDs
单位阶跃输入下的系统输出：
C(s) s[s 400K
2 Ds D
100K
p p
(400K
7
c (t )
t a t1
t2
t b t3
t 4 t5
t
e (t )
1
0
PID调节器的电路
采用可编程逻辑控制器（PLC）或微控制器（MCU），可以实现PID调节器电路的远程控制和编程控制， 方便系统的集成和扩展。
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比例调节器
根据输入信号与设定值的偏差，按比例输出控制 信号。
积分调节器
对输入信号与设定值之间的偏差进行积分运算， 以消除稳态误差。
微分调节器
对输入信号的变化率进行运算，以减小系统的动 态误差。
03
PID调节器电路的实现
硬件实现
模拟电路实现
通过使用电阻、电容和运算放大器等模拟元件，搭建PID调节器的硬件电路。 这种实现方式具有实时性好、稳定性高的优点，但调试复杂且容易受到环境温 度和元件老化等因素的影响。
电机控制系统
PID调节器电路用于控制电机的速度、 位置和转矩，广泛应用于数控机床、 机器人等领域。
家电领域
空调系统
PID调节器电路用于控制空调系统的温度和湿度，提供舒适的生活环境。
热水器
PID调节器电路用于控制热水器的加热温度，实现快速加热和节能的效果。
汽车领域
燃油喷射系统
PID调节器电路用于控制燃油喷射系统的喷 油量，提高燃油经济性和排放性能。
VS
详细描述
PID调节器由比例、积分和微分三个环节 组成。比例环节根据误差信号调整输出值 ，以减小误差；积分环节根据误差信号的 积分调整输出值，以消除长期误差；微分 环节根据误差信号的变化率调整输出值， 以提前预测并减小误差。三个环节协同作 用，实现PID调节器的控制效果。
PID调节器的特点
总结词
02
PID调节器电路的组成
输入部分
信号采集
负责采集系统或设备的状态信息 ，并将其转换为电信号。
PID调节器控制规律
1. 比例作用 (P作用)
动态方程式： K pe
传递函数为：
Wp (s)
s Es
Kp
特点为：
比例作用的比例系数
（1）无惯性、无迟延、动作快,而且调节动作的方向正确, 在控 制系统中是促使控制过程稳定的因素；
（2）有差作用
一、基本调节作用
2. 积分作用(I作用)
t
动态方程式： KI
知识点一：DDZ仪表的发展历程
2、DDZ—Ⅱ型系列 六七十年代晶体管 ；0～10mA DC统一标准信 号；标准化、系列化和通用化
3、DDZ—Ⅲ型系列
七八十年代；线性集成电路；4～20mA DC(或 1—5V DC) ；24V DC电源的集中统一供电
例.典型的控制回路
前馈信号 给定值
A
f(x) ＰＩ调节器
比例增益KP和比例度
比例增益KP是比例调节器输出变化量u与偏差e之比：
u Kp e
KP越大，比例作用越强，KP越小比例作用越弱。
KP越大 越小 比例作用越强。
二、调节器的控制规律
2. 比例积分(PI)调节器
动态方程为 ： K p KI
t 0
edt
K p (e
斜坡响应曲线: de
e dt
0
e0 t
0
t
Td
Td 2
Td
0
e0
t
(a)
1
0
导前时间
Td
(b)
a
Td
t
比例微分控制作用
比例微分(PD)控制由比例和微分二种控制作用组合而成
从右图中可以看出，当输入为斜坡曲线时，微分控制起到了超前的作 用，即：调节器输出比输入超前Td时间
说明其在电机控制中pid调节器的作用
说明其在电机控制中pid调节器的作用PID调节器在电机控制中的作用引言：在电机控制系统中，PID调节器是一种常用的控制器，通过对电机的输入和输出信号进行比较和调整，实现对电机的精确控制。
PID 调节器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，通过调节这三个参数的值，可以实现对电机的速度、位置和力矩等方面的控制。
本文将详细介绍PID调节器在电机控制中的作用及其原理。
一、PID调节器的工作原理PID调节器的工作原理是基于反馈控制的原理。
其主要通过对电机的输出信号与期望值之间的差异进行测量，并根据比例、积分和微分三个参数对输出信号进行校正，从而实现对电机的精确控制。
1. 比例控制（P）比例控制是PID调节器的基本部分，其根据电机实际输出与期望输出之间的差异进行调整。
当差异较大时，比例控制作用明显，输出信号的调整幅度也较大；当差异较小时，比例控制的作用较小，输出信号的调整幅度也较小。
通过调节P参数的大小，可以控制输出信号的响应速度和稳定性。
2. 积分控制（I）积分控制是为了解决比例控制中的静差问题而引入的。
当系统存在静差时，比例控制无法完全消除这一差异。
积分控制通过对累积的偏差进行调整，逐步消除静差。
然而，过大的积分控制作用可能导致系统超调或不稳定，因此需要根据具体情况调整I参数的大小。
3. 微分控制（D）微分控制主要用于抑制系统的超调和震荡。
通过对输出信号的变化率进行调整，微分控制可以提前预知系统的响应趋势，并适时进行调整，以减少系统的超调和震荡。
然而，过大的微分控制作用可能导致系统的噪声干扰被放大，因此需要根据具体情况调整D参数的大小。
二、PID调节器在电机控制中的作用1. 速度控制在电机控制中，PID调节器可以用于对电机的速度进行控制。
通过对电机的输出速度与期望速度之间的差异进行测量和调整，PID调节器可以实时控制电机的转速。
通过调节PID参数，可以实现对电机速度的精确控制，提高电机的动态响应和稳定性。
PID调节器
PID 调节器在机电控制系统中，为了改进反馈控制系统的性能，人们经常选择各种各样的校正装置，其中最简单最通用的是比例—积分—微分校正装置，简称为PID 校正装置或PID 控制器。
这里P 代表比例，I 代表积分，D 代表微分。
（一） 比例控制器（P 调节）在比例控制器中，调节规律是：控制器的输出信号u 与偏差e 成比例。
其方程如下： e K u P = (7.7)式中P K 称为比例增益。
其传递函数表示为P j K s G =)( (7.8)从减小偏差的角度出发，我们应该增加P K ，但是另一方面，P K 还影响系统的稳定性，P K 增加通常导致系统的稳定性下降，过大的P K 往往使系统产生激烈的振荡和不稳定。
因此在设计时必须合理的优化P K ，在满足精度要求下选择适当的P K 值。
增益调整是系统校正与综合时最基本、最简单的方法。
这里，我们主要讨论在单位反馈系统中，应用M 圆的概念来确定开环增益，使系统闭环谐振峰值满足某一期望值。
在乃奎斯特图上，M 圆的轨迹如图7-14所示。
如果r M ＞1，那么从原点画一条到所7-14 M 圆期望的r M 圆的切线，该切线与负轴的夹角为ψ, 如图7-14所示。
根据三角关系，有rr rr r M M M M M 111s i n 222=--=ψ (7.9)图7-15 控制系统由切点P 作负实轴的垂线，该垂线与负实轴的交点为A ，容易证明A 点坐标为（-1，j0）。
考虑图7-15所示的单位反馈系统，确定增益K ，使得闭环系统具有所期望的谐振峰值r M (r M ＞1）。
根据上述M 圆特点，确定增益K 的步骤如下： ① 画出标准化开环传递函数()K j G /ω的乃奎斯特图；② 由原点作直线，使其与负实轴夹角ψ满足r M 1a r c s i n =ψ③ 试作一个圆心在负实轴的圆，使得它既相切于()K j G /ω的轨迹，又相切于直线PO ；④ 由切点P 作负实轴的垂线，交负实轴于A 点；⑤ 为使试作的圆相应于所期望的r M 圆，则A 点坐标应为（-1，j0）；⑥ 所希望的增益K 应使点A 坐标调整到（-1，j0），因此K ＝1/OA 。
PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响
实验: PID调节器的作用及其参数对系统调节质量的影响一.实验目的:1.了解和观测PID基本控制规律的作用，对系统动态特性和稳态特性及稳定性的影响。
2.验证调节器各参数(Kc，Ti，Td), 在调节系统中的功能和对调节质量的影响。
二. 实验内容:1.分别对系统采取比例(P)、比例微分(PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)控制规律，通过观察系统的响应曲线，分析系统各性能的变化情况。
1.观测定值调节系统（扰动作用时）在各调节规律下的响应曲线。
2.观测调节器参数变化对定值调节系统瞬态响应性能指标的影响。
三. 实验原理:参考输入量（给定值）作用时，系统连接如图（1）所示:图（1）图（2）四. 实验步骤:利用MATLAB中的Simulink仿真软件。
l. 参考实验一，建立如图（2）所示的实验原理图；2. 将鼠标移到原理图中的PID模块进行双击，出现参数设定对话框，将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。
3. 单击工具栏中的图标，开始仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。
4. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分控制的作用。
5. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分控制的作用。
6. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分控制的作用。
(1) P=1,I=0,D=0(2) P=0.618,I=0,D=0(3) P=0.618,I=0.1,D=0(4) P=0.618,I=1,D=0(5) P=0.618,I=1,D=0.1(6) P=0.618,I=1,D=1(7) P=1.8 I=0 D=0(8)P=1.8 I=0.6 D=0(9) P=1.8 I=1.4 D=0五.思考题:1.比例微分控制规律对改变系统的性能有什么作用？2.比例积分控制规律对改变系统的性能有什么作用？3. 定值调节系统与随动调节系统其响应曲线有何区别?4.在阶跃响应曲线中定义其时域指标，两种调节系统有什么异同点?5.Kc、Ti及Td改变后对系统控制质量的影响?6.分析积分作用的强弱，对系统有何影响？答：1、PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。
说明其在电机控制中pid调节器的作用
说明其在电机控制中pid调节器的作用电机控制中PID调节器的作用什么是PID调节器？PID是一种常用的控制算法，被广泛应用在电机控制领域。
PID即比例-积分-微分控制器，通过计算误差和误差的变化率，来调整控制量，以实现对电机的精确控制。
PID调节器在电机控制中的作用1.比例控制：比例控制通过计算误差的大小，以及与设定值的差异，来调整控制量。
通过比例控制，可以实现对电机速度、角度等参数的准确调节。
2.积分控制：积分控制通过计算误差的积分值，以及误差的累积量，来调整控制量。
积分控制主要用于消除系统的静差，并提高系统的响应速度和稳定性。
3.微分控制：微分控制通过计算误差的变化率，以及误差变化的速度，来调整控制量。
微分控制主要用于抑制系统的超调和振荡，并提高系统的快速响应能力。
PID调节器的优点1.简单易用：PID调节器的原理比较简单，易于理解和实现。
同时，PID调节器的参数调整也相对容易，可以根据实际需求进行适当调整。
2.适应性强：PID调节器可以适应不同的控制对象和工作环境。
通过合理调整PID参数，可以实现对不同电机的精准控制。
3.稳定可靠：PID调节器可以根据系统的实际状况进行实时调整，以保持系统的稳定性和可靠性。
即使在外部环境变化或干扰的情况下，PID调节器也能够及时做出调整，以维持系统的正常运行。
总结PID调节器在电机控制中扮演着重要的角色。
通过比例、积分和微分控制，PID调节器可以实现对电机的精确控制，提高控制系统的稳定性和响应速度。
其简单易用、适应性强和稳定可靠的特点，使得PID 调节器成为电机控制领域中的重要工具之一。
无论是对于新手还是资深的创作者来说，掌握PID调节器的原理和应用都是十分重要的。
PID调节器的应用场景1.电机转速控制：在工业生产中，经常需要对电机的转速进行精确控制，以满足生产需求。
PID调节器可以通过不断调整控制量，使电机的转速稳定在设定值附近。
2.电机位置控制：在自动化系统中，经常需要对电机的位置进行精确控制，如机器人臂的运动，自动门的开关等。
放大器组成pid调节器原理
放大器组成pid调节器原理
PID调节器是一种常用的控制器，用于调节系统的输出使其接近期望值。
它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分根据当前误差的大小来调节输出，其作用类似于一个放大器。
当误差较大时，放大器会放大输出信号，从而加快系统的响应速度。
相反，当误差较小时，放大器会减小输出信号，以避免过度调节。
积分部分则是根据误差的累积量来调节输出。
如果误差持续存在，积分器会积累误差，并通过放大器放大输出信号，以逐渐减小误差。
这有助于系统达到稳定状态，并消除持续的偏差。
微分部分根据误差的变化率来调节输出。
它可以预测系统的未来变化趋势，并通过放大器放大输出信号，以减小误差的变化率。
这有助于系统快速响应变化，并提供更稳定的控制。
总的来说，PID调节器利用放大器的作用来调节系统输出，使其接近期望值。
比例、积分和微分三个部分分别负责根据误差的大小、累积量和变化率来调节输出。
它们的组合可以提供精确且稳定的控制，适用于多种控制系统。
希望通过这篇文章，读者能够了解PID调节器的基本原理和作用，以及其在控制系统中的重要性。
同时，也希望读者能够体会到人类对于控制的需求以及PID调节器在满足这种需求方面的作用。
PID调节器说明书
五、功能及设置 .................................................................................................... 25 1
（一）参数功能说明 ......................................................................................................................... 25 （二）部分功能的补充说明 ............................................................................................................. 42
（一）主要特点 ................................................................................................................................. 3 （二）型号定义 ................................................................................................................................. 4 （三）不同型号仪表的功能区别 ..................................................................................................... 7 （四）模块功能的进一步说明 ......................................................................................................... 8 （五）仪表维护 ................................................................................................................................. 10
实用技巧掌握PID调节器在温度控制中的应用
实用技巧掌握PID调节器在温度控制中的应用温度控制在许多工业领域中起着至关重要的作用。
不同的温度控制方法中，PID调节器被广泛应用于其高效准确的调控特性。
本文将介绍如何有效地掌握PID调节器，并将其应用于温度控制中，以实现精确的温度控制。
一、PID调节器的基本原理PID调节器是一个具有比例、积分和微分三个控制参数的控制算法。
它通过不断计算当前温度与设定温度之间的差异，然后根据比例、积分和微分的权重参数来调整控制信号，从而实现温度的精准控制。
比例（Proportional）参数直接与温度偏差成正比。
当温度偏差较大时，比例参数会增大输出信号，加快温度调整。
但是，仅使用比例控制会导致温度波动较大，并且可能出现超调现象。
积分（Integral）参数用于积累温度偏差的总和，并在一定时间内进行补偿。
积分控制能够减小稳态误差，并使温度更加稳定。
然而，使用过大的积分参数可能会引起震荡或振荡。
微分（Derivative）参数根据温度偏差的变化率来调整控制信号。
微分控制能够有效地减小温度波动，但过大的微分参数可能导致系统不稳定。
综上所述，PID调节器通过适当调整比例、积分和微分参数，能够在温度控制过程中实现快速响应、减小温度波动和稳定性的要求。
二、PID调节器的调参方法PID调节器的调参是一个关键的过程，准确的参数设置可以实现温度的有效控制。
下面介绍几种常用的调参方法：1. Ziegler-Nichols 调参法：该方法通过增加比例参数，直到系统产生轻微的振荡，然后根据振荡的周期和幅值来计算出合适的比例、积分和微分参数值。
2. 积分分离法：该方法先将比例和微分参数设置为零，仅调整积分参数。
通过观察温度的响应时间和稳态误差来确定合适的积分参数值，然后再逐步增加比例和微分参数进行微调。
3. 经验公式法：根据实际应用经验，常常使用一些经验公式来估计PID参数的初值。
这些公式通常根据控制对象的特性，如惯性时间常数、时延等进行计算。
PID调节在水处理过程中的关键作用
PID调节在水处理过程中的关键作用在水处理过程中，PID（比例积分微分）调节是一种常用的控制算法，主要用于自动调节和稳定水处理系统中的各种参数。
PID调节器通过测量和比较实际值和设定值之间的差别，采取相应的措施来保持系统的稳定。
本文将讨论PID调节在水处理过程中的关键作用，并探讨它的优势和应用场景。
一、PID调节说明PID调节器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分通过比较实际值与设定值之间的差异来产生输出，积分部分通过累积误差来产生输出，并减小误差，微分部分通过检测误差变化率来产生输出，以防止系统过冲。
PID控制算法可以根据实际需求调整各个部分的参数，以实现精确的控制。
二、PID调节在水处理过程中的关键作用1. 稳定性控制：PID调节器通过观测实时数据并根据设定值的变化调整参数，使系统在不同负载下保持稳定。
在水处理过程中，荷载可能会随着污水浓度、水流量等因素的变化而发生变动，PID调节器可以实时根据这些变化来控制水质的稳定性。
2. 流量控制：水处理过程中流量的控制对于系统的正常运行至关重要。
PID调节器可以根据设定值和实际值之间的差异来调整阀门或泵的开启程度，从而实现流量的精确控制。
这对于一些需要保持精确配比的反应器系统尤为重要。
3. pH值调节：在水处理过程中，pH值的保持在适当的范围内对于水质的稳定至关重要。
PID调节器可以通过监测实时的pH值并根据设定值进行调整，从而使pH值保持在合适的水平。
这对于饮用水、游泳池水等需要严格控制pH值的场景非常关键。
4. 温度控制：水处理过程中的温度控制是确保一些化学反应或生物反应达到理想效果的重要因素。
PID调节器可以实时监测温度数据，并通过调整加热或冷却设备的工作来维持温度在设定值附近。
这对于一些需要在特定温度下进行处理的水质调节系统尤为重要。
5. 能耗控制：PID调节器可以根据需求调整工艺过程中的参数，实现能耗的最优控制。
通过合理调整参数，降低能耗，提高效率，提高水处理的经济性和环保性。
气动pid调节器工作原理
气动PID调节器的工作原理基于比例、积分和微分三个控制部分的结合使用：
1. 比例控制：这是PID调节器的基础部分。
它根据被控对象的误差信号与设定值之间的差异，按照一定比例关系生成控制信号。
比例控制使得被控对象的输出与设定值成正比关系。
当误差较大时，比例控制会提供更大的控制修正量，从而增强控制的快速性和灵敏度。
2. 积分控制：用于消除系统的稳态误差。
它根据被控对象的误差信号与设定值之间的累积误差，按照一定比例关系生成控制信号。
积分控制使得被控对象的输出与设定值的长期平均值成正比关系，能够消除系统的漂移和偏差，提供更精确的稳态控制。
3. 微分控制：用于抑制系统的过冲和震荡。
它根据被控对象的误差变化率，按照一定比例关系生成控制信号。
微分控制使得被控对象的输出与设定值的变化速率成正比关系，能够对系统动态响应进行补偿和调节，提供更稳定的控制结果。
通过比例、积分和微分三个控制部分的协调作用，PID调节器能够实现对被控对象的准确控制。
不同的应用场景和控制要求，需要适当调整PID参数，以获得最佳的控制效果。
PID调节器的适用范围
名称：微分时间，单位为秒
定义：D是指微分作用的持续时间，是指从微分作用产生时刻起到微分作用衰减到零(接近零)所花的时间。如下图所示。
为什么要引进微分作用呢？
（其中：yP=KP·Δ、Δ=SP-PV，取0-100%）
KP=1/（FS·P）
也可以理解成，当误差达到量程乘以P(%)时，比例作用的输出达100%。
例：对于量程为0-1300℃的温控系统，当P设置为10%时，FS乘以P等于130℃，说明当误差达到130℃时，比例作用的输出等于100%，误差每变化1℃，比例作用输出变化0.79%，若需加大比例作用的调节能力，则需把P参数设置小些，或把量程设置小些。具体多少可依据上述方法进行定量计算。
2.2. I参数设置
名称：积分时间，单位为秒。
积分作用定义：对某一恒定的误差进行积分，令其积分“I”秒后，其积分输出应与比例作用等同，这I就定义为积分时间。即：
Ki∫I O Errdt = Ki · I · Err = Kp · Err (2 )
Ki = Kp /I (3 )
2.1. P参数设置
名称：比例带参数，单位为(%)。
比例作用定义：比例作用控制输出的大小与误差的大小成正比，当误差占量程的百分比达到P值时，比例作用的输出=100%，这P就定义为比例带参数。即
yp= ×100% = ×100% = Kp · Err (1)
P=输出全开值/FS·100%
P参数越小比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。但实际系统是有惯性的，控制输出变化后，实际PV值变化还需等待一段时间才会缓慢变化。由于实际系统是有惯性的，比例作用不宜太强，比例作用太强会引起系统振荡不稳定。P参数的大小应在以上定量计算的基础上根据系统响应情况，现场调试决定，通常将P参数由大向小调，以能达到最快响应又无超调(或无大的超调)为最佳参数。
pid的作用和应用场景
pid的作用和应用场景
答：pid（比例-积分-微分）控制器是一种在工业控制系统中广泛应用的调节器，主要用于对线性系统进行连续控制。
pid的作用和应用场景包括但不限于：1. 工业生产控制：在工业自动化生产中，pid控制器可用于控制温度、压力、流量等参数，以保证生产质量和效率。
2. 机器人控制：pid控制器可用于控制机器人的位置、速度和力度等参数，以实现精准的操作和控制。
3. 航空航天领域：pid控制器可用于控制飞行器的姿态、高度和速度等参数，以确保航空器的安全和稳定。
4. 汽车控制：pid控制器可用于控制汽车的速度、转向和制动等参数，以提高驾驶安全性和行驶舒适度。
5. 温度控制：pid控制器可用于家庭或商业建筑的温度控制，以提供舒适的室内环境。
在实际应用中，pid控制器通过比例、积分和微分三个环节来对系统进行控制。
比例环节主要负责根据误差信号调节系统的输出；积分环节主要用于消除系统的稳态误差；微分环节则主要用于改善系统的动态特性。
通过这三个环节的协同作用，PID控制器可以实现精确地控制系统参数，达到提高效率、增加稳定性等目的。
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Y (s) X (s)
TDs
de
比例微分调节
yO
KP (e TD
) dt
传递函数
Y (s) G(s) X (s) KP (1 TDs)
各种调节算法的输出特性曲线
e
e
t
t
yo
yo
t 积分调节
t 微分调节
e
e
t
t
yo
yo
t 比例积分调节
t 比例微分调节
调节器原理概述
比例积分微分调节 传递函数
CI Vi (Vopro)
CM o
t
总结：积分增益
Ki
Vo max Vopro
AVi
CI CM
Vi
CM CI
A
Ki
CM CI
A
Ti RI CI
Vo (s) CI 1 1/ RI CI s Vi (s) CM 1 1/ ARI CM s
Vo (s) CI 1 1/ Ti s Vi (s) CM 1 1/ KiTi s
有：
L()
20
lg
1 P
20
lg(TD)
20
lg(
TD KD
)
20
lg
1 P
20
lg
KD
为幅值较高水平直线
L(ω)
20lgKI
ω1=1/KITI φ(ω) +π/2
20lgKD
20lg1/P
ω2=1/TI ω3=1/TD ω4=KD/TD
lgω
o lgω
-π/2
DDZ—Ⅲ型调节器
标定 S5
测量
−
DDZ—Ⅲ型调节器 原理框图
测量值指示
内给定电路
给定值指示
外给定信号 测量信号
内 外 S6
输入电路
自动A S1
PD电路
PI电路
软手动M 硬手动H
软手动电路
硬手动电路
输出电路
输出 4~20mA
原理框图主要功能概述
1、输入电路 测量信号：接收来自变送器的输出（4~20mA或1~5V）； 电平移动：适应单电源供电要求，主要作用如下: (1)将输入信号转换为相对电平移动中点的变化； (2)后级输出电路则可实现相对抬高后电位起点的负极性变化。
CI CM
(Vi
1 RI CI
t
0 Vi dt)
相当于 P、I 两部分作用
比例部分：
CI CM
Vi
积分部分：
CI 1 CM TI
t
0 Vi dt
其中： TI RI CI
响应分析结论：
TI 值大，积分曲线 上升缓慢；值小，积 分曲线上升快。
阶跃响应分析
Vt
Vt 积分作用部分
理想输入输出曲线
1 n
Vi
(s)
阶跃输入时的拉氏反变换
V (t)
1 n
1
(n
t
1)e RDCD
Vi
1 n Vi
反映了比例项
n
n
1
e
t RDCD
Vi
反映了微分项
工程实用比例微分调节器（无源有限制微分装置）
Id
CD
Vi RD
1 Vi
n
Vb
V+ V+
1 Vi
n o
Vi t
工程要求及定义： （1）微分阶跃输出幅值必须受限。 （2）微分作用时间必须有一定长度。
Vo
(s)
n
1 TD 1 TD
s s
Vi
(s)
KD
Vo
(s)
K
P
1 TD 1 TD
s s
Vi
(s)
KD
KP n
W
(S)
KP
1 TDs 1 TD s
KD
KD t
Vo (t) K P 1 (K D 1)e TD Vi
Vo
微分项 比例项
KPVi
t
PID运算电路
Vi
CD
RD 1 n Vi
IC5
+
测量指示
指示电路
标定 S4
测量
−
IC6
+
给定指示
内给定电路
内给
定 1~5V
3V
VB=10V
外给定 4 ~ 20 mA
250Ω
1输入 1~5V
R S6 R
R
R
R
−
IC1
+
R0
输入电路
R
R0
CD
−
IC2
+
RD
1/α
软手动操作电路
+24V
PID运算电路 CI S1 RI S1 S3 升
降 软手动扳
)2
20 lg
1 (TD 1 )2 K D K I TI
低频段，条件： TD 1
L() 20lg 1 20lg 1 ( 1 )2 20lg 1 ( 1 )2
P
TI
K I TI
（1）当频率很低
L() 20 lg 1 20 lg 1 20 lg( 1 )
P
TI
K I TI
有：
VO
1t
de
yO KP (e TI
edt
0
TD
dt
)
G(s)
Y (s) X (s)
KP (1
1 TI s
TDs)
微分部分
PID合成曲线 比例部分
积分部分
t
算法总结
P—控制系统的响应快速性—现在
（现在就起作用）
I—控制系统的准确性，消除过去积累误 差—过去（清除先前错误）
D—控制系统的稳定性，有超前作用—将 来（提前预计控制）
A
，
作为衡量积分消除静差的参考
Ki
CM CI
A
TI RI CI
代入传递函数表达式
Vo (s) CI 1 1/ RI CI s Vi (s) CM 1 1/ ARI CM s
参考P58 2-20式化简
W (S)
Vo (s) Vi (s)
CI CM
11/ TI s 11/ KiTI s
KP
L()
20 lg
1 P
20 lg
KI
L() 为常数---对数幅频特性为水平直线
（2）当频率变化至
1 1
TI
K ITI
有：
L()
20lg
1 P
20lg TI
L() 20 lg 1 20 lg 1
P
TI
L() 为斜线---以十倍频程20分贝下降
（3）当 1
TI
仍可忽略微分项作用，有：L() 20lg 1 P
传递函数
G(s)
Y (S ) X (S)
KP
t
积分调节
yO KI
edt
0
传递函数
G(s) Y(S) 1 X (S ) TI s
1t
比例积分调节
yO KP (e TI
edt)
0
传递函数
G(s)
Y (s) X (s)
KP (1
1) TI s
调节器原理概述
微分调节
yO
TD
de dt
传递函数
G(s)
阶跃输入信号
比例作用部分
o
o
t
t
精确关系分析（利用克希霍夫及拉氏变换式）
V
V
Vo A
0
V V
Vi (s) V (s) Vi (s) V (s) Vo (s) V (s) 0
RI
1/CI s
1/CM s
另有关系式： Vo (s) AV (s)
输出表达式推导
V
(s)
Vo (s) A
KD
K D K I TI K I TI s K D
W (S) CI
1
TD TI
1 TI s
TD s
n CM 1 TD 1 TD s
K D K I TI K I TI s K D
1 1 K D K I TI
F 1 TD TI
1 1 TD s
W
(S
)
K
' P
F
1
FTI s F 1 TD
11/ TI s 11/ KiTI s
比例微分运算电路
PD运算电路
CD ID
V- -
V+
A
+
1
V (s) n Vi (s) ID (s)RD
Vi
ID (s)
n
n
1Vi
(s)
RD
1 CD
s
n
n
1
1
CDs RDC
D
s
Vi
(s)
RD 1
Vi n
Vo 1
Vo α Vb
V
(s)
1 nRDCD s 1 RDCDs
高精度传函的实现 具体实施
PI运算电路
CI
CM
If
RI
V- -
Vi
Ii
A
V+
+
Vo
近似分析
Vb
基本条件：
V
V
Vo A
0
电流平衡方程： I i I f 0
Ii
Vi RI
CI
dVi dt
If
CM
dVo dt
代入电流平衡方程
Vi RI
CI
dVi dt
CM
dVo dt
0
解出输出表达式
Vo
第2章 调节器参考内容