什么是PID控制? PID有什么作用？

如果你接觸了自動(dòng)化過(guò)程控制，那么PID會(huì)一直伴你左右。什么是PID？PID有什么作用？如何整定PID參數(shù)？這些知識(shí)點(diǎn)是你需要掌握和理解的，本文將從什么是PID開(kāi)始介紹PID相關(guān)知識(shí)。

PID控制中有P、I、D三個(gè)參數(shù)，只有明白這三個(gè)參數(shù)的含義和作用才能完成控制器PID參數(shù)整定，讓控制器到達(dá)蕞佳控制效果。昌暉儀表在本文給大家介紹PID控制中P、I、D參數(shù)的作用。

比例作用(P)
比例控制器實(shí)際上就是個(gè)放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，即P=Kp×e，式中Kp為比例增益，即Kp可大于1，也可小于1；e為控制器的輸入，也就是測(cè)量值與給定值之差，又稱(chēng)為偏差。

要說(shuō)明的是，對(duì)于大多數(shù)模擬控制器而言，都不采用比例增益Kp作為刻度，而是用比例度來(lái)刻度，即δ=1/Kc×99%。也就是說(shuō)比例度與控制器的放大倍數(shù)的倒數(shù)成比例；控制器的比例度越小，它的放大倍數(shù)越大，偏差放大的能力越大，反之亦然。

明白了上述關(guān)系，就可知道比例度(即比例帶)越大，控制器的放大倍數(shù)越小，被控參數(shù)的曲線(xiàn)越平穩(wěn)；比例度越小，控制器的放大倍數(shù)越大，被控參數(shù)的曲線(xiàn)越波動(dòng)。

比例控制有個(gè)缺點(diǎn)，就是會(huì)產(chǎn)生余差，要克服余差就必須引入積分作用。

積分作用(I)
控制器的積分作用就是為了消除自控系統(tǒng)的余差而設(shè)置的。所謂積分，就是隨時(shí)間進(jìn)行累積的意思，即當(dāng)有偏差輸入e存在時(shí)，積分控制器就要將偏差隨時(shí)間不斷累積起來(lái)，也就是積分累積的快慢與偏差e的大小和積分速度成正比。只要有偏差e存在，積分控制器的輸出就要改變，也就是說(shuō)積分總是起作用的，只有偏差不存在時(shí)，積分才會(huì)停止。

對(duì)于恒定的偏差，調(diào)整積分作用的實(shí)質(zhì)就是改變控制器輸出的變化速率，這個(gè)速率是通過(guò)積分作用的輸出等于比例作用的輸出所需的一段時(shí)問(wèn)來(lái)衡量的。積分時(shí)間小，表示積分速度大，積分作用就強(qiáng)；反之，積分時(shí)問(wèn)大，則積分作用就弱。如果積分時(shí)間無(wú)窮大，表示沒(méi)有積分作用，控制器就成為純比例控制器。

實(shí)際上積分作用很少單獨(dú)使用，通常與比例作用一起使用，使其既具有把偏差放大(或縮小)的比例作用，又具有將偏差隨時(shí)間累積的積分作用，且其作用方向是一致的。這時(shí)控制器的輸出為：P=Ke+Pi，式中P為控制器輸出值的變化；Ke為比例作用引起的輸出；Pi為積分作用引起的輸出。

微分作用(D)
微分作用主要是用來(lái)克服被控對(duì)象的滯后，常用于溫度控制系統(tǒng)。除采用微分作用外，在使用控制系統(tǒng)時(shí)要注意測(cè)量傳送的滯后問(wèn)題，如溫度測(cè)量元件的選擇和安裝位置等。

在常規(guī)PID控制器中，微分作用的輸出變化與微分時(shí)間和偏差變化的速度成比例，而與偏差的大小無(wú)關(guān)，偏差變化的速度越大，微分時(shí)間越長(zhǎng)，則微分作用的輸出變化越大。但如果微分作用過(guò)強(qiáng)，則可能由于變化太快而由其自身引起振蕩，使控制器輸出中產(chǎn)生明顯的“尖峰”或“突跳”。為了避免這一擾動(dòng)，在PID調(diào)節(jié)器和DCS中可使用微分先行PID運(yùn)算規(guī)律，即只對(duì)測(cè)量值PV進(jìn)行微分，當(dāng)人工改變控制器的給定值SP時(shí)，不會(huì)造成控制器輸出的突變，避免了改變SP的瞬間給控制系統(tǒng)帶來(lái)的擾動(dòng)。如TDC-3000，則在常規(guī)PID算法中增加一個(gè)軟開(kāi)關(guān)，組態(tài)時(shí)供用戶(hù)選擇控制器對(duì)偏差、還是測(cè)量值進(jìn)行微分。

當(dāng)輸入階躍信號(hào)后，微分器一開(kāi)始輸出的蕞大變化值與微分作用消失后的輸出變化的比值就是微分放大倍數(shù)Kd，即微分增益，微分増益的單位是時(shí)間，設(shè)置微分時(shí)間(或者微分增益)為零會(huì)取消微分的功能。

為便于記住比例、積分、微分三個(gè)作用，特抄錄三個(gè)PID順口溜供大家參考。
比例作用順口溜                                                                                              
比例州節(jié)器，像個(gè)放大器；                                                               
一個(gè)偏差來(lái)，放大送出去；                                                               
放大是多少，旋鈕看仔細(xì)；                                                              
比例度旋大，放大倍數(shù)低。                                                               
積分作用順口溜
重定調(diào)節(jié)器，累積有本領(lǐng)；
只要偏差在，累積不停止； 
累積快與慢，旋鈕看仔細(xì)；
積分時(shí)間長(zhǎng)，累積速度低。
微分作用順口溜 
說(shuō)起微分器，一點(diǎn)不神秘；
階躍輸入來(lái)，輸出跳上去；
下降快與慢，旋鈕看仔細(xì)；
微分時(shí)間長(zhǎng)，下降就慢些。

關(guān)于重定調(diào)節(jié)器的說(shuō)明：重定就是重新給定的意思，因?yàn)榭刂破髦蟹e分作用就是完成重定工作的。以前把比例積分控制器叫做重定調(diào)節(jié)器。