PID控制在过程控制中的应用.doc

过程控制中的PID控制 刘猛 摘要：本文给出了PID的定义，解析了PID在过程控制中具体作用，最后给出了一些PI控制在过程控制中的例子，并且分析了PID在例子具体的功能。 关键词：过程控制；PID 控制；应用 Abstract: this paper gives the definition of PID, the specific analytical of PID role in process control, finally gives some examples in process control,and analyses the function of PID in specific examples. Key words: process control; PID control; application. 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的.最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律，它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。 1.PID控制的环节 1.1 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。调节器的输出信号与偏差信号成正比，也就是说，只要有偏差存在，控制器的输出就会立刻与偏差成正比地变化，因此P 调节 响应速 度很快 。P 调节可以及时反映出系统当的变化，但却不能彻底地消除系统存在的偏差，因此，如果在实际控制过程中只采用 P 调节，就会使系统产生残差，K p 增大可以使系统偏差随之减少，实际上，如果 K -D 过大将会导致系统不稳定。 1.2 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到接近于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后几乎无稳 态误差。积分时间的大小决定了积分作用的强弱，积分时间越大，积分作用越弱，引起系统超调量的加大；积分作用越强，反而易引起系统振荡。 1.3 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。D 调节的主要作用是减小超调量，控制被控对象输出的振荡，缩短系统的响应时间，由此提高系统的动态特性。但过大的 T D 将会降低对干扰信号的抑制能力。 1.4 PID控制 最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律，它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。当偏差节约出现时，微分能立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变：比例同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定：而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。，故而只要能将三种作用合理的搭配，就能取得快速准确而平稳的调节性能，获得优良的控制效果，这也就是 PID调节的魅力所在。 1.5 参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被 控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器