浅谈PID调节控制

PID调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场。

那什么是PID控制？PID是比例（Proportional）、积分（Integral）、微分（Derivative）三种控制作用的组合，实质就是根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出，连续控制系统的理想PID控制规律为：

   Kp——比例增益，Kp与比例度成倒数关系

Tt——积分时间常数

TD——微分时间常数

u（t）——PID控制器的输出信号

  e（t）——给定值r（t）与测量值之差

比例（P）：

比例控制器的输出u(t)与输入偏差e(t)成正比，偏差一旦产生，立即产生控制作用以减小偏差，但不能消除静差。静差是指系统控制过程趋于稳定时，给定值与输出量的实测值之差。比例控制作用的大小除与偏差e(t)有关之外，还取决于比例系数Kp的大小。比例系数Kp越小，控制作用越小，系统响应越慢。反之，比例系数Kp越大，控制作用也越强，则系统响应越快。但是，Kp过大会使系统产生较大的超调和振荡，导致系统的稳定性能变差。因此，不能将Kp选取过大，应根据被控对象的特性来折中选取Kp，使系统的静差控制在允许的范围内，同时又具有较快的响应速度。

积分（I）：

积分环节的作用，主要用于消除静差以提高系统的无差度。积分作用的强弱，取决于积分时间常数Ti，Ti越大积分作用越弱，反之则越强。积分控制作用的存在与偏差e(t)的存在时间有关，只要系统存在着偏差，积分环节就会不断起作用，对输入偏差进行积分，使控制器的输出及执行器的开度不断变化，产生控制作用以减小偏差。在积分时间足够的情况下，可以完全消除静差，这时积分控制作用将维持不变。Ti越小，积分速度越快，积分作用越强。但是积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。

微分（D）：

用PI控制器很难得到很好的动态调节品质，系统会产生较大的超调和振荡，这时可以引入微分作用。在偏差刚出现或变化的瞬间，不仅根据偏差量做出及时反应（即比例控制作用），还可以根据偏差量的变化趋势（速度）提前给出较大的控制作用（即微分控制作用），将偏差消灭在萌芽状态，这样可以大大减小系统的动态偏差和调节时间，使系统的动态调节品质得以改善。微分作用不能消除静差，所以单独使用意义不大，一般需要与比例、积分控制作用配合使用，构成PD或PID控制。

PID实际控制过程（控温）：

1.操作员在控制器上设定反应所需的温度值（SP，如100℃）。

2.温度变送器持续测量实际温度（PV），并上报给PID控制器。

3.控制器计算误差 e = SP - PV。

4.若PV远低于SP，P作用会输出一个强大的控制信号，使调节阀打开，快速进行加热。

5.随着PV接近SP，P作用减弱。此时，I作用开始显现，它通过累积前期低温的误差，确保阀门有足够的开度，直至完全消除静差，使温度精准稳定在100℃。

6.在加热过程中，如果温度上升过快（例如由于反应放热），D作用会敏锐地“感知”到这一趋势，它会输出一个反向信号，适度关小阀门，提前抑制温度的冲高，避免超调和振荡，实现平稳过渡。