什麽是PID控制(zhi)? PID有什麽作(zuo)用？

如果妳接(jie)觸了自(zi)動(dong)化(hua)過(guo)程控(kong)制(zhi)，那(na)麽PID會壹(yi)直伴妳(ni)左(zuo)右。什麽是PID？PID有什麽作(zuo)用？如(ru)何整定(ding)PID參(can)數(shu)？這(zhe)些(xie)知(zhi)識(shi)點(dian)是妳需(xu)要(yao)掌握和理(li)解的，本(ben)文將(jiang)從(cong)什麽是PID開始(shi)介(jie)紹PID相(xiang)關知(zhi)識(shi)。

PID控(kong)制(zhi)中有P、I、D三(san)個參數(shu)，只有明(ming)白(bai)這(zhe)三(san)個參數(shu)的(de)含義(yi)和作(zuo)用才(cai)能完(wan)成控(kong)制(zhi)器(qi)PID參數整定(ding)，讓(rang)控制(zhi)器(qi)到(dao)達蕞(zui)佳控(kong)制(zhi)效(xiao)果。昌暉儀(yi)表(biao)在本(ben)文給(gei)大家(jia)介(jie)紹PID控(kong)制(zhi)中P、I、D參數的(de)作(zuo)用。

比(bi)例作(zuo)用(P)
比(bi)例控制(zhi)器(qi)實際(ji)上(shang)就(jiu)是個放大(da)倍(bei)數可(ke)調的(de)放大(da)器(qi)，即(ji)P=Kp×e，式(shi)中Kp為比例(li)增(zeng)益(yi)，即(ji)Kp可(ke)大(da)於(yu)1，也可(ke)小(xiao)於1；e為(wei)控(kong)制(zhi)器(qi)的輸入，也就(jiu)是測量值(zhi)與(yu)給(gei)定(ding)值(zhi)之差，又稱為偏差。

要說明的是，對於(yu)大多數模擬控制(zhi)器(qi)而言(yan)，都(dou)不(bu)采用比例(li)增(zeng)益(yi)Kp作(zuo)為刻(ke)度(du)，而是用比(bi)例(li)度(du)來刻度(du)，即δ=1/Kc×99%。也就(jiu)是說比例度(du)與控制(zhi)器(qi)的放大(da)倍(bei)數的(de)倒數成(cheng)比(bi)例；控制(zhi)器(qi)的比例度(du)越小(xiao)，它的(de)放大(da)倍(bei)數越大(da)，偏差放大(da)的(de)能(neng)力(li)越大(da)，反之亦然。

明白(bai)了上(shang)述關系(xi)，就可(ke)知(zhi)道(dao)比(bi)例度(du)(即比例帶(dai))越大(da)，控制(zhi)器(qi)的放大(da)倍(bei)數越小(xiao)，被(bei)控參(can)數的曲(qu)線越平穩(wen)；比例度(du)越小(xiao)，控制(zhi)器(qi)的放大(da)倍(bei)數越大(da)，被(bei)控參(can)數的曲(qu)線越波(bo)動(dong)。

比例控(kong)制(zhi)有個缺點(dian)，就(jiu)是會產生(sheng)余差，要克(ke)服(fu)余差就必(bi)須引(yin)入積分(fen)作(zuo)用。

積分(fen)作(zuo)用(I)
控(kong)制(zhi)器(qi)的積分(fen)作(zuo)用就(jiu)是為了消(xiao)除自(zi)控(kong)系(xi)統(tong)的余差而設(she)置(zhi)的。所(suo)謂積分(fen)，就(jiu)是隨(sui)時(shi)間(jian)進(jin)行(xing)累(lei)積的(de)意(yi)思，即當有偏差輸入e存在(zai)時(shi)，積分(fen)控(kong)制(zhi)器(qi)就要將(jiang)偏差隨(sui)時(shi)間(jian)不(bu)斷累(lei)積起(qi)來，也就(jiu)是積分(fen)累(lei)積的(de)快慢與偏差e的大小(xiao)和積分(fen)速度(du)成正比。只要有偏差e存在，積分(fen)控(kong)制(zhi)器(qi)的輸出就要(yao)改(gai)變(bian)，也就(jiu)是說積分(fen)總(zong)是起(qi)作(zuo)用的(de)，只有偏差不存在(zai)時(shi)，積分(fen)才(cai)會停止。

對於(yu)恒(heng)定(ding)的(de)偏差，調整(zheng)積分(fen)作(zuo)用的(de)實質就(jiu)是改(gai)變(bian)控制(zhi)器(qi)輸出的變(bian)化(hua)速率，這(zhe)個速率是通過積分(fen)作(zuo)用的(de)輸出等於(yu)比(bi)例作(zuo)用的(de)輸出所需(xu)的(de)壹(yi)段(duan)時(shi)問(wen)來衡量的。積分(fen)時(shi)間(jian)小(xiao)，表(biao)示積分(fen)速度(du)大，積分(fen)作(zuo)用就(jiu)強；反(fan)之，積分(fen)時(shi)問(wen)大，則(ze)積分(fen)作(zuo)用就(jiu)弱。如(ru)果積分(fen)時(shi)間(jian)無(wu)窮大，表(biao)示沒(mei)有積分(fen)作(zuo)用，控(kong)制(zhi)器(qi)就成為純(chun)比(bi)例(li)控(kong)制(zhi)器(qi)。

實際(ji)上(shang)積分(fen)作(zuo)用很(hen)少(shao)單獨(du)使(shi)用(yong)，通常與(yu)比例(li)作(zuo)用壹(yi)起(qi)使(shi)用(yong)，使(shi)其(qi)既具(ju)有把(ba)偏差放大(da)(或(huo)縮(suo)小(xiao))的比(bi)例(li)作(zuo)用，又具(ju)有將(jiang)偏差隨(sui)時(shi)間(jian)累(lei)積的(de)積分(fen)作(zuo)用，且其(qi)作(zuo)用方(fang)向(xiang)是壹(yi)致(zhi)的。這(zhe)時(shi)控(kong)制(zhi)器(qi)的輸出為：P=Ke+Pi，式(shi)中P為控制(zhi)器(qi)輸出值(zhi)的(de)變(bian)化(hua)；Ke為(wei)比例作(zuo)用引(yin)起(qi)的(de)輸出；Pi為積分(fen)作(zuo)用引(yin)起(qi)的(de)輸出。

微(wei)分(fen)作(zuo)用(D)
微(wei)分(fen)作(zuo)用主(zhu)要是用來克服(fu)被(bei)控對象(xiang)的滯(zhi)後，常(chang)用(yong)於溫度(du)控制(zhi)系(xi)統(tong)。除采用(yong)微(wei)分(fen)作(zuo)用外(wai)，在(zai)使(shi)用(yong)控制(zhi)系(xi)統(tong)時(shi)要(yao)註(zhu)意(yi)測量傳送(song)的(de)滯(zhi)後問(wen)題，如溫度(du)測量元件的選擇和(he)安(an)裝(zhuang)位(wei)置(zhi)等。

在(zai)常(chang)規PID控制(zhi)器(qi)中，微(wei)分(fen)作(zuo)用的(de)輸出變(bian)化(hua)與(yu)微(wei)分(fen)時(shi)間(jian)和(he)偏差變(bian)化(hua)的(de)速度(du)成比例，而(er)與(yu)偏差的大小(xiao)無關(guan)，偏差變(bian)化(hua)的(de)速度(du)越大(da)，微(wei)分(fen)時(shi)間(jian)越長，則(ze)微(wei)分(fen)作(zuo)用的(de)輸出變(bian)化(hua)越大(da)。但如果微(wei)分(fen)作(zuo)用過(guo)強，則(ze)可(ke)能(neng)由(you)於(yu)變(bian)化(hua)太(tai)快而由其(qi)自(zi)身(shen)引(yin)起(qi)振(zhen)蕩，使(shi)控(kong)制(zhi)器(qi)輸出中產生(sheng)明顯(xian)的“尖(jian)峰”或“突跳”。為了避(bi)免這(zhe)壹(yi)擾動(dong)，在PID調節(jie)器和DCS中可(ke)使(shi)用(yong)微(wei)分(fen)先(xian)行(xing)PID運算(suan)規律，即只對測(ce)量值(zhi)PV進(jin)行(xing)微(wei)分(fen)，當(dang)人(ren)工改(gai)變(bian)控制(zhi)器(qi)的給(gei)定(ding)值(zhi)SP時(shi)，不(bu)會(hui)造成控(kong)制(zhi)器(qi)輸出的突變(bian)，避(bi)免了改(gai)變(bian)SP的瞬間給(gei)控制(zhi)系(xi)統(tong)帶來的擾動(dong)。如TDC-3000，則(ze)在(zai)常規PID算(suan)法(fa)中增(zeng)加(jia)壹(yi)個軟(ruan)開關，組態時(shi)供(gong)用(yong)戶(hu)選擇控(kong)制(zhi)器(qi)對偏差、還是測量值(zhi)進(jin)行(xing)微(wei)分(fen)。

當(dang)輸(shu)入階躍信號(hao)後，微(wei)分(fen)器(qi)壹(yi)開始(shi)輸(shu)出的蕞(zui)大變(bian)化(hua)值(zhi)與(yu)微(wei)分(fen)作(zuo)用消(xiao)失(shi)後的輸出變(bian)化(hua)的(de)比值(zhi)就(jiu)是微(wei)分(fen)放大(da)倍(bei)數Kd，即(ji)微(wei)分(fen)增(zeng)益(yi)，微(wei)分(fen)増(増)益(yi)的(de)單位(wei)是時(shi)間(jian)，設(she)置(zhi)微(wei)分(fen)時(shi)間(jian)(或(huo)者微(wei)分(fen)增(zeng)益(yi))為(wei)零會取消(xiao)微(wei)分(fen)的(de)功能。

為(wei)便(bian)於記住(zhu)比(bi)例、積分(fen)、微(wei)分(fen)三(san)個作(zuo)用，特(te)抄錄(lu)三個PID順口溜供(gong)大家(jia)參(can)考(kao)。
比例(li)作(zuo)用順口溜                                                                                              
比(bi)例州(zhou)節器(qi)，像個放大(da)器(qi)；                                                               
壹(yi)個偏差來，放大(da)送(song)出去(qu)；                                                               
放大(da)是多少(shao)，旋鈕(niu)看仔(zai)細；                                                              
比(bi)例度(du)旋大，放大(da)倍(bei)數低(di)。                                                               
積分(fen)作(zuo)用順口溜
重(zhong)定(ding)調節(jie)器，累(lei)積有本(ben)領(ling)；
只要偏差在，累(lei)積不(bu)停止； 
累(lei)積快與慢，旋鈕(niu)看仔(zai)細；
積分(fen)時(shi)間(jian)長，累(lei)積速度(du)低(di)。
微(wei)分(fen)作(zuo)用順口溜 
說起(qi)微(wei)分(fen)器(qi)，壹(yi)點不(bu)神(shen)秘(mi)；
階躍輸入來，輸出跳上(shang)去(qu)；
下降快與慢，旋鈕(niu)看仔(zai)細；
微(wei)分(fen)時(shi)間(jian)長，下(xia)降就(jiu)慢些。

關於(yu)重(zhong)定(ding)調節(jie)器的說明：重定(ding)就(jiu)是重新(xin)給(gei)定(ding)的(de)意(yi)思，因(yin)為控(kong)制(zhi)器(qi)中積分(fen)作(zuo)用就(jiu)是完(wan)成重(zhong)定(ding)工(gong)作(zuo)的。以(yi)前把比(bi)例(li)積分(fen)控(kong)制(zhi)器(qi)叫做重(zhong)定(ding)調節(jie)器。